上下两段列管式换热器的设计+CAD图纸(5)
1.6.3内插入物管
内插入物管内插入物的类型有很多，主要有：麻花铁、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带和静态混合器等。各种插入物的强化传热机理一般可分为以下四种：形成旋转流；破坏边界层；中心流体与管壁流体产生置换作用；产生二次流。管内插入物的优点是对旧的换热器设备进行改造，以提高其换热性能[13]。
1.6.4三文内肋管
三文内肋管是通过专用的工具经过一定的方法对普通圆管内壁加工而成的高效强化传热元件。流体在管内受到三文肋的作用而使其热边界层的厚度减薄，从而提高对流传热膜系数。在某些烟气管对流换热中，三文内肋管具有独特的自清灰功能，李清方教授经实验，发现烟气与三文内肋管的对流换热系数可达光管的3.2倍，比其它强化管如螺纹管的传热效果好[14]。
1.7 数值模拟技术在管壳式换热器中的应用
数值模拟是换热器研究的一种重要手段。应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场，由Patankar与Spalding在1974年最早提出[15]。受到当时计算机与计算流体力学的条件限制，研究进展缓慢。20世纪80年代，由于核电厂换热设备的大型化、高参数化发展，促进了换热器数值模拟研究的开展[16]。目前国内外换热设备的主要结构形式。随着计算机的飞速发展，以计算机仿真模拟技术、先进流体测量技术等为代表的现代研究设计方法，已经成为传热研究中观察显示物理特性的强有力工具，极大地促进了换热器技术的深入研究和新型换热设备的开发应用[17]。高效换热器技术的发展以计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[18]。FLUENT是世界领先、应用广泛的CFD软件，用于计算流体流动和传热问题。FLUENT软件是基于CFD软件群的思想，从用户需求的角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，使得特定领域内的计算速度、稳定性和精度等达到最佳组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。计算了不同流体初速下，管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场，计算结果与实际情况相符，得到了有参考价值的结论[19]。
1.8高效节能管壳式换热器在氮肥工业中的应用
高效节能换热器与传统的折流板管壳式换热器比较，在内部结构上有较大改进。一是壳程内部采用折流杆组成的折流栅取代折流板作管间支撑物，使壳程流体由横向流动变为平行流动。二是采用螺旋槽型强化传热管，强化流体在管内外纵向冲刷时的对流传热。其强化传热的机理为：壳程流体在非传热界面的区域，如管间支撑物的局部地区，形体阻力损失很小，而大部分的流体压降可用来促进传热管传热界面上的流体湍流，能以较低的流体输送功获取较高的传热膜系数。
湖北荆门化肥厂年产6万t合成氨装置，其变换系统采用全低变工艺，1997年该厂变换系统的主热交换器、第一水加热器、第二水加热器、冷却塔4台设备进行了设计改造，以三门峡化工机械厂生产制造的新型换热器替代原传统的换热设备。同样，山东东阿化肥厂、莱州化肥厂、河南省驻马店地区化工总厂、兰考县化肥厂等几十家企业实施过多例对合成氨厂变换系统的改造，新设备运行稳定，已为企业产生巨大的经济效益[20]。
1.9 课题研究的内容
本课题的研究内容主要包括总体方案的确定、热力计算、阻力计算、细部结构，如接管，折流板，法兰和管箱等的设计以及强度校核等。
由已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力△tm，初步选定换热器的流动方式，证温差修正系数，根据经验估计总传热系数K估算，初估传热面积A，计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。在壳程和管程中，都有创新结构以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用，在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。管程结构设计，选择管径时，应尽可能使流速高些。封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。当壳体直径较小时常采用封头。接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，壳径较大的换热器大多采用管箱结构。在强度校核时要计算管程和壳程流体流速及雷诺数，判断流体流动的状态传热性能，校核管、壳程压力降、总传热系数、换热器传热面裕度[21]。