纵向扰流管壳式换热器制造技术

纵向扰流管壳式换热器，属于管壳式换热器，解决现有管壳式换热器传热强化和流体与表面间的剪切力、摩擦力以及流体的耗散功增加的问题。本发明专利技术壳体上具有壳程进、出口，两端由右、左封头封闭，并具有管程进、出口，壳体内左、右管板之间具有支撑框架，多根传热管通过左、右管板和支撑框架固定；支撑框架的每个支撑环内固定有扰流元件；扰流元件由连接杆上轴向对称至少安装２组旋流叶片构成，每组旋流叶片为２～６片，沿连接杆周向均匀分布，每个旋流叶片在连接杆轴向上的安装角度相同；连接杆正中部分位于支撑环圆心并与支撑环固定。本发明专利技术流动阻力大幅度减少；同时由于扰流元件的扰流作用，传热得到了强化，提高换热器的总体传热性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于管壳式换热器，特别涉及一种纵向扰流管壳式换热器。
技术介绍
管壳式换热器广泛用于电力、化工、炼油等行业，约占换热器总量的70%。折流部件在管壳式换热器中起着十分重要的作用， 一方面，对 管束起支撑和固定作用，另一方面，又对壳程流体起扰流作用。对于管 壳式换热器，按壳程流体的流动方向，可分为横向流、纵向流和螺旋流 三种。对于不同的壳程流动形态，管壳式换热器的性能呈现较大差异。 而壳程流体的换热系数对换热器总传热系数的影响很大，研究壳程的流 动与换热机理，对于减少换热器能耗、降低传热温差，提高换热器性能， 具有重要意义。表面与流体间的传热强化方式可以归纳为(1)减薄流体热边界层 厚度；(2)增加流体对壁面的扰动；(3)扩展传热表面；(4)改变换热 表面的物理性质等。由于这些方法均基于边界附近流体或换热表面，因 而可以称为边界流传热强化或表面传热强化。对于管壳式换热器的传热强化，可从改进传热管与管束扰流体两个 方面考虑。改进传热管一般有波纹管、波纹螺旋管、螺旋槽纹管、縮放 管等。虽然大多数改进传热管对管程和壳程的换热强化都有一定的作用， 但主要还是用于强化管程，对壳程的作用不是很大。折流板是管壳式换 热器壳程的一种典型扰流结构，但由于流体横向冲刷管束的传热效率较 低，流动阻力较大，而且常发生流体诱导振动，因而，国内外研究者在 折流板的基础上，发展了一些新的管束扰流结构，如折流杆、螺旋折流 板等，使换热器壳程流体的流动方向和流动状态发生改变，进而强化换热；见(1) R. Mukherjee， Use double-segmental baffles in the shell画and-tube heat exchangers, Chem. Eng. Progress, 88: 47-52， 1992; (2)H. Li， V. Kottkeb, Analysis of local shell side heat and mass transfer in the shell國and-tube heat exchanger with disc-and画doughnut， Int. J. of Heat and Mass Transfer, 42:3509-3521， 1999; (3) H. Li and V. Kottke， Effect of baffle spacing on pressure drop and local heat transfer in shell國and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement, Int. J. Heat Mass Transfer, 41(10):1303-1311， 1998; (4) Q.W. Dong, Y.Q. Wang, M.S. Liu， Numerical and experimental investigation of shell side characteristics for ROD baffle heat exchanger, Applied Thermal Engineering, 28:651-660, 2008; (5) B. Peng， et al" An Experimental Study of Shell-and-Tube Heat Exchangers with Continuous Helical Baffles, J. of Heat Transfer, 129:1425-1431， 2007; (6) A丄.H. Costa， E.M. Queiroz, Design optimization of shell-and-tube heat exchangers, Applied Thermal Engineering, 2008 (on line); (7) G.N. Xie et al., Heat transfer analysis for shell-and-tube heat exchangers with experimental data by artificial neural networks approach, Applied Thermal Engineering, 27:1096-1104, 2007。