换热器折流板各种型式的讨论

管壳式换热器中折流板的作用全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、电力等领域。

在管壳式换热器中，折流板是一个重要的组件，其作用是优化换热效果，提高换热效率。

本文将就管壳式换热器中折流板的作用进行详细介绍。

一、折流板的功能1. 提高流体的强迫对流传热作用。

折流板将流体进行了分流和组流，有效增加了流体与管壁之间的接触面积，加强了流体与管壁之间的传热，从而提高了传热效果。

折流板还可以改变流体的流动方向和速度分布，增加了流体的对流传热效果。

2. 减少管壳之间的热阻。

在管壳式换热器中，管壁和折流板之间的热阻是影响传热效果的重要因素之一。

折流板的存在可以将流体分成多个小流道，减小了流体的流动阻力，降低了热阻，从而提高了传热效率。

3. 均匀流体温度分布。

通过合理设计折流板的结构和排列方式，可以有效地改善流体在管壳内的分布情况，避免出现流体温度不均匀的现象。

这样可以避免管道局部过热或过冷的情况，提高了换热器的工作效率和稳定性。

1. 弯曲型折流板。

弯曲型折流板通常采用波纹状或波形状的设计，能够有效地增加传热面积，同时还可以引起流体的湍流运动，增强了传热效果。

2. 梯形折流板。

梯形折流板的结构呈梯形状，能够有效地将流体进行分流和导流，提高了传热效率。

梯形折流板还可以根据需要调整板片的倾角和间距，以适应不同的换热条件。

3. 放置型折流板。

放置型折流板通常安装在换热器的内壳内侧，起到导流和分流的作用，能够有效地提高传热效率。

放置型折流板的结构简单，安装方便，适用于各种规格的换热器。

三、折流板的设计要点1. 考虑流体介质的性质。

在设计折流板时，需要考虑流体的性质，包括流速、温度、压力等因素，以确保折流板的结构能够适应流体的特点，提高传热效率。

2. 合理设计折流板的结构和排列方式。

折流板的结构和排列方式直接影响传热效果，需要根据具体的换热要求和工况条件，合理设计折流板的形状、尺寸和间距，以提高传热效率。

折流板
一、折流板概述
折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘－圆环形平板。

安装折流板迫使壳程流体按照规定的路径多次横向穿过管束，既提高了流速又增加了湍流速度，改善了传热效果，在卧式换热器中折流板还可起到支撑管束的作用。

折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。

二、折流板的分类及结构
常用的折流挡板有单弓形、双弓形、三弓形和盘—圆环形。

三、折流板作用
（1）提高壳程内流体的流速。

（2）加强湍流强度。

（3）提高传热效率。

（4）支撑换热管。

Value Engineering———————————————————————作者简介:胡悦（1991-），女，湖南涟源人，硕士，工程师，研究方向为发动机滑油系统设计。

0引言目前航空发动机上常用的管壳式热交换器属于小型管壳式热交换器[1]，在结构设计上主要包括壳侧结构设计和管侧结构设计，例如某型燃油-滑油热交换器、某型燃油-液压油散热器和某型飞机交流发电机燃滑油散热器等，受限于发动机和飞机对热沉的使用，该类热交换器通常使用燃油做为热沉冷却其它介质，鉴于燃油的工作压力较高，同时为了有利于散热性能提高，燃油通常在管内流动，其它介质在壳侧流动，而发动机上燃油流量通常较大（飞行包线内个别低流量点不予讨论），其它介质的流量较小，这就造成管侧Re 数和换热系数较大，而壳侧的Re 数和换热系数较小[2]。

通过计算、仿真和试验等经验总结可知，目前影响该类热交换器性能的主要因素就在于壳侧流动不充分、换热系数小，通过改变折流板结构对壳侧结构设计进行调整，增加该侧的换热系数是提升该类散热器散热性能的有效途径[3]。

