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近年来螺旋折流板式换热器被广泛应用,螺旋流动可以有效的提高传热温差和通道中的速度梯度,从而影响边界层的形成,使传热系数有较大的增加,且基本不存在流动与传热死区,但其制造比较困难。本文在这样的背景下,展开了新型壳程强化方法一螺旋扭片强化壳侧传热。该螺旋扭片换热器采用螺旋扭片,插入管与管之间,代替折流板对管束支撑的方案,使壳程流体始终保持多股纵向螺旋流状态,并且螺旋扭片也可以看做固定在管外的翅片,起到了扩大传热面积的作用,有效提高换热管管束壁面的流动速度,实现不同壳体半径处流体的充分混合,获得较好的强化传热效果。
为了研究该换热器的壳程强化传热规律,以热水-冷水做为介质,对其传热性能及阻力特性进行了研究,得出了有用的结论。并对其强化传热机理做了探讨,回归了传热性能关联式和流阻关联式。采用单位压降下壳程传热性能、壳程熵产分析、综合性能评价因子评价三种评价方法从不同方面对新型螺旋扭片换热器的综合性能进行了评价。
得到的主要结论有：
a.插入螺旋扭片后,壳程传热性能得到强化,明显优于光管管束换热器和弓型折流板换热器。
b.扭片节距不同,对壳程传热的强化程度不同。对于无孔扭片管束,L=140mm时强化传热效果最好,说明无孔扭片有一最佳节距,节距合适时,才能发挥最好传热效果。
c.开孔对壳程的传热性能的影响:Reo<11000时,开孔螺旋扭片管束强化传热的性能较好,在Reo>11000时无孔螺旋扭片管束的强化传热的性能较好。建议工业应用中采用无孔扭片管束。
d.加入螺旋扭片后,相同流量下：与光管相比,螺旋扭片换热器壳程压降△P有所增大,但是增加不大；弓型折流换热器的壳侧压降约为螺旋扭片换热器壳侧压降的1.5～12.5倍。
e.L=140mm,d=0mm的螺旋扭片管束,强化传热综合性能最好。
f.相同流量时：螺旋扭片换热器单位压降下的壳侧传热膜系数约为弓型折流板换热器单位压降下壳侧传热膜系数的1.2～11.7倍。相同雷诺数时：弓型折流板换热器壳程熵产数远远大于螺旋扭片换热器壳程熵产数。这说明弓型折流板换有效能利用程度低,强化传热的综合效果比新型螺旋扭片换热器差。
g.新型螺旋扭片换热器的壳程传热及流阻性能关联式(公式略）。