1、螺旋扭曲扁管换热器生物工程2班 刘雷 2012.12目 录背景研究进展综合性能分析结语应用背景在我国石油化工行业中，换热设备投资占到总投资的30%以上，其中80%为传统的弓形折流板光管换热器。传热效果差、壳程压传热效果差、壳程压降大、容易结垢发生降大、容易结垢发生管束诱导振动管束诱导振动螺旋扭曲扁管的自支撑结构 螺旋扭曲扁管 以螺旋扭曲扁管代替光管，壳程不设置折流板，只依靠螺旋扭曲扁管外缘螺旋线的点接触进行自支撑。螺旋扭曲扁管横截面是椭圆形。为了实现管子与管板相接，管子两端保持圆形。理螺旋扭曲扁管换热器介绍理螺旋扭曲扁管换热器介绍 背景前苏联研究人员Dzyubenko,BV等人于1980年前后
2、首先提出了螺旋扭曲扁管换热器研究进展n 国外研究进展国外研究进展 研究进展前苏联研究人员最初的大量研究中，得出的公式只对试验中特定的螺旋扭曲扁管换热适用，因此没有普遍的应用价值。瑞典的Alards公司和美国的Brown Fintube公司对螺旋扭曲扁管进行了改进，使螺旋扭曲扁管真正进入了工业应用阶段n 国外研究进展国外研究进展 上世纪90年代，国内开始有关于螺旋扭曲扁管换热器的研究文献出现。国内文献主要从三个方面对螺旋扭曲扁管换热器进行了研究：理论分析，数值模拟，试验研究。理论分析，数值模拟，试验研究。n 国内研究进展国内研究进展研究进展 理论分析理论分析 研究进展周善炳，熊双喜等从结构上与弓
3、形折流板换热器比较强化管内外传热，克服流体诱导振动以及延缓结垢 孟继安，李志信场协同理论速度场和温度场的协同程度提高，从而强化管内传热 张杏祥流路分析法消除了绝大多数的旁路流和漏流，大大提高了换热器传热面积的利用率张杏祥张杏祥采用数值模拟的方法衡量壳程的综合性能，得出螺旋扭曲扁管换热器壳程综合性能最好，而弓形折流板换热器最差；数值模拟数值模拟研究进展螺旋扭曲扁管换热器弓形折流板换热器性能性能折流栅换热器盘环形折流板换热器 试验研究试验研究研究进展螺旋扭曲扁管换热器适宜使用于高Pr 与较低Re 的场合B/A（扁度）与S/de（扭曲程度）对高扭曲比螺旋扭曲扁管换热器的管内传热和流阻性能的影响更大高
4、学农、邹华春黄德斌、邓先和等适宜使用螺旋扭曲扁管换热器的Re 范围：管程Re5000，壳程Re8000思勤，夏清等n 管程综合性能理论分析管程综合性能理论分析 综合性能分析从速度场和温度场相互协同的全新角度阐述对流传热的物理机制：对流传热不仅取决于温差、流体速度和流体物性，还取决于速度场和温度场的协同程度。垂直主流方向的二次旋流增加了速度场和温度梯度场的均匀性增加速度场和温度梯度场的均匀性减小速度场和温度场的夹角流体纵向旋转流动，速度场和温度场的夹角减小。提高速度场和温度场的协同程度综合性能分析Re较小时（Re5000），传热边界层作用明显，而螺旋扭曲扁管能够明显地破坏管内传热边界层，因此可以
5、较好地强化管内传热，同时Re较小时，管程的流动阻力也较小 影响管程综合性能的因素影响管程综合性能的因素 Re的影响根据污垢形成理论，Re越大，渐近污垢热阻就越小，越有利于传热无垢无垢结垢结垢综合性能分析Pr的影响较高的Pr可使管内强化传热效果显著增加，但是流动阻力增加较少，因此较高的Pr有利于螺旋扭曲扁管换热器管程综合性能的提高。影响管程综合性能的因素影响管程综合性能的因素 B/A、S/de的影响B/A、S/de越小，强化传热效果越明显，但是同时流动阻力也增大，这样管程内B/A、S/de就存在着最佳取值范围：B/A=0.50.7，S/de=612综合性能分析壳程流体在通道内由于离心力的作用而周
6、期性地改变速度和方向，强化了流体的纵向混合。同时，壳程流体经接触点后形成了脱离管壁的尾流，增加了流体的湍流程度，从而强化了传热。没有折流板的存在，壳程内无流动死区，不仅流动阻力有所减小，抗结垢的性能也有很大提高，而且能够克服诱导振动，可靠性也有所提高。壳程流体流动状况 n 壳程综合性能理论分析壳程综合性能理论分析综合性能分析B/A、S/de的影响Pr的影响Re的影响 影响壳程综合性能的因素影响壳程综合性能的因素综合性能分析自支撑结构同样能够破坏壳程流体的传热边界层，强化壳程传热，而Re只有在较小范围内传热边界层作用才明显，壳程Re的最佳工作区为：Re8000B/A以及S/de的减小，增强了壳程
7、的传热效果，但也会使壳程的流动阻力增大；但这些文献中都没有给出壳程这些结构参数的最佳区域范围，有待进一步考察与传统弓形折流板换热器相比，较高的Pr更能体现螺旋扭曲扁管换热器壳程综合性能的优势应用p 螺旋扭曲扁管换热器可以用于气-气、液-液、气-液的换热过程p 在国外，螺旋扭曲扁管换热器已广泛应用于化工、石油、动力以及钢铁行业中p 1984年以来已生产四百多台螺旋扭曲扁管换热器，其中Brown Fintube公司就生产了60多台。n 国内外工业应用实例国内外工业应用实例 p 在国内，投入工业应用并且见之文献的螺旋扭曲扁管换热器有抚顺石油化工公司石油二厂的减四线油热回收换热器以及兰州炼油厂的酮苯脱
8、蜡换热器等。p 据不完全统计，到目前为止，由洛阳石油化工工程公司设计并投入运行的已有十多台，并有多台正在设计中n 国内外工业应用实例国内外工业应用实例 应用螺旋扭曲扁管换热器是一种具有传热效率高、可靠性高、壳程流动阻力小、抗结垢以及能够克服诱导振动等优点的换热器，具有广泛的应用前景（1）对其污垢性能进行研究的文献还很少（2）对其结构强度以及承压能力进行研究的文献还很少结语n 结语与展望结语与展望 p 刘庆亮,朱冬生,杨蕾.螺旋扭曲扁管换热器的研究进展与工业应用p 朱冬生,郭新超,刘庆亮.扭曲管管内传热及流动特性数值模拟p 高学农,邹华春,王端阳,等.高扭曲比螺旋扁管的管内传热及流阻性能p 过增元.对流换热的物理机制及其控制-速度场与热流场的协同p 张杏祥.螺旋扭曲扁管换热器传热与流阻特性研究p 周善炳,熊双喜.扭扁管式换热器设计理论的探讨p 思勤,夏清,梁龙虎,等.螺旋扁管换热器传热与阻力性能p 孟继安,李志信,过增元,等.螺旋扭曲椭圆管层流换热与流阻特性模拟分析p 黄德斌,邓先和,王扬君,等.螺旋椭圆扁管强化传热研究n 参考文献参考文献 谢谢！
