在管殼式換熱器中,折流板的設置不僅起到支撐管束、防止振動的作用,更重要的是通過改變殼程流體的流向和速度分布,從而極大地影響傳熱性能和流動阻力。折流板間距是這一影響中一個極其敏感且需要優(yōu)化設計的重要參數(shù),對傳熱系數(shù)和壓降起著相互制約的作用。
1.折流板間距的減小會產生一系列連鎖效應。在傳熱方面,較小的間距意味著殼程流體被更頻繁地強制改變方向,橫向沖刷管束的次數(shù)增多,湍流程度顯著增強,這有助于破壞管壁上的熱邊界層,從而大幅提高殼程的對流傳熱系數(shù)。同時,流體流速也因流通截面的周期性變化而增加,進一步強化了傳熱。因此,從強化傳熱的角度看,減小折流板間距是有利的。
2.這一強化效果是以殼程壓降的急劇增加為代價的。流體每一次改變方向,流經折流板與殼體、管束與折流板管孔之間的間隙,都會產生顯著的局部阻力損失。折流板間距越小,這種方向改變的頻率越高,產生的總壓降也就越大,導致殼程泵送功耗非線性上升。此外,過小的間距還可能導致流體短路,反而降低傳熱效果,并可能因流速過高引起管束振動和沖蝕。
3.反之,增大折流板間距會降低流速和湍流度,導致傳熱系數(shù)下降,但殼程壓降也會明顯地降低。如果間距過大,支撐作用減弱,且流體可能趨于層流狀態(tài),傳熱效率會變得很差。
4.折流板間距的確定是一個典型的傳熱與流體力學優(yōu)化問題,在滿足傳熱要求的前提下,尋找一個經濟合理的壓降值。現(xiàn)代工程設計通常借助專業(yè)的換熱器設計軟件,通過迭代計算,在允許的壓降范圍內,選擇使總傳熱系數(shù)最高或所需換熱面積最小的最佳折流板間距。
專業(yè)制造商如艾克森,在進行換熱器設計時,會綜合考慮客戶允許的壓降、介質特性、以及長期運行的經濟性,通過精確的計算來確定最優(yōu)的折流板布置方案,而非簡單地遵循經驗值,從而在性能與能耗之間取得最佳平衡。
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