折流板开孔孔径对换热器壳程性能的影响
折流板开孔孔径对换热器壳程性能的影响
万方数据 图 &$ 频幅响应曲线
［ &］ 础设计规范》 ，就可知道与“ 规范” 相比，笔者
结$ 束$ 语
在基础振动分析中使用的方法是不同的，但最终给 出的固有频率和振幅的表达式在实质上是相同的。
参$ 考$ 文$ 献 !$ 倪振华 ) 振动力学 ) 西安：西安交通大学出版社，!./. &$ 89*--(- —.#) 动力机器基础设计规范，!..#
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&--( 年$ 第 ’& 卷$ 第 . 期
喻九阳等：折流板开孔孔径对换热器壳程性能的影响
万方数据
（ 收稿日期：%..& I .+ I #+ ）
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石" 油" 机" 械
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相当，但相应于该流量的管内流速较小，处于适宜 流速的下限以下，为工业生产非常用流速。故从实 际应用来看，折流板管桥开孔后，不论孔径大小， 对壳程传热性能均有利，且以孔径大者为好。
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时，! 值在整个流量范围内始终大于未开孔的。这 表明开孔直径足够大时，总传热系数 ! 才能高于 未开孔折流板。 在换热面积相同条件下，若 !" # 和 ! 均得到提 高，无疑会十分有利于提高传热量。前述开孔方案 中，只有最大孔径 !! ""，可使 !" # 和 ! 同时得到 提高。
折流板换热性能影响因素 你们的下载是我免费提供的动力
管壳式换热器由于结构可靠、技术成熟、适用面广,是应用于化工,石油,制冷等行业的一种通用设备.管壳式换热器的研究方法一般有实验研究、理论分析研究与数值模拟研究3种,随着计算机技术的发展,数值模拟已成为主要的研究方法. 最早对壳管式换热器进行数值模拟研究的是英国学者Patankar和Spalding,他们在1974年提出分布阻力、体积多孔度的概念,实现对壳管式换热器壳程流场的数值模拟.多孔介质模型的主要缺点是分布阻力和分布热源的模型和系数要依靠经验来确定,其精度难以保证.建立壳管式换热器实体模型进行模拟计算,能得到比较详细可靠的壳侧流场与温度场.管壳换热器的折流板数目、位置、缺口高度、换热管的排列方式等影响换热器的壳程管表面换热系数和壳程压降.现有文献大都只研究了某一个方面[1-2],笔者旨在用大型CFD软件FLUENT, 采用数值模拟方法分析和总结折流板间距、弓形折流板缺口高度、进口段折流板与管板的距离等管壳式换热器的结构形式对换热器综合性能的影响.评价不同结构下传热和流动性能的优劣,采用现有文献常用的表面换热系数与压降之比h/Δp, 得到不同结构下h/Δp的变化规律.1数值模拟及结果分析1. 1流体动力学控制方程流体流动受物理守恒定律的支配,包括[3-4]:质量守恒方程:1. 2模型验证笔者建立的换热器数学模型采用与实物模型相一致的几何参数:换热器总长1 940 mm,筒体内径151 mm,折流板直径148 mm,换热管为?19 ×2 mm的管子,正方形排列.根据换热器尺寸用GAMBIT建立模型,由于换热器结构的对称性,可以采用对称性边界条件,建立整体模型的一半,进行网格划分.划分网格时根据折流板的位置将模型分割成多个块,分块划分网格.然后导入FLU- ENT设置与实验相一致的边界条件:换热器壳侧流体介质采用空气,管内的流体为饱和水蒸气,饱和水蒸气不断由锅炉产生,认为管内温度恒定,因此在模拟时可设置管壁温度为恒温.数值模拟时选用标准κ-ε湍流模型,壁面采用无滑移边界条件[5],近壁面处理采用标准壁面函数法。
油封低温冷却器折流板开孔的传热性能
油 封 低温 冷 却 器 折 流 板开 孔 的传 热 性 能
郑 涛 徐 成， 阳， 纬， 常 小 ， 喻九 林 彭 飞
（ 汉工程 大学机 电工程 学 院 ， 武 湖北 武 汉 ４ ００ ） ３２５
摘 要： 针对油封低温冷却器压 降较大 的问题 ， 利用计算流体 动力学 （ Ｆ 软件 Ｆｕｎ 分析油封低 温冷却器 Ｃ Ｄ） ｌｅｔ
基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 项 目（０ ７ ００ ； 汉 工 程 大 学 科 学 研 究 基 金 项 目（ ４２ ０ １ ； 汉 工 程 大 学 研 究 生 创 ５９ ６ ８ ） 武 １ １５ ６ ） 武 新 基 金 （ Ｘ ０ １７ Ｃ ２ １２ ） 作 者 简 介 ： 小 涛 （９ ２ ） 男 ， 北 武 汉 人 ， 师 ， 士 ． 究方 向 ： 构 强 度 、 料 损 伤 与变 形 ． 郑 １８ 一 ， 湖 讲 博 研 结 材
边界 条件 ：
２ ％ ， 体 内径 ２ ３ｍ 换 热 管 外径 ２ ｍ， 心 ５ 壳 ７ ｍ， ０ｍ 管
距 ３ ２ｍｍ， 用 ９ 。 采 ０ 布管 方式 ．
收 稿 日期 ：０２０ －７ ２１－ ０ ７
（） １ 管壁 ： ｎｔ ｔ ｅ ｐｒｔ ｅｗ ｌ； ｃ ｓ ｎ ｔ ｅａ ｒ ａ 温度 ２８Ｋ； ｏ ａ ｍ ｕ ｌ ７
的压降也 大 大 增 加 ， 在 折 流 板 背 面存 在 流动 死 且 区． 对如 何有 效 的利 用 折 流 板 来 提 高 换 热 器 的传
热 系数 并满 足 压 降 要 求 具 有 很 大 的实 际意 义 ． 下
布 图与压 降 图 ， 为实验 提供 了充分 的理 论依 据 ．
