在管式换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。
U形管式换热器是将换热管炜成U形,两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开,换热管束可以自由伸缩,不会由于介质的温差而产生温差应力。U形管换热器只有一块管板,没有浮头,结构比较简单。管束可以自由的抽出和装入,方便清洗,具有浮头式换热器的优点,但由于换热管做成半径不等的U形弯,外层换热管损坏后可以更换外,其它管子损坏只能堵管。同时,它与固定管板式换热器相比,由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙,流体很容易走短路,影响了传热效果。
压力降
增加工艺物流流体的流速,可增加对流换热系数,从而提高总传热系数,使换热器的结构紧凑,但增加流速将增加换热器的压力降,从而使得换热器的磨蚀和振动破坏加剧等。同时,压力降增加使得换热器在运行过程的动力消耗增大,因此,大允许的压力降范围一般限制如表所示。
在实际应用中,壳管式换热器可以适应各种流体,包括水、蒸汽、空气、油等,因此在不同领域都有广泛的应用。例如,它们可用于加热建筑物、加工化工产品、发电厂的冷却以及制冷系统中的热交换等。
管壳式换热器
管壳式换热器又称列管式换热器,是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点,应用为广泛,在换热设备中占据主导地位。
热管式换热器是一种利用热管技术实现热量传递的设备,广泛应用于热管理和能量回收领域。它的工作原理如下:
1.基本构造:
热管是一个封闭的管状结构,内部充满一定量的工作介质,通常是液态。热管的两端有热源端(蒸发段)和热汇端(冷凝段)。热管外部通常由一层绝热材料包裹,以减少热损失。
2.相变传热:
热管内的工作介质在热源端吸收热量,使其蒸发成蒸汽。这个蒸发过程需要吸收大量的潜热,使得工作介质的温度升高。
3.热量传递:
蒸汽由热源端向热汇端运动,通过热管内部的蒸汽压力差驱动。蒸汽在内部壁面上冷凝成液态,释放出潜热。在热汇端,工作介质的温度下降。
4.液态回流:
由于蒸汽冷凝成液态,液态工作介质因重力和毛细作用回流至热源端,重新参与蒸发过程。这样的液态回流确保了热管内部的循环。
5.热平衡:
在热源端和热汇端的蒸汽压力差以及液态工作介质的回流,导致了热管内部的热量传递循环。随着时间推移,热管内部会建立起一个热平衡状态,其中热源端和热汇端的温度差会保持相对稳定。
热管式换热器的工作原理充分利用了相变传热和热量传递原理,使得它在许多应用中表现出色。由于其无需外部动力和机械部件,因此具有可靠性高、效率较高等优点,被广泛用于热管理、能量回收、温控等领域。