但在受限空间内采取诸如扩展肋、涡发生器、槽纹 以及其它强化传热措施后，流体的流动阻力也会明显增加，其原因是 由于边界附近流体的速度梯度、粘性扩散以及动量耗散的增大，使得流 体与表面间的剪切力、摩擦力以及流体的耗散功有不同程度的增加。若 流动阻力成为矛盾的主要方面，甚至可能会弱化换热。
技术实现思路
本专利技术提供一种纵向扰流管壳式换热器，解决现有管壳式换热器传 热强化和流体与表面间的剪切力、摩擦力以及流体的耗散功增加的问题， 改变换热器管束内的支撑和扰流方式，提高换热器的总体传热性能。本专利技术的一种纵向扰流管壳式换热器，壳体上具有壳程进口和壳程 出口，壳体两端由右封头和左封头封闭，并分别具有管程进口和管程出 口，壳体内设有左管板、右管板，左、右管板之间具有至少一个支撑框 架，多根传热管通过左、右管板和支撑框架固定，其特征在于所述支撑框架由纵支撑杆、横支撑杆和支撑环在外框内固定成网格 构成；所述传热管通过支撑框架，四周由支撑框架上分布的支撑环限定位置；所述支撑框架上分布的每个支撑环内固定有扰流元件；所述扰流元件由连接杆上轴向对称至少安装2组旋流叶片构成，每组旋流叶片为2 6片，沿连接杆周向均匀分布，每个旋流叶片在连接杆轴向上的安装角度 相同；连接杆正中部分位于支撑环圆心并与支撑环固定。所述的纵向扰流管壳式换热器，其特征在于所述扰流元件的连接杆上安装的各组旋流叶片之间，旋流叶片的相 位角不相同。所述的纵向扰流管壳式换热器，其特征在于所述旋流叶片形状为端缘宽于底缘的等厚度扭曲曲面，端缘和底缘以中心线为轴，相对顺时针或逆时针扭曲40 65度；旋流叶片的高度与连接杆的半径之和小于支撑环的半径。本专利技术扰流元件的旋流叶片安置于支撑框架前后，对传热管管束间 流体流动起到很好的组织作用，当传热管管束间流体经过扰流元件时， 形成一种衰减的旋流，使流体混合均匀，当旋流衰减到一定程度之后， 再经过一个扰流元件，使得旋流又得到恢复，传热管管束间流体的混合作用又得到增强，这样在传热管壁面形成一个等效的热边界层，因而传 热得到强化。扰流元件不与传热管相接触，位于传热管管束间的较小区域，只对 传热管管束间较小区域的流体有扰动混合作用，对传热管壁面流体的影 响较小，因而流动阻力增加不大，对于湍流时，优势更明显。各个扰流元件在传热管管束间沿轴向分布式安置，在能形成有效旋 流的前提下，扰流元件间的距离以及各组旋流叶片间距应尽可能大，这 样，传热强化的同时，连续表面增加不多，因而阻力也增加不多。本专利技术传热管管束间流体的流动和传热具有以下特征(1)核心流 区域温度均匀；(2)对边界层流体的流动状态影响较小；(3)不增加流 场的速度梯度；(4)减少连续扩展面。因而不会造成较大的流动阻力， 同时可以改变温度分布，使传热管管束间核心流区域的温度分布均匀， 而在边界区域形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纵向扰流管壳式换热器，壳体上具有壳程进口和壳程出口，壳体两端由右封头和左封头封闭，并分别具有管程进口和管程出口，壳体内设有左管板、右管板，左、右管板之间具有至少一个支撑框架，多根传热管通过左、右管板和支撑框架固定，其特征在于：　所述支撑框架由纵支撑杆、横支撑杆和支撑环在外框内固定成网格构成；　所述传热管通过支撑框架，四周由支撑框架上分布的支撑环限定位置；　所述支撑框架上分布的每个支撑环内固定有扰流元件；所述扰流元件由连接杆上轴向对称至少安装２组旋流叶片构成，每组旋流叶片为２～６片，沿连接杆周向均匀分布，每个旋流叶片在连接杆轴向上的安装角度相同；连接杆正中部分位于支撑环圆心并与支撑环固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志春，刘伟，杨昆，杨金国，王英双，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]