采 用 Ｇ ｍ ｉ ．． ａ ｂｔ ４ ６进行 建模 与 网格 划分 ． 流 ２ 折 板及开 孔建模 如 图 １所 示 ， 热 管呈 ９ 。 列 ， 换 ０排 其 中ｄ Ｔ 为折 流板 开孔 ， 径 １ ｍ． 程 建模 如 图 ，Ｌ 直 ６ｍ 壳 ２所 示 ， 网格类 型 为 Ｔ Ｇ ｉ ， ｔｒ ｌ ｉ 设 为 ５， ． ｒ Ｉ ｅｖ ｚ ｄ ｎ ａ ｓｅ 网 格数 在 １０万 到 ２ ０万 之 间 ， 着 折 流 板 数 目增 ３ ４ 随
折流板结构对换热器壳程流动和传热性能的影响
通过对比三种板型换热器的传热性能及压力、温度和流速云图,分 析 了 产 生 传 热 性 能 差 异 的 原 因。 研 究 结 果 可 为 管
壳 式 换 热 器 折 流 板 设 计 及 强 化 传 热 性 能 提 供 参 考 ,具 有 一 定 的 工 程 实 际 意 义 。
关键词: 曲面弓形折流板; 球面弓形折流板; 数值模拟; 压力降; 传热
文 章 编 号 :1672���6���952(2018)05���0���072���0���5
投 稿 网 址 :
折流板结构对换热器壳程流动和传热性能的影响
卜英南1,陈祥彬2,张莹莹1,高 磊1
(1.辽宁石油化工大学 机械工程学院,辽宁 抚顺 113001;2.胜宝旺寰球工程有限公司,吉林 吉林 132000)
摘 要: 以弓形折流板为基础,设定相 同 的 工 况 条 件,用 FLUENT 软 件 对 曲 面、球 面 和 弓 形 三 种 折 流 板 型 的
换热器壳程流体的流动和传热性 能 进 行 模 拟,并 对 三 种 板 型 的 管 壳 式 换 热 器 壳 程 压 降 及 换 热 系 数 进 行 比 较 分 析。
中 图 分 类 号 :TQ051.5
文 献 标 志 码 :A
doi:10.3969/ji.ssn.1672���6���952.2018.05.013
InfluenceofBaffleStructureontheFlowand HeatTransfer
PerformanceofShellSideofHeatExchanger
Abstract: Basedonthebowbaffle,thesameworkingconditionsareset.TheFLUENTsoftwareisusedtosimulatetheflow andheattransferperformanceoftheshell,fluidandheattransferofthethreebaffleplatesofcurved,sphericalandarched
管壳式换热器折流板对换热性能影响的数值模拟
江 竹ꎬ等:管壳式换热器折流板对换热性能影响的数值模拟
１５９
管壳式换热器折流板对换热性能影响的数值模拟
江 竹ꎬ秦 健ꎬ张 辉
( 西华大学 能源与动力工程学院ꎬ四川 成都 ６１００３９)
摘要:由于传统弓形折流板换热器设计简单、适应性强被广泛使用于各类生产活动中ꎮ 但是传统弓形换热器的换热性能较差以及壳程
ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎ － ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｂａｆｆｌｅｓꎻ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎ － ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｂａｆｆｌｅｓ ｉｓ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｚｏｎｅꎬａｎｄ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅꎻ ｔｈｅ ｊｅｔ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｐｅｎ － ｈｏｌｅ ｂａｆｆｌｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋ
ｏｆ ｔｈｅ ｂａｆｆｌｅꎬｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｓｈｅｌｌ － ａｎｄ － ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒꎻｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｂａｆｆｌｅꎻＣＦＤꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
换热器作为一种被广泛应用在化工、石油、动力、食品等产
Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｊｉａｎｇ ＺｈｕꎬＱｉｎ ＪｉａｎꎬＺｈａｎｇ Ｈｕｉ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＸｉｈｕａ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈｅｎｇｄｕ ６１００３９ꎬＣｈｉｎａ)
换热器中的管束管板折流板上的小孔
换热器中的管束管板折流板上的小孔《换热器中的管束管板折流板上的小孔》在换热器中，管束、管板和折流板上的小孔起着至关重要的作用。
它们不仅影响着换热效率，还与换热器的安全稳定运行密切相关。
本文将从深度和广度两个方面来探讨这些小孔在换热器中的重要性，并对其进行全面的评估。
