影响扰性薄管板的应力分布的因素主要有管板厚度、换热管的中心距、转角处的结构设计、管板转角半径、挠性薄管板高温侧及换热管热防护等。

对于挠性薄管板厚度的计算至今尚无统一的计算公式，其主要是影响管板强度的因素较多，除了压力、温度、设备直径等，还有两个决定性因素：

第一是管板上孔桥的大小。一般情况下，孔桥越大，管板厚度随之增加，反之则减小，这主要是换热管弹性支撑作用影响的结果;

第二是管程和壳程间温差的大小。二者是相互矛盾的。增加管板厚度，会降低孔桥处的应力，但管板转角处的应力却增大了。

随着换热管中心距增大，挠性薄管板各处的应力强度值均随之增大。这主要是随着换热管的管间距增大，周围不布管区域缩小，管束对管板的弹性支撑范围加大，相应的约束也增大，在温差载荷的作用下，使得管板整体受到的弯曲应力加大。

转角处的设计中，在管板与壳体连接转角处增加了一个挠性环或叉形结构，作用相当于设置了一个波形膨胀节，使得管板与壳体连接周边有较大的柔性，改善管板的受力情况，主要依据是应力分析结果表明，普通的挠性薄管板与壳体连接转角处的应力强度值最高。

通过试验方法对椭圆管换热器与螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程 传热性能和压降的研究,同时进行了壳程传热性能和压降的对比。从试验数据处理中得出,椭圆管 换热器的传热系数虽然不高于采用圆管作为换热管的螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传 热系数,但其单位压降下的壳程传热系数却远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器单位 压降下的壳程传热系数。

关键词：椭圆管;弓形折流板;螺旋折流板;传热系数

中图分类号:TK172　文献标识码:A　文章编号:1001-4837(2008)10-0011-05

1　前言

随着新型高效传热管的不断出现,使得管壳式 换热器的应用范围得以扩大。圆管换热器是使用最 普遍的一种传统的管壳式换热器,但现代工业设备 对热负荷的要求越来越大,因此,强化传热技术在换 热器的研究中变得更加重要。在评价强化传热的效 果时,需要考虑多种因素,例如:经济性、安全性、制造、安装、运行和维护的工艺技术及对材质的要求 等。因此,评价一种强化传热技术的优劣,必须选择 合适的强化传热评价准则。单纯地追求传热系数、 平均温差或传热面积的改善是不可取的,因为所采 取的强化传热措施往往使流动阻力增大,或其他方 面的消耗要求增高。从实际应用角度考虑,通常在 流动阻力相等的情况下比较传热系数,即比较α/ ΔP的大小。α/ΔP通常作为衡量换热器壳程强化传 热效果的综合性能评价指标,它表示在壳程消耗相 同压力降的条件下,所采用的强化传热技术所获得 的效益[1]。文中应用这一评价标准对椭圆管换热 器的传热效率进行研究。

2　椭圆管换热器的结构分析

这种新型的管壳式换热器是以传统管壳式换热 器为基础,采用椭圆形管为换热管,其他结构均采用 常规管壳式换热器的零部件,管束中不设折流板,换 热管外缘间隔采用折流圈起支撑作用。流体在椭圆 管换热器管壳程运动时,由于壳程不采用折流板,其 壳程阻力较小,压降减小,因此这种结构形式不是以 增加阻力作为代价来提高换热器的传热性能,因此 在工程应用方面更有意义。同时在椭圆管换热器壳 程内,椭圆管束换热器不存在弓形折流板所出现的 死区问题,换热管内不易结垢,具有长期的换热效 益。在椭圆管换热器结构中,取消了折流板,减小了 换热器的体积和金属耗量,降低了制造成本,制造工 艺也比较简单,从而降低了能源消耗。

3　试验

3.1　试验主要设备及仪器

本次试验采用壳体为:Φ0.25m(内径)×3m, 4台换热器的管束均为两管程。采用圆管作为换热 管的管子规格:Φ0.025m×0.0025m×2.5m×40 根,有40°、25°有泄流槽螺旋折流板管壳式换热器 和弓形折流板管壳式换热器;椭圆管换热管的管子 规格:0.02503m(长轴)×0.01021m(短轴) ×0.0025m×2.5m×40根。4台换热器管束中管 子排列方式都为正方形斜转45°。试验在换热设备 综合测试试验台上进行,主要测试仪表、设备为:

(1)测温:数字温度计,分度为0.01℃;

(2)量程:温度测量范围为0~50℃和0~100℃;

(3)测压:压力表和压差计;

(4)流量计:LZB—50转子流量计与LZJ—100 转子流量计并接,量程为1~50m3/h;

(5)试验设计:管程流体介质为热水,流量值为 8m3/h;壳程流体介质为冷水,初定流量值为2m3/ h;管程流量不变;壳程流量按1m3/h递增。整个测 试包括壳程和管程的进出口温度和压力的记录。