在管壳式换热器中,折流板的设置不仅起到支撑管束、防止振动的作用,更重要的是通过改变壳程流体的流向和速度分布,从而极大地影响传热性能和流动阻力。折流板间距是这一影响中一个极其敏感且需要优化设计的重要参数,对传热系数和压降起着相互制约的作用。
1.折流板间距的减小会产生一系列连锁效应。在传热方面,较小的间距意味着壳程流体被更频繁地强制改变方向,横向冲刷管束的次数增多,湍流程度显著增强,这有助于破坏管壁上的热边界层,从而大幅提高壳程的对流传热系数。同时,流体流速也因流通截面的周期性变化而增加,进一步强化了传热。因此,从强化传热的角度看,减小折流板间距是有利的。
2.这一强化效果是以壳程压降的急剧增加为代价的。流体每一次改变方向,流经折流板与壳体、管束与折流板管孔之间的间隙,都会产生显著的局部阻力损失。折流板间距越小,这种方向改变的频率越高,产生的总压降也就越大,导致壳程泵送功耗非线性上升。此外,过小的间距还可能导致流体短路,反而降低传热效果,并可能因流速过高引起管束振动和冲蚀。
3.反之,增大折流板间距会降低流速和湍流度,导致传热系数下降,但壳程压降也会明显地降低。如果间距过大,支撑作用减弱,且流体可能趋于层流状态,传热效率会变得很差。
4.折流板间距的确定是一个典型的传热与流体力学优化问题,在满足传热要求的前提下,寻找一个经济合理的压降值。现代工程设计通常借助专业的换热器设计软件,通过迭代计算,在允许的压降范围内,选择使总传热系数最高或所需换热面积最小的最佳折流板间距。
专业制造商如艾克森,在进行换热器设计时,会综合考虑客户允许的压降、介质特性、以及长期运行的经济性,通过精确的计算来确定最优的折流板布置方案,而非简单地遵循经验值,从而在性能与能耗之间取得最佳平衡。
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