一、小孔在换热器中的作用1.1提供换热传递通道管束、管板和折流板上的小孔可以提供换热介质的流动通道，保证介质在换热过程中充分接触。
这有利于提高换热效率，减少能源消耗。
1.2改变流体流动状态通过设置不同形状、大小和布局的小孔，可以改变流体的流动状态，促进流体的混合和分布，防止死区的产生，从而实现更加均匀的流体温度和压力分布。
1.3防止压力积聚和挤压损伤在换热器中，流体的温度和压力可能会发生变化，而小孔可以起到减缓压力积聚、减轻流体挤压损伤的作用，保证换热器的安全稳定运行。
二、小孔的设计原则2.1流体性质在设计小孔时，需要考虑流体的性质，包括粘度、密度、压力等因素，以确保小孔的形状和大小能够适应流体的特性，减小压力损失，避免出现堵塞现象。
2.2换热要求根据换热器的需求，合理设计小孔的分布和密度，确保不同部位的小孔能够满足换热的要求，提高换热效率。
2.3结构强度小孔的设计还需要考虑结构的强度，避免因小孔过大或过多导致管束、管板或折流板的强度不足，甚至出现破裂和泄漏的情况。
三、小孔在实际应用中的挑战与解决方案3.1堵塞问题在换热器运行过程中，小孔可能会受到杂质的堵塞，导致流体通道受阻，影响换热效果。
为此，可以采取定期清洗、使用过滤器等方法来解决堵塞问题。
3.2腐蚀和磨损小孔所处的环境可能存在腐蚀和磨损的因素，影响小孔的形状和大小，进而影响换热效果。
选择耐腐蚀、耐磨损的材料或对小孔进行防腐蚀处理是解决这一问题的关键。
3.3流体过速如果流体速度过快，可能会造成小孔出现振动或压力损失的情况，影响换热器的正常运行。
可以通过设计合理的小孔形状和布局，或者采取降低流速的措施来解决这一问题。
换热器中的管束管板折流板上的小孔
文章标题：换热器中的管束管板折流板上的小孔1. 管束管板折流板的功能及作用在换热器中，管束管板折流板是起到非常重要的作用的。
它们可以通过调节介质的流动状态来实现换热过程，从而提高换热效率。
管束管板折流板上的小孔在其中扮演着非常重要的角色，下面我们将着重来探讨一下这些小孔的作用。
2. 小孔对流体流动的影响在换热器中，介质的流动状态对于换热效率有着非常重要的影响。
而管束管板折流板上的小孔可以对流体的流动产生一定程度的影响。
通过合理设计和设置小孔的形状和数量，可以调节介质在管束管板折流板内的流动状态，使其更加均匀、稳定，从而提高换热效率。
小孔的设计和设置是非常重要的，需要充分考虑介质的特性和流动状态。
3. 小孔对传热的影响除了对流体流动产生影响外，小孔还可以对传热产生一定程度的影响。
通过合理设置小孔的位置和形状，可以实现介质的混合和分流，从而加快传热速度，提高传热效率。
小孔的存在还可以减小介质流动时的阻力，减小能量损失，使得换热器的能耗更低，效率更高。
4. 对小孔设计的思考在换热器中，小孔的设计需要充分考虑介质的性质、流动状态和传热需求。
合理设计小孔的形状、尺寸和布局，可以实现最佳的换热效果。
需要考虑小孔的清洁和维护，以确保小孔的通畅，不会影响换热器的正常运行。
5. 个人观点和总结通过对换热器中的管束管板折流板上的小孔进行探讨，我深感其重要性和复杂性。
在实际设计和运行中，需要充分考虑介质的特性和运行要求，合理设置小孔的形状和数量，以实现最佳的换热效果。
管束管板折流板上的小孔在换热器中具有重要的作用，需要在设计和运行中引起足够的重视。
通过合理的设计和设置，可以实现更高效的换热过程，从而提高能源利用效率，降低生产成本，达到经济与环保的双重目的。
写手：[您的名字]日期：[撰写日期]小孔在换热器中的设计和应用是非常重要的，它直接影响着换热效果和能耗。
在实际工程中，为了达到最佳的换热效果，需要考虑多种因素，并根据介质的特性和流动状态进行合理的设计和设置。
折流板几何结构对换热器性能影响的数值模拟
［ 文章 编 号 ］１ ０ ０ ３ —４ ６ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ０ １ — ０ ４
折流板几何结构对换热器性能影 响的数值模拟
龚发 云 ，叶 方 平 ，汤 亮 ，李 晓敏
（ 湖 北 工 业 大 学机 械 工 程 学 院 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ）
动与 换热 情况 相对 来 说 比较 复 杂 ， 并 且 壳 程 内部 的 流动 情况 和换 热特 性对 换热 器 的性 能有着 直接 的影
响， 相反 ， 换热 器列 管 中的 流动规 律 可用相 关 的公式
进行计 算 得 到 ， 而 且其对 换 热器性 能 的影 响不 大 ， 所
＋
一０ ．
［ 关 键 词 ］换 热 器 ； 折 流板 ；流 动 与 换 热 ；换 热 性 能 ［ 中 图分 类 号 ］Ｔ Ｋ１ ７ ２ ［ 文献标识码］ ：Ａ
换热 器是 化工 、 炼油、 动力 、 食品 、 轻工 、 原 子能 、 制药 、 航 空及其 他 许 多工 业 部 门广 泛 使 用 的 一种 通 用工 艺设 备． 在化工 厂 中 ， 换 热器 的投 资约 占总投 资
特点 进行 了数 值模 拟 的对 比 ， Ｅ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｏｚ ｄ ｅ ｎ ［ 。 等应用
．
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Hale Waihona Puke 。ａ Ｃ Ｆ Ｄ方法 探 讨 了 单 弓形 折 流 板 换 热 器 在 不 同湍 流 强度 下 的流动 与 换 热 情 况 ． 曲 面型 折 流 板 换 热 器 等 新 型换 热 设备 虽然 有 其 优 点 ， 但 是 其 几何 结 构 复杂 增 加 了机 械加 工 的难 度 ， 导 致 单 弓形 折 流 板换 热 器
