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1、2019/5/31,三分螺旋折流板换热器,陈亚平 (13851729402, ) 东南大学 能源与环境学院 南京210096,2019/5/31,换热器(热交换器)是实现能量传递转换的设备，绝大多数都是管壳式换热器（70%左右）。 管壳式换热器的优点是适合高温高压、处理量大、适用性强、制造方便、结构简单。 虽然其紧凑性不如板式换热器和板翅式换热器等。,2019/5/31,弓形折流板换热器,传统弓形折流板管壳式换热器存在有流动死区、流动阻力较大、传热系数较低、以及在缺口处管束支撑跨距较大，容易诱导管束振动破坏等缺点。,死区,2019/5/31,捷克的Lutcha等发明的1/4扇形折流板方案,把圆
2、分成4个象限，一个螺距的每个象限布置一块倾斜扇形折流板。,特点：以倾斜平板替代螺旋曲面板。 适合用于正方形排列管束方案， 用于正三角形排列管束方案时不方便， 而后者占管壳式换热器的绝大多数。,2019/5/31,适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,对于正 三角形排列 管束怎么办？,2019/5/31,相关类比,2019/5/31,陈亚平提出三分螺旋折流板方案,a. 1/3 分区布管; b. 中心无管位; c. 中心布管周向重叠 三分螺旋折流板的对称方案投影图,对称，扇形折流板,对称，扇形折流板,2019/5/31,三分螺旋折流板换热器,1-壳体；2-管束；3-管板；4
3、-折流板；5-进、出口接管 三分扇形螺旋折流板管壳式换热器本体,1/3分区布管,2019/5/31,折流板轴向搭接时上、下游截面之间X型缺口处的漏流,貌似泄漏面积减少，但存在指向下一级的漏流捷径，必然影响绕行主流的传热,可见轴向搭接不利于强化传热！这是由陈亚平首先提出的观点。并被试验证实,2019/5/31,相关试验研究：试验件管芯照片,水-水换热 单头螺旋 20 24 28 32 双头螺旋 32 弓形,2019/5/31,周向重叠折流板的投影图,2019/5/31,图例： 数字是倾斜角； 2-是双头； seg-弓形,总体传热系数随壳侧流量的变化,2019/5/31,壳侧压降随壳侧流量的变化,
4、2019/5/31,壳侧换热系数随壳侧压降的变化,2019/5/31,ho/po综合指标随壳侧流量的变化,2019/5/31,(ho/po)/(ho/po)seg指标随壳侧流量的变化,2019/5/31,结论,20扇形折流板方案不仅综合指标(ho/p o)而且换热系数ho的数值亦高于弓形折流板方案，而一般认为在同样壳体下，弓形换热器的换热系数高于螺旋折流板换热器在相同流量下的对应值。这是关键问题，因为对于用户来说是不可能接受换热系数降低的方案，即使其压降很低； 20扇形折流板方案是试验范围内的最佳方案，其综合指标(ho/ p o)的平均值与弓形折流板换热器方案相比平均提高108%； 倾斜角相同
5、的双头螺旋折流板方案比单头方案的壳侧换热系数和压降都有提高，其综合指标(ho/ p o)亦有所提高； 周向重叠三分螺旋折流板换热器的最佳倾斜角在20左右，而不是如一些文献对1/4螺旋折流板换热器的研究得出的40左右。对螺旋折流板的制作是福音。,2019/5/31,数值模拟,(a) 折流板与拉杆 (b) 折流板与管束 (c) 壳体 周向重叠三分螺旋折流板换热器,左视图上切面位置和编号,2019/5/31,(上)主视图上折流板编号和切面位置 (下)偏心纵向切面E1上速度矢量+压力云图,单涡型迪恩涡,2019/5/31,横切面,(左)折流板对称线；(右)相邻折流板交界处,相邻折流板交界处逆向泄漏,2
6、019/5/31,相邻折流板三角区的泄漏分析,在相邻折流板的三角区有一排管子形成阻尼作用。这对于减小逆向泄漏有利。,流动方向,螺旋流动方向,在相邻折流板的三角区处流体由下而上携速度动压头向上游通道流动，但遇到逆向漏流的顶撞。,2019/5/31,第二层六边形切面(见18页)展开图上速度矢量+压力云图,由于此处有管子的阻尼，相邻折流板交界处的短路受到限制,2019/5/31,结论,正三角形排列布管是绝大多数管壳式换热器所采用的首选结构。而三分螺旋折流板换热器正好适合这种结构。周向重叠三分螺旋折流板管壳式换热器是同时具有适合正三角形布管和防短路的结构。 三分螺旋折流板管壳式换热器是具有高效、低阻的
7、优异性能的传热设备。比目前国际上认为性能最好的1/4螺旋折流板换热器紧凑而且零件减少；与传统弓形折流板管壳式换热器相比，不仅可降低壳程流动压降，且同时可使壳侧换热系数提高，并可有效抑制管束振动破坏和污垢的形成。,2019/5/31,倾斜折流板的加工工艺革新,从效率角度折流板倾斜角应取3045大角度，但从制造角度又不希望倾斜角太大（国内大型换热器通常取15 以下） 。倾斜折流板的传统加工方法是钻孔要用钻模或先用键槽铣刀铣平面；每个规格、角度都要做一套工装模具。加工工艺复杂、困难是螺旋折流板换热器普及推广的障碍。,现已找到解决问题的钥匙！-（数控激光切割设备）。板平放，激光光束倾斜走椭圆轨迹。具有
8、加工速度快，孔和边的加工一次性解决，无需制作模具，下料废料少等优点。搬开了螺旋折流板换热器普及推广的最大障碍，可类比为将印刷术升级为激光照排。“一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法”，发明专利申请，201210052911.x，发明人：陈亚平,折流板圆弧边的加工亦比较困难，用立车或大型镗铣床,钻孔及加工圆弧边用的工装。在斜面上钻孔很困难，孔的定位精度差，角度大时更困难。,2019/5/31,2019/5/31,应用前景,干式蒸发器：冷却水与制冷剂热交换，强化壳侧冷却水的传热或降低压降损失。 电厂闭冷器：海水与除盐水热交换，海水侧在管内可采用胶球清洗，而除盐水侧采用螺旋折流板强化后，可减少昂贵的钛管的传热面积，并降低压降损失。 石油化工电力等行业众多的换热器，如油冷却器等。 此项成果的经济效益潜力巨大，希望与同行共同合作努力。 陈亚平(13851729402,) 谢谢观看,