分螺旋折流板换热器

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1、三分螺旋折流板换热器陈亚平(13851729402,ypgchen@sina.com)东南大学能源与环境学院南京2100962021/7/191换热器(热交换器)是实现能量传递转换的设备，绝大多数都是管壳式换热器（70%左右）。管壳式换热器的优点是适合高温高压、处理量大、适用性强、制造方便、结构简单。虽然其紧凑性不如板式换热器和板翅式换热器等。2021/7/192弓形折流板换热器传统弓形折流板管壳式换热器存在有流动死区、流动阻力较大、传热系数较低、以及在缺口处管束支撑跨距较大，容易诱导管束振动破坏等缺点。死区2021/7/193捷克的Lutc

2、ha等发明的1/4扇形折流板方案把圆分成4个象限，一个螺距的每个象限布置一块倾斜扇形折流板。特点：以倾斜平板替代螺旋曲面板。适合用于正方形排列管束方案，用于正三角形排列管束方案时不方便，而后者占管壳式换热器的绝大多数。2021/7/194适合正三角形布管管束的方案正方形排列管束正三角形排列管束对于正三角形排列管束怎么办？2021/7/195相关类比2021/7/196陈亚平提出三分螺旋折流板方案a.1/3分区布管;b.中心无管位;c.中心布管周向重叠三分螺旋折流板的对称方案投影图对称，扇形折流板对称，扇形折流板2021/7/197三分螺旋折流

3、板换热器1-壳体；2-管束；3-管板；4-折流板；5-进、出口接管三分扇形螺旋折流板管壳式换热器本体1/3分区布管2021/7/198折流板轴向搭接时上、下游截面之间X型缺口处的漏流貌似泄漏面积减少，但存在指向下一级的漏流捷径，必然影响绕行主流的传热可见轴向搭接不利于强化传热！这是由陈亚平首先提出的观点。并被试验证实2021/7/199相关试验研究：试验件管芯照片水-水换热单头螺旋20°24°28°32°双头螺旋32°弓形2021/7/1910周向重叠折流板的投影图2021/7/1911图例：数字是倾斜角；2-是双头；seg-弓形总体传热系数

4、随壳侧流量的变化2021/7/1912壳侧压降随壳侧流量的变化2021/7/1913壳侧换热系数随壳侧压降的变化2021/7/1914ho/Δpo综合指标随壳侧流量的变化2021/7/1915(ho/Δpo)/(ho/Δpo)seg指标随壳侧流量的变化2021/7/1916结论20°扇形折流板方案不仅综合指标(ho/Δpo)而且换热系数ho的数值亦高于弓形折流板方案，而一般认为在同样壳体下，弓形换热器的换热系数高于螺旋折流板换热器在相同流量下的对应值。这是关键问题，因为对于用户来说是不可能接受换热系数降低的方案，即使其压降很低；20°扇形折流

5、板方案是试验范围内的最佳方案，其综合指标(ho/Δpo)的平均值与弓形折流板换热器方案相比平均提高108%；倾斜角相同的双头螺旋折流板方案比单头方案的壳侧换热系数和压降都有提高，其综合指标(ho/Δpo)亦有所提高；周向重叠三分螺旋折流板换热器的最佳倾斜角在20°左右，而不是如一些文献对1/4螺旋折流板换热器的研究得出的40°左右。对螺旋折流板的制作是福音。2021/7/1917数值模拟(a)折流板与拉杆(b)折流板与管束(c)壳体周向重叠三分螺旋折流板换热器左视图上切面位置和编号2021/7/1918(上)主视图上折流板编号和切面位置(下)

6、偏心纵向切面E1上速度矢量+压力云图单涡型迪恩涡2021/7/1919横切面(左)折流板对称线；(右)相邻折流板交界处相邻折流板交界处逆向泄漏2021/7/1920相邻折流板三角区的泄漏分析在相邻折流板的三角区有一排管子形成阻尼作用。这对于减小逆向泄漏有利。流动方向螺旋流动方向在相邻折流板的三角区处流体由下而上携速度动压头向上游通道流动，但遇到逆向漏流的顶撞。2021/7/1921第二层六边形切面(见18页)展开图上速度矢量+压力云图由于此处有管子的阻尼，相邻折流板交界处的短路受到限制2021/7/1922结论正三角形排列布管是绝大多数管壳式

7、换热器所采用的首选结构。而三分螺旋折流板换热器正好适合这种结构。周向重叠三分螺旋折流板管壳式换热器是同时具有适合正三角形布管和防短路的结构。三分螺旋折流板管壳式换热器是具有高效、低阻的优异性能的传热设备。比目前国际上认为性能最好的1/4螺旋折流板换热器紧凑而且零件减少；与传统弓形折流板管壳式换热器相比，不仅可降低壳程流动压降，且同时可使壳侧换热系数提高，并可有效抑制管束振动破坏和污垢的形成。2021/7/1923倾斜折流板的加工工艺革新从效率角度折流板倾斜角应取30°~45°大角度，但从制造角度又不希望倾斜角太大（国内大型换热器通常取15°以

8、下）。倾斜折流板的传统加工方法是钻孔要用钻模或先用键槽铣刀铣平面；每个规格、角度都要做一套工装模具。加工工艺复杂、困难是螺旋折流板换热器普及推广的障碍。现已找到解决