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2018年第37卷第4期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1276·化 工 进展管壳式换热器强化传热研究进展林文珠，曹嘉豪，方晓明，张正国（华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东 广州 510640）摘要：管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器，具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。
在追求高能源利用效率的背景下，换热器的强化传热得到广泛关注。
本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展，包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。
其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。
换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。
复合强化传热是将多种强化方法结合，可弥补单一方法的不足，以获得更高强化传热效果。
最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。
关键词：管壳式换热器；传热强化；螺旋隔板；纳米流体；潜热型热流体中图分类号：TK172 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）04–1276–11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2483Research progress of heat transfer enhancement of shell-and-tube heatexchangerLIN Wenzhu ，CAO Jiahao ，F ANG Xiaoming ，ZHANG Zhengguo（Key Lab of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation ，Ministry of Education ，School of Chemistry and Chemical Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，Guangdong ，China ）Abstract ：As the most widely used heat exchangers in engineering ，shell-and-tube heat exchangers have the advantages of strong structure ，high adaptability ，ability to utilize and recover heat energy and so on. Under the background of pursuing high-energy efficiency ，the heat transfer enhancement of heat exchangers has attracted wide attention. This article mainly focuses on the research progress of heat transfer enhancement of shell and tube heat exchanger ，including the optimization of geometry of the heat exchanger ，the improvement of thermal properties of the flowing fluid and the combination of multiple heat transfer enhancement techniques. Among them ，the geometry optimization mainly includes changing the surface of the heat transfer tubes ，adding inserts into tubes ，and optimizing the baffles in the shell side. The optimization of the physical properties of flowing fluid mainly focus on the improvement of thermal conductivity of nanofluids ，and improvement of heat capacity of latent heat fluid and so on. Integrated enhanced heat transfer technique combined different enhancement methods to fill the gap and achieve higher heat transfer rate. Finally ，it is pointed out that the research direction of the heat transfer enhancement of shell and tube heat exchanger in the future lies in developing enhanced tubes and steady nanofluids and latent heat fluid ，and the combination of a variety of ways to strengthen the heat transfer effect.Key words ：shell-and-tube heat exchanger ；heat transfer enhancement ；helical baffles ；nanofluids ；latent heat fluid第一作者：林文珠（1993—），女，博士研究生，研究方向为传热强化。
