三分螺旋折流板換熱器2012

三分螺旋折流板換熱器陳亞平y(tǒng)pgchen@)東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院南京2100962024/2/51換熱器(熱交換器)是實(shí)現(xiàn)能量傳遞轉(zhuǎn)換的設(shè)備，絕大多數(shù)都是管殼式換熱器（70%左右）。管殼式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是適合高溫高壓、處理量大、適用性強(qiáng)、制造方便、結(jié)構(gòu)簡單。雖然其緊湊性不如板式換熱器和板翅式換熱器等。2024/2/52弓形折流板換熱器傳統(tǒng)弓形折流板管殼式換熱器存在有流動(dòng)死區(qū)、流動(dòng)阻力較大、傳熱系數(shù)較低、以及在缺口處管束支撐跨距較大，容易誘導(dǎo)管束振動(dòng)破壞等缺點(diǎn)。死區(qū)2024/2/53捷克的Lutcha等發(fā)明的1/4扇形折流板方案

把圓分成4個(gè)象限，一個(gè)螺距的每個(gè)象限布置一塊傾斜扇形折流板。特點(diǎn)：以傾斜平板替代螺旋曲面板。適合用于正方形排列管束方案，用于正三角形排列管束方案時(shí)不方便，而后者占管殼式換熱器的絕大多數(shù)。2024/2/54適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對(duì)于正三角形排列管束怎么辦？2024/2/55相關(guān)類比2024/2/56陳亞平提出三分螺旋折流板方案a.1/3分區(qū)布管;

b.中心無管位;

c.中心布管周向重疊三分螺旋折流板的對(duì)稱方案投影圖對(duì)稱，扇形折流板對(duì)稱，扇形折流板2024/2/57三分螺旋折流板換熱器1-殼體；2-管束；3-管板；4-折流板；5-進(jìn)、出口接管三分扇形螺旋折流板管殼式換熱器本體1/3分區(qū)布管2024/2/58

折流板軸向搭接時(shí)上、下游截面之間X型缺口處的漏流貌似泄漏面積減少，但存在指向下一級(jí)的漏流捷徑，必然影響繞行主流的傳熱可見軸向搭接不利于強(qiáng)化傳熱！這是由陳亞平首先提出的觀點(diǎn)。并被試驗(yàn)證實(shí)2024/2/59相關(guān)試驗(yàn)研究：試驗(yàn)件管芯照片水-水換熱單頭螺旋20°24°28°32°雙頭螺旋32°弓形2024/2/510周向重疊折流板的投影圖2024/2/511圖例：數(shù)字是傾斜角；2-是雙頭；seg-弓形總體傳熱系數(shù)隨殼側(cè)流量的變化2024/2/512殼側(cè)壓降隨殼側(cè)流量的變化2024/2/513殼側(cè)換熱系數(shù)隨殼側(cè)壓降的變化2024/2/514ho/Δpo綜合指標(biāo)隨殼側(cè)流量的變化2024/2/515(ho/Δpo)/(ho/Δpo)seg指標(biāo)隨殼側(cè)流量的變化2024/2/516結(jié)論20°扇形折流板方案不僅綜合指標(biāo)(ho/Δp

o)而且換熱系數(shù)ho的數(shù)值亦高于弓形折流板方案，而一般認(rèn)為在同樣殼體下，弓形換熱器的換熱系數(shù)高于螺旋折流板換熱器在相同流量下的對(duì)應(yīng)值。這是關(guān)鍵問題，因?yàn)閷?duì)于用戶來說是不可能接受換熱系數(shù)降低的方案，即使其壓降很低；20°扇形折流板方案是試驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳方案，其綜合指標(biāo)(ho/Δp

o)的平均值與弓形折流板換熱器方案相比平均提高108%；傾斜角相同的雙頭螺旋折流板方案比單頭方案的殼側(cè)換熱系數(shù)和壓降都有提高，其綜合指標(biāo)(ho/Δp

o)亦有所提高；周向重疊三分螺旋折流板換熱器的最佳傾斜角在20°左右，而不是如一些文獻(xiàn)對(duì)1/4螺旋折流板換熱器的研究得出的40°左右。對(duì)螺旋折流板的制作是福音。

