U型管换热器空气加热器设计及有限元分析+CAD图纸(3)
图1.1 U形管式换热器
1.3 换热器的应用
换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10～20%；在石油炼厂中，换热器约占总投资的35～40%。工业使用中的目的是使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。换热设备也是回收利用余热、废热特别是低位热能的有效装置。
1.4 换热器的研究现状
对于各种型号的换热器的强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方面，而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管排列方式(顺排或叉排)、换热管排数、换管间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。国内对于换热器肋片换热的研究起步比较晚、经验比较少，多借鉴于国外，无论是理论研究还是实验研究都还需进一步深入，技术创新还不够，但是对各因素对换热器性能影响的研究也比较全面。
总的来说，仍然存在以下问题，换热器换热的理论研究不够完善，可供对肋片实际应用优化设计的理论依据太少，对于换热公式推导出的解析解较少，目前大多是通过试验、数据分析拟和而成的经验公式；换热的理论体系缺乏系统性，不够完善；因为试验环境、材料、仪器的精度以及试验方法不同，在同一个研究方向的某些问题的研究结论存在的分歧较多，很难形成统一的意见，暂不能形成对实践的可靠指导；目前对换热器的研究大多基于一文、二文的换热，国内对于三文的换热模型的研究过少，同时，对于一文和二文传热模型的前提假设条件很苛刻，得出的结论适用性不强；结合试验建立的部分换热理论还缺乏严谨性和局限性。
1.5 对课题研究的启发
根据上述换热器的研究现状，觉得强化传热是如今换热器设计的主要发展趋势之一。然而我国在强化传热这一方面，无论是理论研究还是实验研究都还需进一步深入，技术创新还不够，需要借鉴国外的强化传热技术。国外的强化换热技术有无源传热和有源传热这两种，但是从文献资料来看，无源传热的技术相对而言比较成熟，应用也相对广泛。空气加热器是高温介质的热量交换设备，提高传热效率是重要的设计部分之一。因此，在课题的方案论证上，需要对强化传热这方面进行设计。另外，还需考虑到换热器的可行性原则。
2 结构设计
管壳式换热器的结构设计，必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、比温差、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。对同一种型式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。
U形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内介质必须清洁及不易结垢的物料。U形管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。U型管式换热器，使用在压力较高的情况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。
壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设备的传热效果。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向（纵向隔板按工艺要求决定）以增加壳侧介质流速。