管壳式换热器wilson热阻分离法
冷油器
主攻螺旋类型摘要：壳管式油冷器广泛应用于电厂的各主要设备中, 新型高效油冷器的开发和研究是目前人们所关注的一个热点问题。
文章分析了传统管壳式冷油器存在的问题, 指出同时强化管程和壳程的换热是开发新型高效油冷器的主要方法, 并给出了几种适用于冷油器的强化传热管型,以及应采用的壳程管间支撑形式。
基于此，设计了一种将连续螺旋折流板与齿形翅片管搭配使用，两种传热强化措施结合起来的连续螺旋折流齿形翅片管冷油器。
利用传热特性测试装置, 以油-水为工质, 对其进行试验研究, 得到了油冷器的传热与阻力性能曲线。
实验结果表明: 该种油冷器的壳程油侧换热系数可达1200~1400W/(m2·K), 而压降比同等条件下的弓形折流板光滑管油冷器降低25%~45%，这为电厂冷油器的改造提供了一种新的选择。
关键词:连续螺旋折流板; 弓形折流板; 齿形翅片管; 强化传热; 冷油器水冷壳管式冷油器是电厂中应用量大且面广的一种附机设备，如汽轮机的主冷油器、给水泵和风机冷油器、磨煤机冷油器等，其传热效率的高低和抗腐蚀泄漏性成为影响电厂中相关设备正常运行的关键。
目前，电厂所用的壳管式冷油器大都仍采用铜光滑管作为传热管型，弓形隔板作为管间支撑形式。
该类冷油器存在二方面不足：一是腐蚀和泄漏问题突出；二是当壳程油侧压降在0.1MPa左右时，总传热系数一般不超过700W/(m2·K)[1]。
因而其传热效率很低，导致冷油器无法将油温冷却到给定值，使得相关的设备出现故障1。
强化冷油器换热效率的主要方法有两种：一种是将冷油器的基本换热元件——传热管，由光滑管改为强化传热管，以减薄流体在管壁处的层流边界层，降低热阻；另一种是采用低流阻壳程管间支撑物，通过消除流体流动和传热过程中的死区，变壳程流体横向冲刷流为纵向螺旋流，提高壳程流体的流速。
基于这一强化传热思路，在分析传统管壳式冷油器存在的问题，及如何解决的基础上，本文设计了一种将连续螺旋折流板与齿形翅片管搭配使用，两种传热强化措施结合起来的连续螺旋折流齿形翅片管冷油器。
管壳式换热器壳侧传热与阻力性能的实验研究与预测
卜—冷水箱；２、１０、１５、２３一阀门；３一冷水泵：４、１】、１７一电磁阀门；５、１８—流量计；６、１９—快速加热器； ７、２０—热电偶；８、２１—压力计：９、２２—差压计：１２一冷却换热器；１３一油箱；１４－动Ⅱ热器； １６一油泵； ２４一油膨胀箱；２５—冷却塔回路水箱；２６、２８一阀门；２７—水泵：２９—冷却塔；３０＿嘲４试换热器
ＡＢＳＴＲＡＣｍ Ｐｅｒｆｏｒｎｌａｎｃｅｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒ蛐ｓｆｅｒ肌ｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ
的传热及阻力性能进行了实验研究，实验介质管侧为水，壳 侧为油；同时基于壳侧传热实验数据；应用遗传算法预测了 换热器的总换热量。实验结果表明：在相同的壳侧流量下， 螺旋折流板换热器的阻力要高于弓型折流板换热器，正进 正出螺旋折流板换热器的阻力高于侧进侧出螺旋折流板换 热器；螺旋折流板换热器的换热系数高于弓型折流板换热 器，侧进侧出螺旋折流板换热器高于正进正出螺旋折流板换 热器，而且流量越大这种优势越明显。预测结果表明通过遗 传算法得到的传热关联式所得的换热量比采用线性回归所 得的更加接近实验数据，表明遗传算法可应用于工程中换热 设备性能的预测。 关键词：换热；压降；管壳式换热器；实验研究；连续螺旋 折流板；预测；遗传算法 ０
１
１．１
实验系统及实验元件
传热与阻力性能实验系统 实验系统的简单示意图见图１（详见文献【１２】）。
生产、运筹学、电力系纠６。７】等学科，近几年来应用
到能源动力系统［８。０１。遗传算法是模拟生物在自然 环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全
实验系统主要由３部分组成：油路循环系统、水路 循环系统以及冷却塔回路系统，可以实现油水换热 的实验功能。
曲Ｄｕｇｈ
ａｎｄ ｍｅ
ｓｈｅｌｌ－ｓｉｄｅ
常见传热装置构型 -回复
常见传热装置构型-回复传热是能量从高温物体流向低温物体的过程。
为了有效地进行传热，人们设计了各种传热装置。
以下是一些常见的传热装置构型。
1. 管壳式换热器（Shell and Tube Heat Exchanger）管壳式换热器是一种常见的传热装置，用于加热或冷却流体。
它由一个或多个内部管束和一个外壳组成。
热源流体通过内部管束，被加热或冷却。
冷却介质通过外壳，将热量带走。