弓形折流板是指将折流板切除一定弦高，以一定距离对头布置在壳侧内[4]。

盘环折流板是指将折流板中心切除一定直径圆孔的环式折流板，配合将外环切除一定直径外环的盘式折流板，以一定距离布置在壳侧内[5]。

1技术分析1.1应用分析弓形折流板和盘环折流板管壳式热交换器在管壳式热交换器领域早有应用[6]。

通过改变折流板形状增加壳侧换热系数的方法也较多，例如螺旋折流板、折流棒等，鉴于上述结构在小型密集型散热管布置工艺不成熟（或者说目前发动机和飞机应用较少）本文不予讨论，但是近几年对于盘环式折流板应用较多，例如某型飞机交流发电机燃滑油散热器、某型燃滑油散热器以及最新研制的某型主/辅助燃滑油散热器等，通过计算分析和实际使用总结了一定的经验。

资料文献以及教科书对于盘环式管壳式热交换器均有一定的介绍，但是对其实际使用以及在使用过程中出现的问题和优点未做详细的评述，本文根据实际设计、计算和试验经验，针对两类热交换器进行特性分析。

换热器折流板各型式讨论————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：换热器折流板各种型式的讨论兰州四方容器设备有限责任公司李建仓摘要：本文介绍了换热器所用折流板的几种型式，对其结构及工作形式作了阐述，并将其优点及缺点进行了说明和总结，从而为折流板换热器的设计选型及制造提供了依据和指导。

折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。

折流板是列管式换热器中的一个零件可用以起到提高传热系数和支承管束的作用;但由于它结构简单所以往往被设计者所忽视。

现实的情况可以证实到目前为止无论是我国自行设计还是国外引进的设备折流板的结构常是五花八门，其中有些结构既制造复杂又不利于提高传热系数。

其原因在于设计者没有根据具体的传热性质来认真地对它进行分析后再确定具体的结构和尺寸。

本文拟对各种型式折流板的优缺点一一列出并进行对比，提出换热器在什么情况下所适用哪种折流板的一些个人意见和有关同志进行商榷。

折流板有常用折流板和异形折流板之分。

常用折流板主要有弓形和圆盘-圆环折流板，其中弓形又分为单弓形、双弓形和三弓形，如图一：图一异形折流板有:矩形折流板、折流杆型折流板和格栅折流板等，如图二～四：矩形折流板（图二）折流杆换热器示意图（图三）格栅折流板（图四）这些折流板都有各自的优缺点，逐一说明如下;一、弓形折流板。

大部分换热器都采用弓形折流板。

弓形折流板在壳程内的放置形式上下方向排列的形式，用以造成液体剧烈扰动以增大传热系数;左右方向排列的，多数用于卧式换热器,设备中都伴随着有气相的吸收冷凝，以利于冷凝液和气体的流动，当列管是正方形排列时，为了使介质形成湍流以提高换热效果，则采用转角切口。

单弓形折流板主要是为了提高整体的壳程的错流程度，切口的百分数一般为20%~49%；通常为20%~25%，最佳大小为20%，此时单位压降下传热膜系数最高，小于20%（缺口处不布管除外）压降较大；切口超过20%，导致形成流体流速的滞留区，切口过大或过小，都会降低管束的传热性能；为了减小振动，亦可采用缺口处不布管，缺口可减小到15%或者25%左右，其压降只有单弓形的1/3左右。

94在化工装置中管壳式换热器型式众多，当壳侧流体流量大且压降限制严格时，通常会采用双弓形折流板形式。

但是双弓形折流板在支撑结构和流动方式上存在诸多缺陷：壳侧流动存在冲刷不充分的流动死区、死区内局部换热系数低，壳侧整体换热不均匀，同时死区容易结垢，威胁换热设备的安全运行[1]。

为了提高壳侧单位压降下传热和避免壳侧由于沉积污垢造成的腐蚀泄漏，工业应用中越来越多的采用螺旋折流板代替壳侧弓形折流板，使壳侧在螺旋折流板引导下形成复杂的螺旋流形态，提高管束间的流速、实现壳体横向截面流体充分混合同时壳侧压降不增加，从而达到强化传热的目的[2]。

工程应用中最多采用的为四片式螺旋折流板结构，见图1，螺旋折流板一个螺旋节距的长度上是由四片式扇形板片按一定的安装倾角上、下、左、右交错排列而成，再用定距管将其定位，使其形成螺旋状[3]。

但是四片式螺旋折流板结构为非连续螺旋折流，中间相邻板片间会出现三角形的漏流区，严重削弱了传热能力[4]。

针对四片式螺旋折流板三角区短路漏流的缺点，中国石化工程建设公司联合抚顺化工机械设备制造有限公司和辽宁石油大学提出了一种新型的六片式螺旋折流板换热器型式，并获得专利授权[5]。

