国内翅片的发展现状

(1) 平直翅片

国内研究人员对各种平直翅片管的传热与阻力进行了实验研究,发现翅片间距对传热的影响依赖于临界雷诺数Re。对于层流,翅片间距增加,换热下降,阻力减少,且2排管的性能优于3排和4排。对双排管整体翅片的数值模拟,得到了速度与压力场分布,气体速度在0.5~3.5m/s内,对流给热系数及压降均随流速呈线性增长。采用数值模拟方法研究的多排管束纵横向间距对传热的影响,认为传热随其纵横间距的增大而减小,横向管距越小,纵向管距越大,场协同性越好。

(2)波纹翅片

研究表明,翅片间距的影响受控于管排数,翅片间距越小,阻力系数f越大,而且管排数对阻力系数的影响很小,翅片间距对传热的影响忽略不计,但对阻力影响较大

(3)百叶窗翅片

采用Fluent软件模拟双排管弧形百叶窗翅片片厚、翅片间距、翅片宽度对换热量及传热j因子的影响,结果表明,迎风侧的强化传热程度高于背风侧。翅片跨度变化对总体换热量几乎没有什么影响,翅片间距变大会使整体换热量降低,因为换热强度的微弱提高不能补偿单位管长换热面积的下降所造成的传热损失,这说明采用小间距薄翅片是一种强化传热的措施,但同时也给带来了翅片刚度的下降及管翅间接触热阻上升的问题。

(4)冲缝片

对多种冲缝片结构的研究,发现翅片间距对传热和压降有显著影响。管排数为1时,翅片间距减小传热增大。管排数大于4时,翅片间距对传热压降的影响趋势相反。涡旋的脱落及涡旋的震荡效应是强化传热的本原因。

到目前为止,多数研究将翅片的结构与管子的存在位置分离开来,没有考虑管子存在对流体背风侧的传热和流阻影响。目前,还没有对很多因素做很深入的研究。传统的研究法多以等壁温假设为前提,考虑的问题往往是相变传热部分的管翅换热器,但实际的换热管内进、出口两端存在过冷、过热和单相流换热,产生了注入翅片逆向导热等不良现象,影响了翅片的整体效率,但目前采用改变翅片结构来克服这方面不足的研究还为数不多。人们的研究工作往往来源于实际生产,更多的是基于工程的研究,缺乏对强化传热机理及减阻力学理论的应用,创造性研究少。此外,对比各种翅片形应用场合及传热流阻的对比分析也比较少。

翅片间距、管片相对位置以及翅片结构决定了过流空气的尾迹漩涡,周期与非周期性扰动强度,是需要进一步深度研究的重要问题。

在热交换器制造上,国内目前还以仿制为主,虽然在整体制造水平上差距不大,但是在模具加工水平和压制方面与发达国家还有一定的距离。

在设计标准上,国内热交换器设计标准和技术较为滞后。国内的管壳式热交换器标准的大产品直径还仅停留在2.5米,而随着石油化工领域的大型化要求,目前对管壳式热交换器直径已经达到4.5米甚至5米,超出了国内热交换器设计标准范围,使得国内热交换器设计企业不得不按照美国TEMA设计标准。

更为严重的是,国内在热交换器设计软件方面严重滞后,热交换器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造,缺乏自主知识产权的大型专业技术软件。由于在热交换器的相关工艺计算、传热计算和振动模型的计算方面缺少大型专业化在热交换器产品招标过程中处于不利地位。


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