这种装置广泛应用于石油化工、电力和制药等行业。
2. 板式换热器（Plate Heat Exchanger）板式换热器是一种紧凑型的传热装置，由一系列平行的金属板组成。
热源流体和冷却介质分别通过不同的通道流过这些板，从而实现传热。
板式换热器具有高传热效率、小占地面积和可拆卸清洗的优点，广泛应用于化工、食品加工和空调系统等领域。
3. 管道（Pipeline）管道是一种通过导热材料传递热量的传热装置。
它通常用于长距离的传输热量或冷却介质。
管道可以分为蒸汽管道、石油管道和供暖管道等不同类型。
管道的设计要考虑材料的导热性能、绝缘层的效果以及管道尺寸等因素。
4. 散热片（Heat Sink）散热片是一种用于散热的装置，广泛应用于电子设备中。
它通常由金属制成，具有较大的表面积，用于将电子设备产生的热量传递给周围环境。
散热片通常通过风扇或传导方式来加速热量的传递，确保设备的正常运行温度范围。
5. 冷却塔（Cooling Tower）冷却塔是一种用于将热量传递给大气的装置，通常用于工厂或发电厂等大型设备的冷却。
冷却塔通过将热水接触大量空气，利用蒸发原理将热量散发到大气中。
这种装置可降低工业设备的运行温度，确保其正常工作。
6. 蓄热器（Heat Storage）蓄热器是一种将热量储存起来，在需要时释放的装置。
它通常由储热材料和隔热层组成。
当热源供应充足时，蓄热器吸收多余的热量。
当需要热量时，蓄热器释放储存的热量，满足需求。
这种装置通常应用于太阳能热水系统、采暖系统和工业过程中。
管壳式热交换器的内部结构
管壳式热交换器的内部结构嘿，你知道吗？管壳式热交换器啊，那可是个很有意思的设备呢！
管壳式热交换器的内部结构主要包括壳体、管束、管板、封头和折流板等部分。
就好像一个小小的世界，每个部分都有着独特的作用。
先来说说壳体吧，它就像是这个小世界的“外壳”，为里面的各种部件提供了一个安全的“家”。
管束呢，那可是核心部分啊！它就如同密密麻麻的“血管”，流体在其中流动，进行着热量的传递。
管束的排列方式有很多种，不同的排列方式会影响热交换的效率呢！你想想，要是管束乱七八糟地排列，那热交换能高效吗？肯定不行呀！
管板呢，就像是连接管束和壳体的“桥梁”，起到固定管束的重要作用。
封头呢，就像是这个小世界的“盖子”，把两端给封起来。
还有折流板，它就像是个“向导”，引导流体按照特定的路线流动，增加流体的湍动程度，从而提高热交换的效果。
你可以把它想象成是在为流体指引方向，让它们别走冤枉路，哈哈！
我给你举个例子吧，就像在一个大工厂里，壳体是工厂的厂房，管束是里面的生产流水线，管板是固定流水线的架子，封头是厂房的大门，折流板则是指挥工人干活的班长。
这样是不是一下子就好理解多啦？
在实际应用中，管壳式热交换器可是大显身手呢！比如在化工行业，它可以用来冷却或者加热各种化学物质；在暖通空调系统中，它能帮助调节室内的温度。
总之，管壳式热交换器的内部结构虽然看似复杂，但每个部分都不可或缺，它们共同协作，才能让热交换器发挥出最大的作用。
你现在对它的内部结构是不是有更清楚的认识啦？。
一种综合非线性回归法和Wilson图解法计算对流换热系数的新方法
一种综合非线性回归法和W il s on图解法计算对流换热系数的新方法朱志彬 王华明 白平南 陈 路 林 燏(厦门市锅炉压力容器检验所) (湖南省特种设备检测中心) (福建化工学校) (厦门市锅炉压力容器检验所)摘 要 介绍了W ilson图解法求解换热器管内对流换热系数关联式的方法及该方法在计算过程中存在的问题,提出了一种应用非线性回归分析的求解方法,通过试验采用非线性回归分析和W il son图解法进行修正相结合的方法求解出换热器管内对流换热系数关联式并与经典经验综合式进行比较讨论。
结果表明,该综合法与W ilson图解法相比,具有计算简单、快捷,结果准确、可靠的优点。
关键词 管壳式换热器 对流换热系数 W ilson图解法 非线性回归分析中图分类号 TQ051 5 文献标识码 A 文章编号 0254 6094(2008)04 0197 05符号说明cp比热,k J/(kg!);dm换热管平均直径,m;di换热管的内径,m;F 换热管传热面积,m2;L 换热管的长度,m;Q 换热器的热负荷,W;R 污垢热阻和管壁热阻之和,m2!/W;t 壁温,!;tw c换热器的热负荷,!;T 蒸汽温度,!;∀tm对数平均温度差,!;u 管内冷流体的流速,m/s;vh圆管内的流体体积流量,m3/h;wh饱和蒸汽的冷凝速率,kg/s;wc冷流体的质量流量,kg/s;密度,kg/m3;导热系数,W/(m!);粘度,Pa s;! 厚度,m;∀ 换热系数,W/(m2!)。