管壳式换热器管程强化传热研究进展[摘要]管程的强化传热是管壳式换热器强化传热的一个重要方面。
简述了管壳式换热器管程强化的研究进展,着重介绍了几种强化传热管的研究情况。
最后指出了国内外近期开发研究的发展方向。
[关键词]管壳式换热器;强化传热;管程管壳式换热器是工业中应用最广泛、运用可靠性良好的一种换热设备。
世界各国在二十世纪六、七十年代开始了强化技术的研究。
强化传热主要有两种途径:(1)增大传热面积,但换热器的传热面积不可能无限制地增大,否则投资费用会大大增加,并且随着工业化的进展,设备要紧凑化;(2)提高传热系数,主要从管程和壳程传热强化系数的提高方面上考虑。
许多科研工作者已经在这一方面上进行了大量的研究,并且取得了很大的成效。
本文主要讨论了管壳式换热器管程的强化传热———改变管子外形或在管内加入插入物,介绍了螺旋槽管、横纹管、螺旋扁管、管内插入物、翅片管、缩放管和三维内肋管等多种强化传热管的研究进展。
1螺旋槽管螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管,管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数,起到双边强化的作用。
根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分,其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。
美国、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究[1]。
华南理工大学、北京理工大学和重庆大学也对螺旋槽管进行试验研究,而且都取得显著的成效。
此外,研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。
目前,无论是从传热、流阻、结垢性能,还是从无相变对流换热和有相变凝结换热,对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。
进一步结合计算机软硬件的发展,对螺旋槽管在不同场合传热的模拟和仿真,找出具有较大通用性的关联式以及优化螺旋槽管的结构尺寸将是今后研究的方向。
2横纹管1974年前苏联首先提出横纹管,它是一种用普通圆管作毛胚,在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽,同时在管内形成一圈突起的环肋。
管壳式换热器强化传热综述摘要根据国内外强化侍热技术的研究现状，着重介绍了管壳式换热嚣在壳程强化待热方面开展的工作及取得的成果。
关键词管壳式换热器壳程强化传热Abstract In the light of the present statns of study of the technology for intensification of heattransfer both at home and abroad．The work on the intensification of heat transfer in the shell side of the shell and tube heat exchanger is mainly presented as well as the result obtained．Keywords shell and tube heat exchanger shell side intensification of heat transfer 中图分类号：TE965 文献标识码：A随着现代工业的快速发展，对能源的需求越来越大．而利用高效换热器可以吸收化工、石油生产过程中存在的大量余热，既节约了能源，又减少了污染。
与板式、板翅式换热器相比，管壳式换热器由于其适用性广、坚固耐用、密封性较好以及其结构简单、清洗方便是石油、化工等领域应用最普遍的一种换热器(占整个换热器设备的70％以上) [1]。
因此．如何最大限度地利用热能和回收热能，强化管壳式换热器成为人们所研究的重点之一。
(一) 强化传热的途径单位时间内的换热量Q与冷热流体的温差△t及传热面积F成正比，即：Q=k·F·△t ．可见强化传热可以通过增加传热面积F、加大传热温差△t ，提高传热系数K3个途径来实现。
1．1 增加传热面积F增加传热面积不应理解为单一扩大设备体积或台数，而应是采用改变传热表面结构或材料性能合理提高设备单位体积的传热面积．使设备高效、紧凑、轻巧。
换热器强化传热方法及研究进展摘要：管壳式换热器的应用领域非常广泛，对其进行强化传热方面的研究具有显著的经济效益和社会效益，不仅符合国家对企业节能减排的要求，而且能够降低企业的生产成本。
无论换热器的管程还是壳程强化传热技术，都会朝着结构简单、传热效率高的方向发展。
关键词：换热器；强化；传热《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出，到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。
主要实施的措施是调整优化产业结构，加快淘汰落后产能，推动传统产业改造升级，加快节能减排技术开发和推广应用，重点推广高效换热器等节能减排技术。
我国石化行业的换热设备以管壳式换热器为主，而且传统弓形折流板换热器占到总量的70%～80%。
弓形折流板换热器固然有其优点，并在产业节能方面做出了巨大贡献，但在新的节能减排形势下，其缺点（压降大、存在大量流动死区、振动大、传热效率低等）严重限制了自身的生存和发展空间，同时也推进了强化传热理论和换热器的发展。
一、强化传热理论的工程应用根据强化传热理论，在管的两侧范围内，需要增大传热系数较小的一侧才能有效改进总传热系数。
由于无法确定所有工况下，需要增大管内或管外的传热系数以得到最高的总传热系数，因此，强化传热理论在工程中的应用不是单一的模式，而是呈现出3种趋势，即对管内、管外、管束整体的强化传热。
无论是那种类型的强化传热结构，都已经细化出许多更新类型，且其适用的工作环境和强化效果各异。
管程强化传热高效强化传热管的研究一直是传热领域最活跃和最有生命力的重要研究课题。
管程强化传热技术可归结为两个方面，其一是改变换热管形状以加大管程流体湍流程度或传热面积，如螺纹管、伸缩管、波纹管、翅片管等，其中研究较多、较典型的是螺纹管和翅片管；另一种是管内插物，用来增强管程湍流程度，常见的有管内插纽带、绕丝花环等，其中，内插纽带由于制造简单，传热效果优良，得到了国内外研究人员的广泛认定。