 图1 四片式螺旋折流板 图2 六片式螺旋折流板1 模型设置1.1 几何模型三维数值模拟用SolidWorks分别建立尺寸180x1200mm下六片式螺旋折流板、四片式螺旋折流板和双弓折流板结构，设备型式BEM，水平安装，10mm换热管，正方形布管，换热管间距13mm，布108根换热管，换热器所有材质均采用碳钢。

双弓折流板结构采用16块折流板，间距60mm。

六片式螺旋折流板和四片式螺旋折流板都采用10度螺旋角，搭接度42%[6]。

由于管束元件较多，内部结构复杂，本文对换热器的结构进行适当简化如下：（1）认为换热管与折流板、筒体与折流板和管束与壳体都为紧密切合，忽略流体通过缝隙渗螺旋折流板换热器传热和流动性能分析宁静 中国石化工程建设有限公司 北京 100101 摘要：利用CFD分析软件FLUENT，研究10度螺旋角条件下，六片式螺旋折流板换热器和常见四片式螺旋折流板换热器传热和流动特性，并与双弓形折流板换热器进行对比。

四种换热器的结构特点及优缺点3、四种换热器的结构特点及优缺点。

（1）固定管板式换热器组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。

结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接。

两端管板均固定，可以是单管程或多管箱，管束不可拆，管板可延长兼作法兰。

优点：结构简单，制造方便，在相同管束情况下其壳体内径最小，管程分程较方便。

缺点：壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。

（2）浮头式换热器组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等。

结构特点：一端管板与壳体固定，另一端管板（浮动管板）与壳体之间没有约束，可在壳体内自由浮动。

只能为多管程，布管区域小于固定管板式换热器，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。

优点：不会产生温差应力，浮头可拆分，管束易于抽出或插入，便于检修和清洗。

缺点：结构较复杂，操作时浮头盖的密封情况检查困难。

（3）U形管式换热器组成：管箱、管板、U形换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。

结构特点：只有一个管板和一个管箱，壳体与换热管之间不相连，管束能从壳体中抽出或插入。

只能为多管程，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。

总重轻于固定管板式换热器。

优点：结构简单，造价较低，不会产生温差应力，外层管清洗方便。

缺点：管内清洗因管子成U形而较困难，管束内围换热管的更换较困难，管束的固有频率较低易激起振动。

（4）填料函式换热器组成：管箱、管板、管束、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函等。

结构特点：一侧管箱可以滑动，壳体与滑动管箱之间采用填料密封。

管束可抽出，管板不兼作法兰。

优点：填料函结构较浮头简单，检修清洗方便；无温差应力，（具备浮头式换热器的优点，消除了固定管板式换热器的缺点）。

缺点：密封性能较差，不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质。

浮头式双弓形、三弓形折流板换热器均是在原单弓形折流板换热器的基础上，将原来的折流板改成双缺口、三缺口形式，增加了切去面积，使壳程流动形式由单弓板时的错流改变成顺错流态，并克服了流体急剧流动造成的管束振动，在相同流速下可使壳侧管束部分流体阻力降低到单弓板的1/6～1/8，反之，在相同压降下即可把流速提高2倍以上，从而提高传热速率。

浮头式双弓形和三弓形折流板换热器壳程确具低压降、大处理量的优点，与单弓形折流板换热器相比，在换取相同热量的条件下，可节省换热面积20～30%；在同等压降下，总传热速率可提高50%左右，是石油化工深入节能的又一新型高效设备。

●换热管型式：光管、波纹管、螺纹管、螺旋波纹管、内波外螺纹管。

●换热管材质：10#、不锈钢、双相不锈钢、碳钢渗铝、08Cr2AlMo、铜、镍、钛、锆。

●适用范围：本换热设备适用于石油、化学工业生产中无相变流体的换热，尤其适用于壳侧流体流量大、粘度大的场合。

设计折流板的设计壳式换热器折流板的管壳式换热器HTRI2012 上海CC China Meeting11062012-11-06管壳式换热器折流板的设计管壳式换热器中折流板的常用形式----单弓----NTIW（单弓窗口不布管）----双弓----螺旋折流板----双螺旋折流板----折流杆（Rod Baffle）管壳式换热器折流板的设计•单弓折流板的阻挡和扰流作用使得流体冲击折流板时改变流向,同时由于流通截面的突变而在弓形折流板缺口处形成流体速度突变和压力突变,且在折流板背面形成回流区,造成压力损失。