折流板对管壳式换热器性能影响的研究综述
管壳式换热 器 具 有 结 构 简 单、安 全 可 靠 及 传 热 效 率 高 等 优 点 ，广 泛 应 用 于 石 油 、化 工 及 冶 炼 等 领域。折流板 作 为 换 热 器 重 要 部 件，不 仅 起 到 支 撑作用，还 影 响 着 换 热 器 的 传 热 效 率 。 ［１］ 因 此， 为提高管壳式换 热 器 的 传 热 效 率，延 长 其 使 用 寿 命，研究折流板对 换 热 器 性 能 的 影 响 就 显 得 尤 为 重要。 １ 折 流 板 缺 口 高 度 的 影 响
折流板最小间距应不小于壳体内径的 １／５且 不小于 ５０ｍｍ，管 束 两 端 的 折 流 板 应 尽 可 能 布 置 在壳 程 进、出 口 接 管 处，其 他 折 流 板 宜 等 距 布 置。 折 流 板 间 距 越 小 ，换 热 管 自 振 频 率 越 大 ，壳 程 压 力 降越大，换热 效 率 越 高。张 少 维 等 研 究 折 流 板 间 距对换热器性能 的 影 响 时 得 出：螺 旋 折 流 板 压 力 损 失 小 于 弓 形 折 流 板 结 构 ；流 量 增 加 ，螺 旋 折 流 板 和弓形折 流 板 结 构 的 换 热 系 数 增 大 。 ［１０］ 王 庆 峰 等对管壳 式 换 热 器 传 热 效 率 的 影 响 因 素 进 行 研 究 ，得 出 折 流 板 间 距 越 大 壳 程 传 热 系 数 越 小 ，压 降 越小的结 论，并 利 用 Ｆｌｕｅｎｔ和 ＨＴＦＳ计 算 优 化 出 了折 流 板 的 最 佳 间 距，提 高 了 对 流 传 热 系 数 。 ［１１，１２］ ＳｏｌｔａｎＢＫ等研究折 流 板 间 距 对 换 热 系 数和压降的影响，提 出 了 折 流 板 间 距 的 最 佳 选 择 方 法 。 ［１３］ ３ 折 流 板 结 构 形 式 的 影 响
便携式新型换热器折流板对传热效率影响分析
由图 2 分析知, 折流板间距较小时, 流体温度变化大, 压
力降大, 湍流程度高, 壳程对流传热系数高。 随着间距的逐渐
增大, 整体换热效果下降, 压降明显减小。 研究发现: 折流板
2. 2 Fluent 仿真数值模拟计算方法确定
采用 Fluent 的 3D 求解器对换热器壳程内流体流动进行仿 真数值模拟计算, 使用压力基隐式求解法, 湍流模型选择标准 型 κ-ε 方程, 压力-速度耦合选用 Simple 算法解决, 三大方程 皆采用二阶迎风格式。 模型进口端设定为流体速度模式, 进口 速度为 15 m / s, 温度为 110 ℃ , 换热管壁温度为恒温 50 ℃ , 出口端设定自由模式。
3 折流板结构参数对强化壳程传热的影响
折流板迫使壳程流体在换热器中横向移动, 冲洗换热管, 提升湍流程度, 从而增大壳壳程对流换热系数。 折流板两个重 要参数是间距和切率。 其大小将影响每个流动路径, 从而影响 传热效果。
3. 1 折流板间距对强化壳程传热的影响
利用优化结构参数后的换热器模型, 假定折流板切率为定 值, 折流板间 距 分 别 取 59 mm、 62 mm、 87 mm 和 130 mm。 图 2 和图 3 分别为折流板间距变化时换热器壳程内部温度场与 压力场对比云图。
de uρ μ
0. 55
ucp λ
0. 33
μ μw
0. 14
(3)
式(1)、 (2)和(3)中符号代表的物理性质如表 1 所示。
表 1 式中符号代表的物理性质汇总表 Table 1 A summary of the physical properties represented
by the symbol in the formula
折流板开孔对管壳式换热器性能的影响
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｂ ａ ｆ ｆ ｌ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｉ ｓ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｉ ｔ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｅ ９ ６ ５ ； ＴＱ ０ ５ １ ． ５ 文 献 标 志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ６ ９ ６ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ６ ９ ５ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ １ ３
Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｂａ ｆ ｆ ｌ ｅ Ｏｐｅ ｎｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｐｅ ｒ ｆ ｏｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｏ ｆ Ｓｈ ｅ ｌ ｌ — — ａ ｎ ｄ — ． Ｔｕｂ ｅ Ｈ ｅ ａ ｔ Ｅｘ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ ｒ
场 及 温 度 场 分 别进 行 了数 值 模 拟 。在 壳程 进 口流 速 相 等 的 条 件 下 ， 折 流 板 开孔 的 换 热 器 比 普 通 弓形 折 流 板 换 热 器
