半水煤气变换气换热器的设计+CAD图纸(3)
1.3 国内外换热器的发展与研究成果
1.4 管程结构发展
50多年来，国内外对管壳式换热器的强化传热进行了大量研究，在管程方面，为了提高传热系数，对于传热元件，先后研制出多种强化传热管如螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、三文内肋管、菱形翅片管、花瓣形翅片管、T型翅片管、表面多孔管等。
1.4.1 螺纹传热管
螺纹管一般是由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管，其螺纹状的低翅片与管子构成一体，外表面是螺旋形的凹槽，内表面是螺旋形的凸起。也可以车削光管外壁加工成螺纹状，但管内结构不变。当流体在螺纹管内流动时，内表面螺旋形的凸起使过渡区的层流在凸起的地方形成纵向涡流，该涡流使凸起部位的层流介质产生周期性的扰动，引起边界层中流体质点的扰动，变成紊乱的湍流状态。当流体流经下一个凸起部位时又产生新的涡流，且该涡流流动方向始终垂壹于层流介质的流动方向，这就使得过渡区的流动状态得以改变，热阻变小，传热速率提高。当流体流经管外壁时，受管外壁上螺旋形凹槽的引导，靠近壁面的部分流体顺着槽旋转，另一部分流体顺壁面沿轴向运动，也会产生一个纵向涡流且方向始终垂直予层流流动方向，使层流层受扰而变成湍流状态，使层流边界层不断更新，热阻变小，提高了传热速率，起到了强化传热的作用[8]。
1.4.2 波纹传热管
波纹管是近10年出现的强化换热管，是将光管加工成波纹形状的翘片，其结构如图所示，其强化传热机理是：通过改变断面使弧形段内壁处发生两次反向扰动，增加对管内流体的扰动，扩大低热阻区域，以提高传热系数，增强传热效果。具有不易结垢，单位容积传热面积大，耐腐蚀性强，温差应力小等优点[9]。20世纪90年代初，我国第一台波纹管换热器研制成功，提高了经济效益。
1.4.3 三文内肋管
三文内肋管是一种新型的强化传热表面的传热管，由重庆建筑工程学院发明，获1990年尤里卡发明金奖，其结构是：在传热管的内壁由专甩机床挤压出许多独立的齿状肋片，肋片与管壁垂直，烟气经过刨花状的弧面，背侧是平面，肋片在管子横截面上环状均匀分布，环间错排，造成内壁在三文方向上的儿何尺寸都有变化，故称为三文内肋管[10]。对于空气的管内传热，三文内肋管是光管的5.8倍，对管内的凝结换热和沸腾换热，换热系数分别是管的3~5和2~5倍。
1.5 支撑结构的发展
管壳式换热器按支撑结构不同，可分为四种形式：板式支撑，如弓形折流板换热器；杆式支撑，如折流杆换热器；空心环支撑，如空心环换热器；管子自支撑，如刺空模式换热器等。
1.5.1 多弓形折流板
弓形折流板是管壳式换热器最常用传统的支撑结构。普通的单弓形折流板程压降较大，易出现流动死区、使传热面积无法得到充分利用。并且还存在着旁流和漏流、易结垢、振动等问题。因此，为了提高折流板性能，人们提出了多弓形折流板。它是在单弓形基础上增加切口面积，使壳程纵向流流动增大，单弓形折流板急剧回转流动时造成的管束振动和压降大的缺点。研究表明：双弓形折流板使壳程管束压降只有单弓形折流板的1/8 - 1/6，壳程流速提高2倍，传热率提高50%。
1.5.2 折流杆支撑
折流杆式支撑。这种结构是4个为一组，称之为折流栅，每组折流栅包括2个横栅和2个纵栅，每个折流栅是由若干平行的折流杆焊接在一个折流圈上而成。折流栅装置是折流杆换热器的核心部件。折流杆的直径等于相邻两根换热管之间的间隙，因而折流杆与换热管之间无间隙。换热管穿过相邻的并按一定旋转角度安置的折流栅上的折流杆系所组成的通道，即被折流杆紧紧夹住，从上下左右四个方位固定。郑州大学等单位也研发了折流杆式支承换热器，并投入工业应用。