管殼式換熱器在化工、石油、動力、冶金、制冷、原子能、造船、食品等工業(yè)部門中有著廣泛的應(yīng)用。近40年來,國內(nèi)外對管內(nèi)強化傳熱進行了大量的研究,取得了豐碩的成果,目前已有的強化傳熱管技術(shù)不下百余種。相比之下,殼程強化傳熱方面的研究遠遠沒有管程研究的廣泛和深入。直到20世紀(jì)70年代,殼程強化傳熱技術(shù)才開始受到重視,并取得了較大進展。

　　可拆式板式換熱器殼程強化傳熱的途徑主要有2種:一種是改變管子外形或在管外加翅片,即通過管子形狀和表面特性的改變來強化傳熱,如螺紋管、螺旋槽管、外翅片管等強化傳熱管技術(shù);再一種是改變殼程擋板或管間支撐物,以減少或消除殼程流動與傳熱的滯留死區(qū),使傳熱面積得到充分的利用。第一種途徑與管內(nèi)強化傳熱技術(shù)機理一致,已有很多文獻報道。管殼式換熱器殼程擋板或管束支撐物的發(fā)展表現(xiàn)為折流板的改變,其目的是將泵功最大程度用于增強傳熱方面,而不是消耗于管間支撐物?，F(xiàn)有的支撐形式有板式支承、桿式支承、空心環(huán)支承和管子自支承。

　　1板式支撐結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)的管殼式換熱器采用單弓形折流板支承,殼程流體易產(chǎn)生流動死角,傳熱面積無法被充分利用,因而殼程傳熱系數(shù)低、易結(jié)垢、流體阻力大。并且當(dāng)流體橫向流過管束時,還可能使管子產(chǎn)生誘導(dǎo)振動,破壞管子及其與管板連接的可靠性。因此,為了消除它的弊端,近20年來出現(xiàn)了許多新型的殼程折流板支承結(jié)構(gòu),如多弓形折流板、整圓形板、異形孔板、網(wǎng)狀板、弓形折流板加平行分隔板、螺旋折流板等。這些新型折流板支承結(jié)構(gòu)的共同特點是盡可能地改善殼程流體流動和傳熱死區(qū),降低殼程流體流動阻力,而且管束的抗振性也能得到增強。

　　1. 1雙弓形及三弓形折流板

　　雙弓形折流板在換熱器殼側(cè)將流體分成兩股平行束,橫向流動的長度(即橫流經(jīng)過的列管數(shù))大致為具有同樣缺口的單弓形折流板的一半,與具有相同折流板間距和缺口的單弓形折流板相比,雙弓形折流板的壓降為可比設(shè)備相應(yīng)值的30 %～50 % ,而傳熱系數(shù)是可比設(shè)備相應(yīng)值的60 %～80% [1 ]。類似于雙弓形折流板,三弓形及多弓形折流板則在換熱器殼側(cè)將流體分成三股或多股流。

　　1. 2整圓形折流板

　　為了盡可能地改變弓形折流板支承的橫向流動為平行于管子的縱向流動,消除滯留死區(qū),提高流體在殼程的流速,在電站和石油化工中,出現(xiàn)了整圓形折流板。最初出現(xiàn)的整圓形折流板在板上鉆大圓孔,既讓管子通過,又有足夠的間隙讓流體通過。管內(nèi)外流體總體呈縱向流動,傳熱溫差推動力大,并且由于管壁與孔板之間的圓環(huán)間隙通道對流體可產(chǎn)生射流作用,使流體離開空口很快就形成湍流,使壁面不易結(jié)垢,殼程傳熱得到強化。但整圓形折流板增大了換熱器殼體的直徑,并且由于缺乏管子支承結(jié)構(gòu),這種換熱器的管束抗振性能也很差。為改進大管孔整圓形折流板的不足,在管孔之間開小孔,使傳熱介質(zhì)由小孔通過折流板,這樣就不用增大殼體的直徑了。帶小孔的整圓形折流板在管孔與管子之間的間隙內(nèi)很容易積垢,引起腐蝕。為了彌補這一缺陷,出現(xiàn)了矩形孔、梅花孔等異形孔的折流板結(jié)構(gòu),這種折流板既能支承管子,又能讓傳熱介質(zhì)流過折流板,當(dāng)介質(zhì)流過管孔時,能產(chǎn)生射流,對管子有沖刷和自清潔作用,從而消除了管子結(jié)垢和垢下腐蝕。異形孔板雖然優(yōu)點很多,但加工制造相對困難,費用偏高,因此工業(yè)上又出現(xiàn)了網(wǎng)狀整圓形折流板。其折流板為整圓,以每四個同一行的相鄰折流孔為一組,在小橋處銑通,殼程流體從銑口通過折流板,成全面積均勻縱向流動[2 ]。

　　1. 3弓形折流板加平行分隔板

　　在單弓折流隔板管殼式換熱器的兩折流隔板間平行插入了一塊或數(shù)塊平行流分隔板,可將原通道改為多股平行通道,將原單股流分為多股平行流。這樣,就能有效控制板間回流死區(qū)的渦尺度,使板間流場得以均化及管間流阻得以減少。在Re不太高的情況下加兩塊平行流分隔板后,能在一定程度上控渦均化殼側(cè)流場,并且能起到較好的強化傳熱效果。帶平行流分隔板的弓形隔板換熱器的強化傳熱綜合性能評價因子在測量的Re范圍內(nèi),其值約為1. 20～1. 15左右,強化因子隨Re數(shù)的增加而減小,這種強化傳熱技術(shù)適合在中低雷諾數(shù)下采用[3 ]。

　　1. 4螺旋折流板

　　螺旋折流板是將傳統(tǒng)的垂直弓形板換成螺旋狀或近似螺旋狀的折流板,折流板與換熱器殼體橫斷面有一個傾斜角度,使得流體在殼程沿螺旋通道流動。按流道多少螺旋折流可分為單頭或雙頭。