的 换 热 效 果好 ； 壳程 进 口速 度 较 低 时 ， 效果 最明显。
关键词 ： 管 壳式 换 热 器 ； 折 流 板 开孔 ； 数值模拟 ； 换 热 系数 ； 壳程 压 降
折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响
折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响作者：夏昭知郑珺文郑茂强来源：《科学与财富》2020年第25期摘要：当折流板应用至管壳式传热器中时，所发挥的最突出作用就是改变管壳内部液体的流动方向，让流体流速提高，流动效率上升。
在一个管壳式交换器中要使用多少数目的折流板，一般是根据管壳内流体的性质和流量确定的，将折流板铺设安装在流体的“必经之路”上，既可以极大程度增强换热器的传热效果，还能够让管束更为牢稳。
本文首先简要介绍了几种常用的折流板型式，然后引入了管壳式换热器的相关知识，最后通过建立三种不同的挡板实体模型并利用CFD软件，得出了一些有关管壳式换热器传热性能的结论。
关键词：折流板;管壳式换热器;传热系数;传热效能0引言管壳式换热器的传热性能的影响因素很多，比如挡板之间的间距、挡板的开启频率等等。
长期以来这个问题也一直受到国内外很多专业学者的关注，很多人就该问题也展开过大量实验。
本文的实验结果显示：当挡板以垂直切割方向放置，管壳式换热器的传热性能能够达到最佳。
1.;;; 两种常见的折流板型式管壳式换热器中折流板的工作原理是：使用折流板对壳程内的空间进行合理分离，将壳内空间划分为不同的小单元，这样流体在壳程内进行流动时就会受到很多阻碍，流体和壳壁之间也会发生很多摩擦碰撞，湍流程度就会随之上升，最终传热器的传热系数也就能够上升，在不同的换热器中我们要谨慎选择不同样式的合适折流板，近年来实际应用时比较常见常用的折流板型式主要为单弓形折流板和双弓形折流板，其中，单弓形折流板的优越性在于：传热膜的系数比较高，但是与此同时，它也使得壳内压降较大。
而双弓形折流板则与之相反，一般该种折流板传热膜系数不算很高，但是与单弓形折流板相比其压降能够大幅减小。
2.;;; 管壳式换热器的相关知识背景管壳式换热器，又被称为列管式换热器，呈封闭式结构，内部壁面是主要的传热面，换热器内包含着很多或大或小的零部件，包括壳体、传热管、折流板等。
折流板位置对换热器性能的影响
Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｘ ｈ ｇ ｒ ｅ ｉａ ａ ｅ ｅ ｅ ｔ ｌ ａ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｑ ｉ ｉｔｎ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ａ ｅ ｃ ａ ｅ ；ｈ ｌ ｌ ｆ ；ｓ ｇ ｎ ｆ ；ｄ ｆ ｒ ｎ ｕ ｄ ｓａ ｃ ｔ ｎ ｃ ｂｌ ｍ ａ ｂｌ ｅ
坏 ，确 保设备 的高效 安全运行 。因此 ，有必 要对 其开展
包括试验 、优化 、设计 、制造等方面的全面研 究。
（ ． ｃｏ ｌ ｆ ｔｍｇａ ｄ ｒｎｐ ｒ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｌａ ｎｎ ｎｖｒｉ ｆ ｅ ｏｅ ｍ＆Ｃ ｅ ｃｌ ｅｈ ｏｏｙ １ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｅ ａ ｓｏｔ ｉ ｎ ｉ ｅｉ ， ｉ ｉｇＵ ｉｅｓｙｏ ｔ ｌ ｏＳ ｎ Ｔ ａｏ ｎ ｎ ｏ ｔ Ｐｒ ｕ ｈ ｍｉ ｃｎ ｌｇ ， ａＴ
换热器 是工业生产 中的一种重要设备 。在 化工 、石
的压力 降，避免局部 流速过大可能对传 热设 备造成 的破
油化学 、食 品等行业 中有着 广泛的应用 。在 石油化工行
业 中主要采用管壳式换热器［ 】 弓形折流板换热器也最 １， ０ 为常用 。随着 工业的发展 ，节 能显得越来越 重要，对换
关键词：换热器；螺旋折流板；弓形折流板；非等距 中图分类号 ：Ｔ ０ ６２ Ｆ ６ ．１ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —６ ９２ ０ ）６０ ６ —３ ０ ２１ ３ （０ ８０ －０ ３０
Ｈｅ ｔＥ ｃ ａ ｇ ｒ ｏ ｆｅ ｅ ｔ ｆｌ ｐａ ｉ ｇ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｓｆ ｒ Ｄｉ ｒ ｎ Ｂａ ｅ Ｓ ｃ ｎ Ｗ ＡＮＧ ｈ ｎ ， Ｍ Ａ ｉ ａ ｇ ， Ｌ ｏ ｐ ｎ Ｃ ｕ Ｇｕ ． ｎ ｙ Ｉ Ｇａ ． ｉ ｇ
Ｆ ｓｕ １０ １ Ｃ ｉａ ２ Ｌａｎｎ ｅｈ ｏｏ ｏｌｇ ， ｅｘ １０ ２ ｈｎ ） ｕｈ ｎ１３０ ， ｈｎ ； ． ｉ ｉｇＴ ｃ ｌｇ Ｃ ｌ ｅ Ｂ ｎ ｉ ２ ，Ｃ ｉ ｏ ｎ ｙ ｅ １７ ａ
管壳式换热器折流板对换热器的影响
各股流路 占总流动一 定的流动 分率 ，因此各股流动的总压
三 弓型 。换 热器 中折流板 的切 割率和板 间距 对流体 的流 动有 降相等 。每 股流 动 的摩 擦 阻力不 同，传热 效果也 不相 同，正
着 重 要 的影 响 ，最 终 影 响 换 热 器 的 换 热 性 能 。 在 管 壳 式 换 热 如稍 前所述 。管 壳式折流 板换 热器 的设计应 该让大 部分 流动
化 工 设 计 通 讯
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
工 艺 与 设 备