2024/2/517數(shù)值模擬(a)折流板與拉桿(b)折流板與管束(c)殼體周向重疊三分螺旋折流板換熱器左視圖上切面位置和編號(hào)2024/2/518(上)主視圖上折流板編號(hào)和切面位置

(下)偏心縱向切面E1上速度矢量+壓力云圖單渦型迪恩渦2024/2/519橫切面(左)折流板對(duì)稱線；(右)相鄰折流板交界處相鄰折流板交界處逆向泄漏2024/2/520相鄰折流板三角區(qū)的泄漏分析在相鄰折流板的三角區(qū)有一排管子形成阻尼作用。這對(duì)于減小逆向泄漏有利。流動(dòng)方向

螺旋流動(dòng)方向在相鄰折流板的三角區(qū)處流體由下而上攜速度動(dòng)壓頭向上游通道流動(dòng)，但遇到逆向漏流的頂撞。2024/2/521第二層六邊形切面(見18頁)展開圖上速度矢量+壓力云圖由于此處有管子的阻尼，相鄰折流板交界處的短路受到限制2024/2/522結(jié)論正三角形排列布管是絕大多數(shù)管殼式換熱器所采用的首選結(jié)構(gòu)。而三分螺旋折流板換熱器正好適合這種結(jié)構(gòu)。周向重疊三分螺旋折流板管殼式換熱器是同時(shí)具有適合正三角形布管和防短路的結(jié)構(gòu)。三分螺旋折流板管殼式換熱器是具有高效、低阻的優(yōu)異性能的傳熱設(shè)備。比目前國際上認(rèn)為性能最好的1/4螺旋折流板換熱器緊湊而且零件減少；與傳統(tǒng)弓形折流板管殼式換熱器相比，不僅可降低殼程流動(dòng)壓降，且同時(shí)可使殼側(cè)換熱系數(shù)提高，并可有效抑制管束振動(dòng)破壞和污垢的形成。2024/2/523傾斜折流板的加工工藝革新從效率角度折流板傾斜角應(yīng)取30°~45°大角度，但從制造角度又不希望傾斜角太大（國內(nèi)大型換熱器通常取15°以下）。傾斜折流板的傳統(tǒng)加工方法是鉆孔要用鉆?；蛳扔面I槽銑刀銑平面；每個(gè)規(guī)格、角度都要做一套工裝模具。加工工藝復(fù)雜、困難是螺旋折流板換熱器普及推廣的障礙?，F(xiàn)已找到解決問題的鑰匙！--（數(shù)控激光切割設(shè)備）。板平放，激光光束傾斜走橢圓軌跡。具有加工速度快，孔和邊的加工一次性解決，無需制作模具，下料廢料少等優(yōu)點(diǎn)。搬開了螺旋折流板換熱器普及推廣的最大障礙，可類比為將印刷術(shù)升級(jí)為激光照排?！耙环N螺旋折流板換熱器扇形折流板的加工方法”，發(fā)明專利申請(qǐng)，201210052911.x，發(fā)明人：陳亞平

折流板圓弧邊的加工亦比較困難，用立車或大型鏜銑床鉆孔及加工圓弧邊用的工裝。在斜面上鉆孔很困難，孔的定位精度差，角度大時(shí)更困難。2024/2/5242024/2/525應(yīng)用前景干式蒸發(fā)器：冷卻水與制冷劑熱交換，強(qiáng)化殼側(cè)冷卻水的傳熱或降低壓降損失。電廠閉冷器：海水與除鹽水熱交換，海水側(cè)在管內(nèi)可采用膠球清洗，