机械设备基础新型壳侧支撑结构的管壳式换热器论文

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1、学校代码：11059学号：HefeiUniversity化工机械设备课程论文课题名称：新型壳侧支撑结构的管壳式换热器年级专业：作者姓名：导师姓名：摘 要：本文提出管壳式换热器壳侧支撑结构的一种新形式——花隔板。为研究花隔板换热器的换热和流阻性能，利用相似原理进行相关实验，得到花隔板换热器的换热准则关系式和流动阻力准则关系式。与传统单弓形折流板换热器进行比较,花隔板换热器的综合性能K/Δp提高10％～30％。 关键词：花隔板换热器；折流板换热器；传热；流动阻力；引言 管壳式换热器是各类换热器中使用范围最为广泛的一种换热器，对其强化传热的研究也一直在进行。在管侧换

2、热性能已经得到较大改善的情况下，提高壳侧的换热性能对于换热器总传热系数的提高则起着更加重要的作用。壳侧支撑结构因其在作为管束支撑物的同时又兼有强化换热的作用而显得尤为重要。因此，大多数壳侧强化换热研究都侧重于壳侧支撑结构的改进和创新。 从最初的折流板，到20世纪70年代出现的折流杆，以及近年来出现的螺旋折流板、异型孔板等一系列新型壳侧支撑结构，都在围绕着壳侧强化换热这一课题进行，而且还在继续。折流板是目前使用范围较广的一种壳侧支撑结构，其特点是使流体横掠管束以提高壳侧换热系数，但同时也将使流动阻力增加，并伴随有流体诱导振动发生，导致换热管磨损甚至断裂。折流杆的

3、特点则是使流体由横掠管束改为纵掠管束，但由于折流杆对流体的扰动作用，壳侧换热过程也得到强化，同时由于流体纵向流动，流动阻力大为减小，流体诱导振动及对换热管的破坏作用等危害得到改善，其缺点是折流栅和折流笼的制造和安装比较麻烦。螺旋折流板变完全纵向流动为螺旋形流动，这样既可以避免传统垂直弓形折流板换热器中出现的流动死区，又可借助于旋流强化壳侧的换热，但是螺旋折流板的制造及安装比较困难。 管壳式换热器工作原理和结构    管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，管壳式换热器在化

4、工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常管壳式换热器的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下,在个别情况下也有更大或更长的。工作原理和结构 图1[固定管板式换热器]A流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。如果A流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通

5、过壳程的流体称为壳程流体(A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3种最为常见。实验过程1.测试前的准备正式开始试验之前,制定一份详细而周密的试验计划是很必要的。通过计划可以合理安排试验时间,还能提高试验的质量。一般来说,在设计工作完成以后就可以着手制定试验计划。试验计划通常包括试验目的、试验内容、试验参数设定

6、和要求、试验顺序和日程安排、操作指导等。另外,要对试验过程中可能出现的失效模式进行预先分析并准备可行的预备方案(如回收制冷剂会有哪些问题及如何避免这些问题)。负责试验的工程师及操作技工也应参与试验计划的制定,这样才能保证计划的正确性和可行性。2.样机测试为了得到更多的数据以方便性能分析,通常在样机上会安装一些额外的测量压力、温度、油浓度等传感器或者其他仪器。测试前应对这些传感器进行标定,以确保其准确度和精度满足测试要求。开机调试直至机组运行稳定后,方可进行正式的传热试验。下面介绍通常的试验步骤。2.1 液位优化该试验是针对采用满液式或者降膜式蒸发器的冷水机组。

7、试验工况设定为设计的饱和温度过冷液体温度以及水流量,即在保持系统性能微小波动的情况下进行液位优化。如液位初始设定值为0,则设定点为:-3c,-2c,-c,0,c,2c,3c。c为根据蒸发器尺寸和液位传感器工作范围确定的液位变化量。设定点通常取5个。在液位变化时,通过增加制冷剂充注量和调节进出水温度,保证所设定的性能参数在一定范围内波动(一般温度波动范围控制在±0.2℃之内)。液位的最终选择要综合考虑蒸发器的换热性能和制冷剂充注量。2.2 充注量优化试验前应先根据具体的机组实际配置估算制冷剂充注量。充注量的估算通常应包括两器、油分、系统管道及其他容器内所含的液相

8、和气相制冷剂。试验工况为设计的蒸发器出