缠绕管式换热器性能及应用研究进展.pdf

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1、第４３卷第４期化工机械４２３*缠绕管式换热器性能及应用研究进展肖娟**简冠平王家瑞王斯民（西安交通大学化学工程与技术学院）摘要介绍了缠绕管式换热器的主要结构形式，从实验研究和数值模拟两方面综述了缠绕管式换热器的研究现状。重点阐述了多股流缠绕管式换热器的壳侧传热模型和设计计算研究、几何结构参数对缠绕管式换热器流动传热性能的影响和不同换热管形式的缠绕管式换热器研究。基于目前取得的研究成果，结合缠绕管式换热器的工程应用现状，指出了需要深入研究的方向和发展趋势。关键词缠绕管式换热器实验研究数值模拟流动传热中图分类号ＴＱ０５１．５文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１６）０４-０４２３-０６

2、缠绕管式换热器是一种高效的紧凑式换热者将结合以上研究内容，对目前缠绕管式换热器器，于１８９５年由Ｌｉｎｄｅｎ公司研发使用，具有单位的研究现状和应用发展进行综述。体积换热面积大、传热系数高、允许操作压力高及１缠绕管式换热器的结构可实现多介质同时换热等优点，广泛运用在低温由于传统管壳式换热器的换热管通常采用直或深冷工段中，如液化天然气、低温甲醇洗、空气管或Ｕ形管，考虑到如何在有限的空间内使换热［１～４］分离及液氮洗等装置。由于结构形式特殊，管增长、单位体积的换热面积增大，研发了一种新在一定程度上对其传热有强化作用，主要表现在型缠绕管技术，因此出现了缠绕管式换热器。缠缠绕管式换热器结构紧凑、单位

3、体积换热面积大绕管式换热器主要由壳体、芯管和缠绕管束三大和传热效率高；对于壳程，相邻缠绕层之间缠绕方部分组成，缠绕管束以芯管为中心，一般呈现多层式相反，并且垫条等部件加大了壳程流体的扰动，螺旋盘状绕制，相邻两层间设有垫条，缠绕方向相易形成湍流；对于管程，流体在缠绕管内呈螺旋流反，为保证缠绕管均匀分布，使同层换热管的缠绕动，会形成二次流，使得管侧膜传热系数提高，从角相同，其相邻换热管横向管间距和纵向管间距［５～７］而换热系数增大，传热效率增加。保持不变。近年来国内外采用实验研究和数值模拟的方缠绕管的缠绕形式有两种，可利用传统的单法对缠绕管式换热器进行了一些研究工作。自根绕制（图１），也可采用

4、并管，即两根或多根换热２００４年ＮｅｅｒａａｓＢＯ等公开ＬＮＧ缠绕管式换热器管通过焊接形成并管（图２），然后绕制在芯管上，低温实验，研究壳侧传热模型以来，相继对缠绕管并管缠绕的特点是避免了壳程流动的死区，且通式换热器的传热模型和压降模型进行实验研究，常用于管程介质为两种或以上的多股流换热。关同时还研究不同换热管形式下的缠绕管式换热于并管缠绕形式，尹接喜等基于ＫａｏＳ研究的适［８，９］器。随着计算机技术的不断发展，数值模拟用于缠绕管式换热器并管焊接在一起的传热模在缠绕管式换热器中也得到了运用，大量学者分型，建立了一种适用于并管间存在一定距离的传析了缠绕管式换热器几何参数对流动传热的影热模型，

5、为研究并管缠绕管式换热器的设计计算［１０］响，为缠绕管式换热器的结构优化提供了信息，笔奠定了基础。*国家自然科学基金项目（５１１０６１９９，８１１００７０７），教育部博士点基金项目（２０１１０２０１１２００５２），中央高校基本科研业务费专项基金项目。**肖娟，女，１９９２年１１月生，硕士研究生。陕西省西安市，７１００４９。４２４化工机械２０１６年对称设计，安装方便。ＳＥＣＥＰＯＬ公司也生产螺旋螺纹管壳换热器，由于体积小，换热性能高，目前已在制药化工、暖通制冷及食品机械等行业得到运用。但该换热器难实现大型化，且内部缠绕管间无支撑部件，易发生振动，导致换热器寿命缩短。图１单管缠绕管束剖面结构图

6、２并管缠绕管束剖面结构图３螺旋螺纹管壳式换热器基于传统缠绕管式换热器的结构形式，随着研究的不断深入和设计制造技术的提高，出现了缠绕管式换热器的研究方法主要有实验研究一些新型的缠绕管式换热器，对目前缠绕管式换和数值模拟两种。研究内容主要集中于以下几个热器的结构进行了改进，但这些新型的缠绕管式方面：多股流缠绕管式换热器研究，结构参数对缠换热器的应用受实际工程环境的影响较大。绕管式换热器流动传热的影响，缠绕管式换热器传统缠绕管式换热器是多层缠绕，为保证换的结构设计、计算方法以及传热强化等，笔者将从热管固定，不在工作状态下出现振动现象，在结构两种研究方法出发，概述目前缠绕管式换热器的设计中相邻层之

7、间和同层换热管之间都有支撑部研究现状。件。当壳层流通截面积较大时，需加大相邻层间２实验研究和同层换热管间的间隙，但是一旦间隙加大，一方多股流缠绕管式换热器典型运用是作为大型面会使壳层扰动减小、换热性能降低；另一方面因陆上ＬＮＧ的主低温换热器（ＭＣＨＥ），ＬＮＧ缠绕管加大了保持间隙的支撑结构，且强度、刚度要求更式换热器的换热主要是天然气的液化过程，温度高，制造成本也增加。基于以上原因，许倍强等发高的天然气从换热器底端进入管