管壳式换热器折流板的设计•单弓折流板间距与切割率增大，将降低壳程压降, 但同时壳程传热系数减小；折流板间距与切割率减小,将增大壳程传热系数, 但同时壳程压降也急剧增大。

即壳程压降与壳程传热系数同增或同减, 但壳程压降增大或减小的幅度大于壳程传热系数。

为此, 在压降允许范围内, 减小折流板间距与圆缺率, 加强传热效果。

管壳式换热器折流板的设计•单弓-窗口不布管减小管子的无支撑间距，牺牲部分换热空间，降低诱导及弹性振动的可能性，同时增加壳程流体的流通量。

管壳式换热器折流板的设计•双弓双弓弓形折流板换热器保留了弓形折流板的结构形式, 但增加了切割面积, 使壳程流动形式从单弓时的错流改变成顺错流态, 并克服了流体急剧回弯流动造成的管束震动,在相同压降下即可把流速提高至二倍以上, 从而提高传热速率。

尤其适合用于壳侧流体流量大, 粘度大的场合。

管壳式换热器折流板的设计•螺旋折流板螺旋折流板换热器突破了壳程介质流横向垂直和管子相切的传统观念, 流体在壳侧呈连续柱塞状螺旋流动,不会出现传统折流板换热器内的流动死区,并且由于旋流产生的涡与管束传热界面边界层相互作用, 使湍流度大幅度增强, 有利于提高壳侧膜传热系数。

管壳式换热器折流板的设计•螺旋折流板连续螺旋折流板换热器的折流板形状是自壳体进口向出口推进的完全螺旋面，介质在壳体内做到相对连续平稳旋转流动。

螺旋折流板换热器管束及管板的结构设计国德文邢芳刘晓凤（大庆石油化工机械厂，黑龙江大庆１６３７１１）摘要：文中介绍了螺旋折流板的几何形状及螺旋折流板换热器管束的结构型式，并据此说明了螺旋折流板换热器管束的设计方法。

通过图示证明螺旋折流板的曲线边是一条椭圆曲线，给出螺旋折流板几何尺寸的计算方法。

关键词：螺旋折流板；管束；结构设计中图分类号：ＴＫ１７文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１－４９６２（２００８）０２－００３９－０２近年来，国内采用新型高效螺旋折流板换热器的企业逐渐增多。

大庆石油化工机械厂也经常采用螺旋折流板来设计管壳式换热器。

文中对螺旋折流板管束的结构设计［１］进行了探讨。

１螺旋折流板的几何形状螺旋折流板换热器的折流板为准扇形。

与壳体横截面有一定的安装倾角α，其在壳体横截面上的投影刚好为１／４圆面。

见图１。

根据折流板间距所需要的若干个螺旋折流板与管束轴线以某一角度呈连续螺旋状排列，这种排列须保证介质自壳程进口向出口呈螺旋状推进，避免了采用弓形折流板时，介质以“Ｚ”字形流动剧烈折返带来的严重压降。

管壳式换热器采用螺旋折流板是基于这样一种思想：通过改变壳程侧折流板的布置，使壳程侧流体呈连续螺旋流动，因此，理想的折流板布置应该为连续的螺旋曲面。

但是，螺旋曲面加工困难，而且换热管与折流板的配合很难实现。

考虑到加工上的方便，采用一系列的准扇形平面板（称之为螺旋折流板）替代曲面相间连接，在壳程侧形成近似的螺旋面，使换热器的壳程侧流体产生连续的螺旋状流动，见图２。

２螺旋折流板间距螺旋折流板布置应使壳程内介质的螺旋状流场稳定，这就要求螺旋折流板之间有一致的间隔称为折流板间距Ｆ），相同的安装角α，一般还应要求：螺旋折流板应布置在上方进出口轴线的下方或下方进出口轴线的上方，见图３。

