文 献 综 述

1. 引言

过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%~20%；在炼油厂，约占总投资的35%~40%[1]。在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指针，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。目前常用的换热器种类有浮头式、固定板式和U形管式，其中以浮头式换热器最多。浮头式换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效浮头式换热器相继面世[2- 4]。下面首先通过了解管壳式换热器，然后再来谈一谈其中的浮头式换热器类型。

2. 管壳式换热器的理论研究

管壳式换热器作为目前应用最广泛的换热设备，不仅具有高的稳定性和简单易用性而且在较高参数(高温、高压及大容量)的工况下，管壳式换热器更能表现出其特有的长处。单弓形折流板换热器是管壳式换热器中发展时间最长、应用最广、技术也比较成熟的一种。但是这种传统的管壳式换热器也存在着诸多缺点：如易激发流体诱导振动而导致换热管束松动，折流板与壳体间的焊接产生裂缝；壳程流体流动阻力较大，壳侧压降较大，动力耗损严重；壳程流体存在流动”死区”，死区内局部换热效果差，导致换热器整体换热率低，同时涡流内容易积垢，影响换热器的寿命。针对以上缺点，各国学者从不同角度分别对管壳式换热器的传热性能和壳程压降做了研究和探讨，并取得了良好的效果[5]。

2.1 管壳式换热器的强化传热

，即单位时间内的换热量与冷热流体的温度差Δ，传热面积F及总传热系数K成正比[6]。所以，可以通过增加传热面积加大冷热流体温差或提高传热系数来强化传热过程。对于管壳式换热器，其强化传热的研究主要就集中在强化管程传热和强化壳程传热这两个方面[7]。

2.1.1 管程强化传热