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管束冷卻器

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管束冷卻器

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 管束冷卻器

       波紋管冷卻器管束支撐結構

  改變流道截面是強化傳熱的一個重要途徑。波紋管冷卻器是這一強化傳熱途徑的代表産品。它不僅可以強化管内傳熱,還對強化管外傳熱有很好的效果,是目前應用比較廣泛、有良好推廣前景的新型冷卻器。

  2波紋管冷卻器的發展及特點21波紋管冷卻器的發展撐闆)的最小間距一般不小于圓筒内直徑的1/5,且節對于橫紋管和空心環的組合結構,中有詳細的介該M結構可使殼番阻減%鐮iShi成了/-扁潘“複珂構,彌補了圓杆比較低,在滿足流速要求的前提下盡量縮短折流闆的間距可以提高振動的固有頻率。

  由于波紋管管壁較薄,所以選用折流闆時要注意:折流闆的材料硬度要低于波紋管,同時折流闆的厚度應适當加大,孔的兩面應有倒角,以防波紋管受損。

  如果折流闆厚度取值偏小,可能會出現兩種情況:一種是波紋管剛度較好,此處懸空,此時會因管子與折流闆管孔之間間隙過大而出現管子振顫現象;另一種是波紋管剛度較差,折流闆卡在波谷段,出現管孔另一側漏流短路,影響換熱效果,管子還易被折流闆磨破。這兩種情況都可能導緻波紋管冷卻器失效。

  在波紋管冷卻器中采用折流闆作為支撐,除因殼程流體橫向沖刷管束造成較大的振動和流體阻力、容易産生傳熱死區外,還會因折流闆厚度較大使得重量較大。

  3.2折流杆式支撐波紋管冷卻器折流杆結構與常用的折流杆結構基本相同。在這種結構中,支撐管子的折流杆與管子幾乎不存在間隙,管束中每根波紋管的上下左右都得到了可靠的支撐,殼程流體的流動方向為縱向流動,可以有效的防止波紋管的振動破壞,提高冷卻器的使用壽命。

  由于波紋管各處管徑不同,在波紋管冷卻器中采用折流杆結構時,波紋管的波節距須基本相同,安裝時每根波紋管的波峰、波谷縱向對齊,折流杆均安裝于波谷位置。

  對波鼓形、縮放管以及波節管來說,采用折流杆式支撐時,圓杆與管子的接觸方式為點接觸,對管子振動的抑制作用較弱,且容易對管子構成磨損。梯形波紋管采用折流杆式支撐時,圓杆與管子的接觸方式是線接觸,對管子的振動抑制效果較好。

  3.3空心環支撐3空心環支承是另一種新型支承結構,該支承結構将直徑較小的鋼管截成短節,均勻分布在換熱管之間的同一截面上(為一組),呈線性接觚如所示。

  目前采用空心環支撐的波紋管管型主要有橫紋管和縮放管。

  空心環支撐空心環縮放管管殼式冷卻器是由華南理工大學化工研究所研究開發的。有還提到了空心環網闆支撐,這種結構的殼程周向流道空隙率非常大,故形體阻力非常小,機械支承強度上也可保證安全。

  對波紋管冷卻器來說,在保證支撐環寬度的前提下,所有的管型皆可以采用空心環支撐,目前應用比較廣泛的是空心環加縮放管的組合結構。

  3.4扁鋼條支撐扁鋼條厚度相當于管間間隙,管子被扁鋼條緊緊夾住,扁鋼條與管子的接觸方式為線接觸,對管子振動的抑制作用較強,而且基本上保持了折流杆冷卻器優良的熱力學性能。

  扁鋼條支撐适用于各種形狀的波紋管。

  事實上,就傳統折流杆式冷卻器而言,其殼程進出口區域是管子受橫向流作用而容易發生振動破壞的薄弱區域。因此,在這些區域采用扁鋼條支撐,在遠離進出口的區域,仍采用折流杆結構。這樣即構式支撐存在的抗振缺陷。

  3.5管子自支撐自支撐結構通過采用自支撐管,如刺孔膜片管、螺旋扁管和變截面管來簡化管束支撐,提高冷卻器的緊湊度。各種波紋管也具有周期性變化的截面,因此可以采用自支撐結構,如所示。

  根據管型尺寸和介質性質,換熱管布局可設計成兩種組合類型。下面以梯形波紋管為例對這兩種組合類型進行說明。

  0換熱管布局類型I型:波紋管的管峰在殼體的同一橫截面上對齊(見0a),此時,殼程流通面積也像管内那樣,沿軸向不斷出現擴大與縮小的周期性變化,不僅能起到優于折流闆的強化作用,還可使流動阻力降低并消除流通死區,這一類型适用于殼程流體流量不大、粘度較低的工況。

  鄰管的管谷相對(見0b)此時,殼程流通面積沿軸向變化不大,但介質的流道卻是曲折的,因此可得到較大的換熱系數。這一類型适用于殼程介質流量偏大、粘度稍高的工況。

  利用波紋管的自身特點實現自支撐,有以下特點:(1)冷卻器的整體換熱面積顯著增加,在換熱量本;由于制造工藝簡單,使冷卻器更安全耐用;管與管的自支撐使得管子的被支撐點增加,而且是同一種材料接觸,是一種軟接觸,所以磨損和振動大大減小;由于管子的束縛小,波紋管自身的補償量可充分發揮作用,因此抗熱沖擊和抗結垢能力很強,提高了管子的壽命;殼程流體與管程流體流動完全逆流,增大了有效溫差,波紋管使流體産生強烈的湍流,大大提高了傳熱系數。

  4總結從折流闆支撐、圓鋼杆式支撐、扁鋼條支撐到管子自支撐,支撐結構逐漸趨于合理化,但是對于波紋管冷卻器來說,殼程流體流動非常複雜,對其殼程支撐結構的理論研究還很欠缺,實驗研究也很不全面。

  利用目前廣泛采用的計算流體力學(FD)方法對波紋管冷卻器在各種支撐結構及管型下的殼程流體流動狀況進行模拟,得出支撐結構與各種波紋管管型的最優組合,無疑為研究波紋管冷卻器管束支撐結構提供了一條方便快捷的途徑。


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