在换热器的传热性能试验中,除了测定换热器的传热系数及流体流动阻力外,还要计算对流换热系数。
根据不同的设备条件要求,换热系数获得的方法也有很多种,如壁面温度测量法、直接分离法、等雷诺数法、W ilson法及修正W ilson法等。
对于管壳式换热器而言,目前采用较多的是W ilson法。
W ilson法要求在试验中保持热流体的质量流量不变,并维持其定性温度在很小的幅度内(2~3!)变化,则热流体的换热系数∀h可看作定值[1]。
管壳式热交换器ppt文档
②管程数: 一般有1，2，4，6，8，10，12等七种。
③隔板布置方式
平行布置法 T形布置法
④分程的要求:
避免流体温差较大的两部分管束紧邻 程与程之间温差不宜过大, 不超过28℃ 应尽可能使各管程的换热管数大致相同
分程隔板槽形状简单, 密封面长度较短
2.1.4 分程隔板
管程数 1
2
流动顺序
1 2
管箱隔板
两 者 间 残 余 应 力 达 密 封 、 紧 固
2.1.2 管子在管板上的固定和排列
（1）管子在管板上的固定：胀管法与焊接法
胀管法适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢 或低合金钢，设计压力≤4MPa，设计温度≤300℃， 且无特殊要求的场合。 要求：管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后 再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽 (开槽可以增加连接强度和紧密性)。
正方形
流
流
体
体
流
流
动
动
方 向
方 向
转角正方形
特点：管外清洗方便/但排管比三角形少
2.1.2 管子在管板上的固定和排列
（3）换热管中心距
定义：管板上两根管子中心线的距离。
决定因素：
管板强度 清洗管子外表所需要的间距 管子在管板上的固定方法
布管原则：
无论哪种排列都必须在管束周围的弓形空间尽可能 多布管→传热面积↑，且可防壳程流体短路
2.1.2 管子在管板上的固定和排列
1)、选择管壳式热交换器传热面材料的决定因素： 材料的工作压力、温度和流体腐蚀性、流体对材料的脆化作用及 流体的毒性所决定。
2)、材料的种类：碳钢、合金钢、铜、塑料、石墨等
3）我国管壳式换热器常用换热管为碳钢、低合金钢管有： Φ19×2、 Φ25×2.5、 Φ38×3、 Φ57×3.5 ； 不锈钢管有Φ25×2、 Φ38×2.5。
管壳式换热器讲义
不兼作法兰时管板与壳体的连接结构
2、 浮头式、U型管式和填函式换热器的管板与壳体的连接 由于浮头式、U型管式和填函式换热器的管束要从壳体中抽出，以便进行清洗，故需将管板做成 可拆连接。
管板与壳体可拆结 构
6.2.5 管箱与管程分程（Tube box and tube split）
1、管箱与分程隔板 换热器管内流体进出口的空间称为管箱。管箱位于换热器的两端，将介质均匀地分布到各换热管 中，或将管内流体汇集后输送出来。为了便于清洗、检修管子，管箱应采用可拆结构。
4、U型管式换热器（U-tube heat exchanger）
换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
U型管式换热器 优点：换热器只有一块管板，结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。 缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效果。内层管子 损坏后不易更换。 U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、 高温、粘度较大的场合。
2、 管间距（Tube spacing）
管板上两换热管中心的距离称为管间距。确定管间距既要考虑结构紧凑性、传热效率，又要考虑 管板强度和清洗空间以及管子在管板上固定的影响。对于正三角形排列，管间距应大于等于管子 直径的1.25倍，且不小于d0+6 mm。
最外层换热管的管壁与壳体内壁间的距离不得小于10 mm。
正三角形排列的管子
正方形排列的管子
组合排列法
当壳程为清洁、不结垢的流体时，宜选用正三角形排列。
壳程流体粘度较大或易结垢需定期清洗壳程时，一般采用正方形排列。
多程换热器，常采用正三角形和正方形组合排列方法，以便安排隔板位置。对于直径较大、管子 较多，按正三角形排列管子总数超过127根时必须在管束周围的弓形空间尽量再配置附加换热管。
管壳式换热器 (2) ppt课件