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇＹ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
第４４卷 第５期
２０１８年 ５月
管 壳式换 热器 折流 板对换热器 的影 响
沈 波 （江苏斯 尔邦石化有 限公 司 ，江苏连 云港 ２２２０００）
侧 流体 按 照指定 的模式 横流 过或沿着 管束流 动 。同时折流 板 了修 改后 用于折 流板换 热器 。以下按 各流路 降低传 热效 率的
还 可 以吸收一部分 由于流体流动 引起的震动 。根据 形状不 同， 顺序分别讨论 。
折 流 板 有 板 式 和 杆 式 两 种 。而 板 式 又 可 分 为 单 弓型 ，双 弓 型 、
器 中 ， 折 流 板 主 要 以板 式 为 主 。
（大于６０％）为流路 Ｂ中情形。但 是，实 际上很少达到这种情况 。
弓形 折流板 是被 切除掉 一部 分后 的圆形板 （带有 折流板 折流板 间距 小，流路 Ｂ 的压 降会增 高，更 多的流体会 进入 流
孔 ），大 部分 的管 壳式换热器都使 用 弓形拆流 板。被切除掉 的 路 Ａ、流 路 Ｃ和 流 路 Ｅ。
大小孔折流板换热器壳程传热与阻力性能研究
摘要:为揭示大小孔折流板换热器壳侧传热的机理，对大小孔折流板换热器壳侧的传热和阻力特性进行了实验研
究,并利用标准5 J湍流模型进行了数值模拟。结果表明:不同进口雷诺数下,大小孔换热器壳程传热效率数值模 拟值与实验值误差为7.9%，压降与实验值误差约为3. 1%，数值计算模型用于大小孔折流板换热器的研究是正确 可行的;流体经过小孔时，流体具有射流加速的效应，其局部传热系数和局部阻力系数都会增大，大小孔折流板换
管壳式换热器作为工业中应用较多的换热器之 一,其中以弓形折流板的应用最为普遍。弓形折流板 具有流动死区大、压降较大的特点，大小孔折流板式 换热器是在弓形折流板的基础上开设一定数量的小 孔，流体可通过小孔直接流出，从而减少板后流动死 区，降低换热器的压降损失*1w+'为了深入研究大小 孔折流板强化传热元件换热器内流体流动和传热性
热器具有较高的壳程传热系数和较低的壳程压降。
关键词:大小孔板；换热器；压降；数值模拟
中图分类号:TQ021.3
文献标识码:A
文章编号：1005-9954（2019） 10F053脱5
DOI：10.3969/i .ion. 1005-9954. 2019.10.011
Study on shell-side heat transfer and flow resistance of the
能,开展了大小孔折流板式换热器的实验研究和数值 计算研究,其中实验研究在西安交通大学热流科学与 工程学系完成。实验以水为工作介质，分别测定大小 孔折流板强化传热元件换热器的壳程压降和进出口 温度,利用实验实测数据进行分析计算* 3乙+,并将计算 结果与计算机数值模型进行比较验证,为后续进一步 研究其流动传热影响因素提供依据及指导 ’
折流板开孔对管壳式换热器性能的影响
折流板开孔对管壳式换热器性能的影响郭土;马贵阳;石龙;黄腾龙【摘要】The traditional baffle heat exchanger is widely used for its simple structure ,safety and reliability and adaptability advantages ,but the traditional baffle heat exchanger has many weaknesses :its thermal efficiency is low ,shell side pressure loss is bigger and easy scaling .It is a very important engineering significance through improving the vertical baffles'structure to ameliorate the shell and tube heat exchanger's flow and heat transfer condition of shell side and reduce its energy dissipation . Baffle opening to improve the structure of a gap 0 .2D height was studied by numerical simulation method .The velocity field and temperature field numerically simulated ordinary baffles heat exchanger and baffle opening heat exchanger . Under the condition of the same entering velocity of shell side ,the thermal effect of baffle opening heat exchanger is better than ordinary vertical baffle plate heat exchanger .And when the entering velocity of shell side is slow ,the effect is better .%传统的弓形折流板换热器因其结构简单、安全可靠及适应性强等优点应用非常广泛，但是传统的弓形折流板换热器换热效率较低，壳程压力损失较大，容易结垢。
换热器技术_流路分析法A
流路分析法