【HETA】管壳式换热器的强化传热技术管壳式换热器⼀般应⽤在⼀些⼤型设备上，材料⼀般以碳钢、不锈钢和铜为主。
今天我们就来看⼀看管壳式换热器的强化传热技术是如何做的，希望能给我们制冷空调换热器技术⼀定的启发和借鉴。
管壳式换热器的传热强化研究包括管程和壳程两侧的传热强化研究。
通过强化传热管元件与优化壳程结构实现。
⼀：强化传热管元件改变传热⾯的形状和在传热⾯上或传热流路径内设置各种形状的插⼊物。
改变传热⾯的形状有多种，其中⽤于强化管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋流管和螺旋扁管等。
另外，也可采⽤扰流元件，在管内装⼊⿇花铁，螺旋圈或⾦属丝⽚等填加物，亦可增强湍动，且有破坏层流底层的作⽤。
1、螺旋槽管螺旋槽纹管管壁是由光管挤压⽽成。
其管内传热强化主要：⼀是螺旋槽近壁处流动的限制作⽤，使管内流体做整体螺旋运动来产⽣局部⼆次流动；⼆是螺旋槽所导致的形体阻⼒，产⽣逆向压⼒梯度使边界层分离。
螺旋槽纹管具有双⾯强化传热的作⽤，适⽤于对流、沸腾和冷凝等⼯况，抗污垢性能⾼于光管，传热性能较光管提⾼2~4倍。
2、横纹槽管横纹管的强化机理为：当管内流体流经横向环肋时，管壁附近形成轴向游涡，增加了边界层的扰动，使边界层分离，有利于热量的传递。
当游涡将要消失时流体⼜经过下⼀个横向环肋，因此不断产⽣涡流，保持了稳定的强化作⽤。
3、缩放管换热管表⾯的⽵节状结构，使管内介质流动时，产⽣收缩和放⼤效应，使介质湍动程度增加，提⾼了管内介质的热交换能⼒，⽽且管内靠近管壁的介质沿管的轴向流动时，其⽅向和速度在波节处产⽣突变，形成局部湍流，使管壁处流体的滞留底层减薄，热阻降低，也使管外介质的传热能⼒提⾼。
4、低螺纹翅⽚管普通换热管经轧制在其外表⾯形成螺纹翅⽚的⼀种⾼效换热管型。
其强化作⽤是在管外。
对介质的强化作⽤⼀⽅⾯体现在螺纹翅⽚增加了换热⾯积；另⼀⽅⾯是由于壳程介质流经螺纹管表⾯时，表⾯螺纹翅⽚对层流边层产⽣分割作⽤，减薄了边界层的厚度。
管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。
为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。
本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。
在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。
管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。
强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。
这些因素共同影响着传热效率。
增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。
提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。
降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。
增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。
强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。
例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。
（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。
例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。
（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。
采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。
强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。
管壳式换热器壳程强化传热技术研究(最全)word资料管壳式换热器壳程强化传热技术研究欧阳惕(广东申菱空调设备,广东顺德528313黄德斌(华南理工大学化工与能源学院,广东广州510640摘要:介绍了管壳式换热器壳程强化传热方面所展开的研究工作及取得的成果,指出了强化传热技术的研究方向。
关键词:管壳式换热器;壳程;强化传热中图分类号:T K124文献标识码:B引言管壳式换热器在化工、石油、动力、冶金、制冷、原子能、造船、食品等工业部门中有着广泛的应用。
近40年来,国内外对管内强化传热进行了大量的研究,取得了丰硕的成果,目前已有的强化传热管技术不下百余种。
相比之下,壳程强化传热方面的研究远远没有管程研究的广泛和深入。
直到20世纪70年代,壳程强化传热技术才开始受到重视,并取得了较大进展。
壳程强化传热的途径主要有2种:一种是改变管子外形或在管外加翅片,即通过管子形状和表面特性的改变来强化传热,如螺纹管、螺旋槽管、外翅片管等强化传热管技术;再一种是改变壳程挡板或管间支撑物,以减少或消除壳程流动与传热的滞留死区,使传热面积得到充分的利用。
第一种途径与管内强化传热技术机理一致,已有很多文献报道。
管壳式换热器壳程挡板或管束支撑物的发展表现为折流板的改变,其目的是将泵功最大程度用于增强传热方面,而不是消耗于管间支撑物。
现有的支撑形式有板式支承、杆式支承、空心环支承和管子自支承。
1板式支撑结构传统的管壳式换热器采用单弓形折流板支承,壳程流体易产生流动死角,传热面积无法被充分利用,因而壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大。
并且当流体横向流过管束时,还可能使管子产生诱导振动,破坏管子及其与管板连接的可靠性。
因此,为了消除它的弊端,近20年来出现了许多新型的壳程折流板支承结构,如多弓形折流板、整圆形板、异形孔板、网状板、弓形折流板加平行分隔板、螺旋折流板等。
这些新型折流板支承结构的共同特点是尽可能地改善壳程流体流动和传热死区,降低壳程流体流动阻力,而且管束的抗振性也能得到增强。