从图３可以看出，在１个螺旋节距Ｈ（波长）长度上等距依次安装４个螺旋折流板，环绕壳程轴线位置的１根与换热管规格相同的中心管，用定距管定位，形成螺旋状。

换热器折流板最大间距的探讨王兰生摘要本文以DN400水－水换热器设计计算为例,说明GB151－89《钢制管壳式换热器》中关于折流板的最大间距应不大于圆筒内直径的规定是不尽合理的,不利于壳程流体压力降的降低,并提出了相应的建议。

关健词折流板最大间距压力降1 问题的提出我们知道，由于管壳换热器的壳程流通截面积通常较管程流通截面积为大，因而除壳程为蒸气冷凝的工况外（冷凝传热系数与流动状态无关），均在壳程设置折流板以提高壳程流体的流速，改变流体的流动方向，使流体沿垂直于换热管中心线的方向流过管束，增加湍流程度，从而提高壳程的传热效果。

同时，折流板对管束又起着支撑作用。

从传热方面考虑，合理的折流板间距不仅应使换热器获得较好的传热效果，以满足给定的传热要求，而且应使壳程的流体压力降不超过允许的最大压力降，以免动力消耗过大。

管壳式换热器工艺设计计算中控制的折流板最小间距为，且不小于50mm。

换热管无支撑的最大折流板间距为171d0.74（d为换1/3～1/2Ds热管外径，mm）。

允许的最大压力降为0.4atm（40.53kPa）[1]。

GB151－89《钢制管壳式换热器》(以下简称GB151)中的3.9.3.2条规定：“折流板的最小间距应不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm。

最大间距应不大于圆筒内直径，且满足表3－22的要求”。

表3－22 mm显而易见，GB151规定的折流板最小间距及最大无支撑跨距（防止换热管变形过大和便于安装）与工艺设计基本是一致的，但是却增加了折流板最大间距应不大于圆筒内直径的限制。

这样一来，在管壳式换热器的设计中，就可能会出现工艺专业提出的满足传热要求和压力降限制的折流板间距超出壳体内径，而设备专业由于GB151的规定难以在设计中予以认可的情况。

实际上，笔者在水－水换热器系列的设计中就遇到了这一问题。

下面以DN400水－水换热器的设计计算为例加以说明。

2 设计计算实例2.1 工艺及结构参数文[2]中的水－水换热器系列为国家建筑标准设计，用于一般工业及民用建筑采暖通风系统。

折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响唐旭华摘要：折流板可以改变壳程流体的流动方向，使其垂直于管束流动，并提高流速，从而增加流体流动的湍流程度，获得较好的传热效果，采用CFD 技术对核电站广泛应用的折流板换热器的壳程流体流动与传热性能进行数值模拟与研究，得到了折流板换热器壳程流体的流场和温度场，分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度对管壳式换热器壳程流体流动与传热性能的影响，为核电站折流板换热器的设计和应用提供理论基础。

关键词：换热器；折流板；数值模拟一、常用折流板型式管壳式换热器中设计折流板的目的是分隔壳程空间，使流体在壳程内流动时受到阻挡，增加湍动程度，从而提高传热系数。

其代价是流通面积和流速周期性变化，并在折流板后端形成涡流，产生压力损失，所以选择恰当的折流板型式，折流板间距和折流板切割率将会获得经济传热系数。

在TEMA管壳式换热器中最常用的折流板型式有单弓、NTIW、双弓，不过近年来非TEMA标准型的螺旋折流板和折流杆的研究和应用逐渐广泛。

二、折流板数值计算1、几何模型。

由于折流板间距和折流板圆缺对壳程流场和温度场的影响，换热器壳程结构相对复杂，计算模型在保证相关物理量准确下，建立模型时作如下简化假设: ①忽略折流板与换热管、折流板与筒体之间的间隙; ②假设流体流动和传热过程是均一、稳定的; ③对传热导致的流体物性的变化忽略不计，如密度、黏性和比热容等; ④假设筒体外壁与外界无热交换; ⑤假设流体为牛顿流体，不可压缩、各向同性且连续。

取换热器模型结构尺寸: 筒体内径D为φ200mm; 筒体长度L 为800mm，采用正方形布管; 换热管外径为φ20mm，换热管数量为24 根，管间距为30mm; 折流板数目分别为5 块、7块，折流板间距H分别为133mm、100mm; 水平切口折流板圆缺高度分别为0.33D、0.1D，折流板厚度为4mm，壳程进出口接管直径为40mm，几何模型如图所示。

2、网格划分与边界条件。