对于管壳式换热器，壳程设有折流板，它能引导流体呈 错流流动，这样流体在壳程以较低的流速即能产生湍 流。 然而，折流板间距大小，缺口大小，折流板管孔与换热 管外径间隙大小，折流板壳体内壁间隙大小，以及布 管状况都对换热器的性能产生直接影响。 – 如折流板间距过大，流动状态与错流偏离过大，死 区加大。 – 折流板间距过小，同样死区加大，而且壳程压力降 增加，造成不合理的动力消耗。 那么，这些间距、间隙、缺口多大才能在满足传热要求 的前提下，设备投资最小。
兰石所
流路分析法
流路分析法，将流体在壳程中的流动分为五股: 流路分析法，将流体在壳程中的流动分为五股: A:折流板管孔与管子之间的短路流 B:理想的横流流路 C:壳体与管束之间的旁路流 D:由于管箱隔板造成的换热管空档造成的短路流 E:壳体与折流板之间的短路流 流路分析法，通过对这这五股流的分析，对各个间隙与状况进行优化。
折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响 唐旭华
折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响唐旭华发表时间：2018-05-09T09:33:41.023Z 来源：《电力设备》2017年第35期作者：唐旭华[导读] 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。
（国核工程有限公司上海 200233）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。
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孔径 , $$ + 1 ## 孔径 , 管外径 .’ #(/ .’ -#+ .’ &7& .’ (71 开孔总面积 , 圆缺面积 .’ .%( .’ .11 .’ %%% .’ --%
图 #! 试验用折流板
试验结果与分析
管程走热空气，壳程走冷空气。试验时控制管 程进口体积流量恒定不变（ #+. $- , 8 ） ，进口温度 #(. 9 ，并选定 / 个大小不同的壳程进口流量，调 整管程进口温度稳定于 #(. 9 时，分别测试管、壳 程的进、出口温度及压降。各方案测试数据处理结 果如图 % * + 所示。为便于实际工程参考评价，图 中横坐标均以流量示出。 #’ 开孔直径对壳程传热膜系数 ! 的影响 图 % 是各方案壳程传热膜系数 ! 与壳程进口体 积流量 % 的关系。可以看出，当壳程进口体积流 量较大时，开孔折流板的壳程传热膜系数均大于无 开孔折流 板。在 流 量 较 小 （ 小 于 .’ .-& 7 $- , : ） 时，不开孔折流板管束传热膜系数较开孔者稍大或
$ $ $ $ $ $
— !! —
时，! 值在整个流量范围内始终大于未开孔的。这 表明开孔直径足够大时，总传热系数 ! 才能高于 未开孔折流板。 在换热面积相同条件下，若 !" # 和 ! 均得到提 高，无疑会十分有利于提高传热量。前述开孔方案 中，只有最大孔径 !! ""，可使 !" # 和 ! 同时得到 提高。
（ 本文编辑$ 刘$ 峰）
万方数据 图 &$ 频幅响应曲线
试验设备及方案
试验用换热器管壳为 "#+/ $$ 0 & $$ 的钢管， 管束由 %# 根 "#1 $$ 0 #$$ 0 # /%. $$ 钢管组成， 设有 #. 块 %.) 圆缺形折流板，间距为 #(. $$，圆 缺上下布置。管子为正方形旋转 &(2 排列，折流板 管孔等结构尺寸均按 34#(# 确定。 按 ( 种方案制成不同折流板管束，分别进行试 验测试。其中折流板不开孔，见图 #5，作为各开 孔折流板对比评价的基准；开孔折流板，见图 #6。 & 种开孔方案参数如表 # 所示，其开孔部位及 数量根据文献［ % ］ 优化试验确定。
图 $" 壳程进出口压降 !" 与 ! 的关系
$# 开孔直径对壳程传热与流阻综合性能指标 的影响 文献［ $ ］ 提出的换热器强化传热评价方法是 从传热和流阻性能两个方面，即从 ! 0 !" 来进行评 价的。! 0 !" 越高，表明运行效益经济合理。图 ) 万方数据 是壳程传热与流阻综合性能 ! 0 !" 与壳程进口体积
! ! %..& 年! 第 -% 卷! 第 1 期 !专题研究"
石! 油! 机! 械
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! ! ! ! ! !
— 1 —
折流板开孔孔径对换热器壳程性能的影响
喻九阳 ! 朱! 兵! 冯兴奎! 夏文武! 何! 伟 易先中
（ 武汉化工学院） ! （ 长江大学）
#
! ! 摘要! 试验测试和研究表明，对于管壳式换热器，在其单弓形折流板的管桥处开 "## $$ 孔 时，与未开孔折流板相比，壳程进出口压降下降 %&’ () * %+’ &) ， ! , !! 升高 --’ -) * -+’ &) ， !" # 增加 %’ () * -’ %) ，总传热系数 $ 升高 .’ &) * &’ () 。由此可见，对折流板管桥开适当孔 径，可使换热器的各项性能均获得一定程度提高，具有较好的节能降耗效果。 ! ! 关键词! 换热器! 弓形折流板! 开孔! 孔径! 传热系数 ! ! 文献［ # ］ 、 ［ % ］ 的研究表明，对于管壳式换 热器，在其单弓形折流板的管桥处开孔，可使壳程 的传热与流阻性能得到提高和改善，起节能降耗作 用。笔者将根据试验测试结果，就开孔孔径大小对 壳程传热性能与流阻性能的影响，作进一步探讨与 评价。
图 !" 壳程传热膜系数 ! 与 ! 的关系