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管壳式换热器的类型、标准与结构
管子在管板上的固定与排列
1) 管子在管板上的固定 原则：保证连接牢固，不产生大的热应力； 方法：（1）胀接；（2）焊接；（3）胀焊并用； 胀接：基本连接方式，但压力温度受限
压力低于4MPa，温度低于300oC
焊接：在高温高压下能保持连接的紧密性，对管板孔的加工要
ppt课件
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管壳式换热器的类型、标准与结构
换热器中主要部件名称
1：平盖；2：平盖管箱(部件)；3：接管法兰；4：管箱法兰；5：固定管板；6：壳体 法兰；7：防冲板；8：仪表接口；9：补强圈；10：圆筒壳体；11：折流板；12：旁 路挡板；13：拉杆；14：定距管；15：支持板；16：双头螺柱或螺栓；17：螺母； 18：外头盖垫片；19：外头盖侧法兰；20：外头盖法兰；21：吊耳；22：放气口； 23：凸形封头；24：浮头法兰；25：浮头垫片；26：无折边球面封头；27：浮头管 板；28：浮头盖(部件)；29：外头盖(部件)；30：排液口；31：钩圈；32：接管；33： 活动鞍座(部件)；34：换热管；35：挡管；36：管束(部件)；37：固定鞍座(部件)； 38：滑道；39：管箱垫片；40：管箱短节；41：封头管箱(部件)；42：分程隔板
（3）密封长度尽可能短。
常用程数：根据GBl51-1999规定，常用程数有1、2、4、6、8、
10、12等七种程数。
分程方法：平行分程法和丁字形分成法
从热膨胀角度出发，在考虑分程时，最好使相邻程间平均壁 温之差不超过28℃，因此就由平行隔板和丁字形隔板所组成的四 流程换热器而论，平行隔板要优于丁字形隔板，因为在采用丁字 形隔板时，最冷和最热的流程是紧挨着的。
（2）由于制造复杂，安装不便， 因而不常采用。
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管壳式换热器wilson热阻分离法
一、管壳式换热器简介
管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于工业生产中的冷却、加热和回收热能等领域。
它由壳体、管束和管板组成，通过管束内的流体与壳体内的流体进行换热。
二、Wilson热阻分离法
Wilson热阻分离法是一种常用的换热器设计方法，它能够准确地估算出管壳式换热器中各个部分的热阻贡献，从而实现换热器的优化设计和性能评估。
1. 热阻的定义
热阻是指流体在换热过程中阻碍热量传递的程度，通常用温度差来表示。
在管壳式换热器中，热阻可以分为三个部分：管内热阻、壳侧热阻和传导热阻。
2. 管内热阻
管内热阻主要由流体在管内的传热过程引起，可以通过流体的流动状态、管道材料的导热性能和壁面传热系数等参数来计算。
在Wilson热阻分离法中，管内热阻可以通过流体流动的物理性质和换热器的几何参数来估算。
3. 壳侧热阻
壳侧热阻主要由流体在壳体内的传热过程引起，可以通过壳侧流体的流动状态、壳体材料的导热性能和壳侧传热系数等参数来计算。
在Wilson热阻分离法中，壳侧热阻可以通过壳体的几何参数和壳侧流体的物理性质来估算。
4. 传导热阻
传导热阻是指管壁和壳体之间的热阻，它与管束的材料和几何结构有关。
传导热阻的大小取决于管束的长度、管壁的厚度和热导率等参数。
在Wilson热阻分离法中，传导热阻可以通过管壁和壳体的几何参数和材料性质来估算。
三、Wilson热阻分离法的步骤
Wilson热阻分离法可以通过以下步骤来实施：
1. 确定换热器的几何参数，包括管壳内径、管束长度和壳体长度等。
2. 确定流体的物理性质，包括流体的流动状态、密度、比热容和粘度等。
3. 估算管内热阻，根据流体的流动状态和壁面换热系数来计算。
4. 估算壳侧热阻，根据壳侧流体的流动状态和壳侧换热系数来计算。
5. 估算传导热阻，根据管壁和壳体的几何参数和材料性质来计算。
6. 将管内热阻、壳侧热阻和传导热阻分别加总，得到总热阻。
7. 根据总热阻和换热面积，计算出换热器的总传热系数。
8. 根据总传热系数和流体的温度差，计算出换热器的传热功率。
四、总结
管壳式换热器是一种常见的热交换设备，它通过管束和壳体内的流体进行换热。
Wilson热阻分离法是一种常用的换热器设计方法，通过分离管内热阻、壳侧热阻和传导热阻来准确估算热阻贡献，从而实现换热器的优化设计和性能评估。
通过以上介绍，我们可以更好地了解管壳式换热器和Wilson热阻分离法的基本原理和应用。