管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應(yīng)力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高。

　　③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

　?、軠u流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果，當介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。高可達W/m2℃。同時這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數(shù)降低。在石化和化工制藥設(shè)備的換熱器系統(tǒng)中,管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、適應(yīng)性強等優(yōu)點在化工生產(chǎn)和使用中一直占主導(dǎo)地位,被廣泛使用在精餾塔的塔頂冷凝器、冷卻器和塔底再沸器等。在管殼式換熱器的設(shè)計和使用中,積極考慮強化傳熱的新技術(shù)、新工藝,以提高能源利用率、減少金屬材料的消耗,對推進石油化工制藥行業(yè)的節(jié)能減排工作有著重要意義。殼程換熱管之間插入螺旋扭片,螺旋扭片的?插入可以有效地改變殼程流體的流動形式,使殼?程流體產(chǎn)生多股自螺旋流的復(fù)雜流動形態(tài)[3],有?效提高換熱管束壁面的流體速度,實現(xiàn)不同殼體?半徑處流體的充分混合,從而達到強化傳熱的目?的。本文利用FLUENT軟件對這種新型縱向多?螺旋流管殼式換熱器的殼程湍流流動及換熱進?行了三維數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結(jié)果并對這種利用?螺旋扭片強化換熱器殼程流體換熱的機理進行?了有益的探討。1　模擬模型

　　模擬采用的換熱器為單管程、單殼程和螺旋扭?片結(jié)構(gòu)。換熱器以正方形布管,圖1為螺旋扭片的?Pro/e三維立體示意圖。圖2為換熱管與螺旋扭片?之間定位關(guān)系示意圖。

　　由于縱向多螺旋流管殼式換熱器的殼程結(jié)構(gòu)比?較復(fù)雜,采用四面體網(wǎng)格劃分,管程采用六面體網(wǎng)格?劃分。此模型中邊界類型有4種:進口、出口、管壁?和殼壁[4-5]。模擬模型的數(shù)學(xué)形式建立時,主要考慮?設(shè)置管程、殼程內(nèi)流體滿足控制守恒的連續(xù)性方程、質(zhì)量方程、動量方程以及能量方程等。因殼程流體?處于湍流狀態(tài),進一步設(shè)置湍流k-ε模型。相關(guān)設(shè)?置完成后,進行了迭代計算,每次迭代210次左右?時,計算收斂,進行其殘差曲線的分析。管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。

　　流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為簡單的單殼程單管程換熱器，簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。

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