!# 开孔直径对壳程进出口压降 !" 的影响 图 $ 是各方案壳程进出口压降 !" 与壳程进口 体积流量 ! 的关系。图示清楚表明，各开孔折流 板方案，其壳程进出口压降均低于不开孔折流板， 且开孔直径愈大，压降愈甚。可见，增大开孔直径 有利 于 减 小 压 降。开 孔 直 径 为 %% 、 & 、 ’ 、 $ (( 时，壳程 进 出 口 压 降 较 未 开 孔 折 流 板 依 次 减 小 !)# *+ , !’# )+ 、 %-# !+ , %&# .+ 、 %)# /+ , %’# .+ 、’# %+ , .# %+ 。 壳程压降主要是折流板导致流体横穿换热管时 的阻力。折流板开孔后，使部分横向流变为纵向 流，而纵向流阻力较横向流小。开孔直径大时，纵 向流增多，自然壳程压降下降也多。
（ 本文编辑$ 赵连禄）
结$ 束$ 语
（ ! ） 折流板管桥开孔直径大小对壳程传热系数 影响较小，开孔后虽只能使壳程传热膜系数略有提
’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ （ 上接第 / 页） 矩，进一步开始压缩机基础振动分析。图 & 是对一 种额定功率为 ! #*- 01 的对称平衡型天然气压缩 机作了基础振动分析后画出的幅频响应曲线，如图 所示 & 和 " 方向的耦合振动的固有频率是 *) ’ 23 和 &&) # 23 ， # 方 向 的 振 动 固 有 频 率 分 别 是 *) / 23。另外，’ 和 $ 方向的耦合振动的固有频率是 * 23 和 !&) / 23 ， 3 方向的振动的固有频率是 !&) & 23 。这说明基础振动固有频率比较好地避开了压 缩机在其工作转速 ! --- 4 % "56 下产生的激振力的 频率（ !#) 7 23 及倍频） 。 压缩机系统的振动问题是十分复杂的问题，常 见分析方法是按几种独立振动以及几种耦合振动分 别进行分析讨论。笔者针对大型往复式天然气压缩 机块状基础设计或振动分析的需要，采用了一种简 化的模型，使用矩阵方法对几种振动模式进行了综 合，研究了压缩机基础的质量矩阵和刚度矩阵，并 解析计算了基础的几种振动模式及其固有频率，给 出了对称平衡型天然气压缩机基础振动的幅频响应 的表达式。有兴趣的读者可以对照《 动力机器基
［ &］ 础设计规范》 ，就可知道与“ 规范” 相比，笔者
结$ 束$ 语
在基础振动分析中使用的方法是不同的，但最终给 出的固有频率和振幅的表达式在实质上是相同的。
参$ 考$ 文$ 献 !$ 倪振华 ) 振动力学 ) 西安：西安交通大学出版社，!./. &$ 89*--(- —.#) 动力机器基础设计规范，!..#
高，但可使壳程压降明显减小，且开孔直径愈大，压 降下降愈甚，因而使壳程 ! % !% 也随之显著地升高。 （ & ） 不论开孔直径大小，均可使换热器对数 平均温差 !" # 提高，但增幅都随孔径增大而减小。 而总传热系数 ! ，只有在孔径足够大时才高于未开 孔折流 板。在 前 述 方 案 中，最 大 孔 径 !! "" 时， 换热器的 !" # 和 ! 才同时高于未开孔折流板。 （ ’ ） 在管桥开孔孔径为 !! "" 时，与未开孔 折 流 板 相 比， 壳 程 进 出 口 压 降 下 降 &() *+ , &#) (+ ，! % !% 升 高 ’’) ’+ , ’#) (+ ， !" # 增 加 &) *+ , ’) &+ ，! 升高 -) (+ , () *+ 。可见，对折 流板管桥开适当孔径，可使换热器的各项性能均获 得一定程度提高，具有较好的节能降耗效果。
流量的关系。显然，各开孔折流板壳程的 ! 0 !" 均 高于未开孔的，且孔径越大， ! 0 !" 越高。与未开 孔折流板相比，开孔孔径 %% (( 时提高 $$# $+ , $’# )+ ；孔径 & (( 时提高 !%# !+ , !$# .+ ；孔径 ’ (( 时提高 %’# .+ , !/# /+ ；孔径 $ (( 时提高 -# -+ , &# %+ 。 ! 0 !" 的提高，主要是开孔后壳程 压降显著下降所致。
参$ 考$ 文$ 献 !$ 杨维强 ) 圆盘和弓形网格式折流板的设计 ) 化工装备技 术，!../ ，!. （ ’ ） ：&( , &*
图 #$ 总传热系数 ! 与 $ 的关系
&$ 喻九阳，王泽武，冯兴奎 ) 单弓形折流板开孔试验研究 ) 石油化工设备，&--( ，’’ （ & ） ：( , # ’$ 林宗虎 ) 强化传热及其工程应用 ) 北京：机械工业出版 社，!./#
图 *" 对数平均温差 !# $ 与 ! 的关系
*# 开孔直径对总传热系数 % 的影响 图 ’ 是总传热系数 % 与壳程体积流量 ! 的关 系。图示表明，开孔直径为 $ (( 和 ’ (( 时，换 热器 % 值均低于未开孔折流板；而开孔为 %% ((
&--( 年$ 第 ’& 卷$ 第 . 期
喻九阳等：折流板开孔孔径对换热器壳程性能的影响
图 )" ! 0 !" 与 ! 的关系
)# 开孔直径对对数平均温差 !# $ 的影响 图 * 是各方案对数平均温差 !# $ 与壳程进口体 积流量 ! 的关系。图示表明，各开孔折流板的对 数平均温差均较无开孔折流板的大。但并非是开孔 直径越大，对数平均温差增幅愈大，而是相反。总 的趋势是孔径增大，对提高对数平均温差的作用就 减小。在较大流量时，各 方 案 中 以 开 孔 直 径 为 ’ (( 时最佳，其 !# $ 增幅为 )# .+ , ’# -+ 。但流量 较低时，则以开孔直径为 $ (( 时最好， !# $ 增幅 为 *# ’+ , ’# ’+ 。开孔直径为 & 和 %% (( 时 ，!# $ 增幅分别为 $# )+ , *# *+ 和 !# *+ , $# !+ 。