一、课题研究现状及发展方向

工业在当代世界各国国民经济中起着主导作用，其快速发展使人们对能源的需求越来越大，使用高效换热器可以吸收化工生产中的大量余热，不但节约能源，而且可以降低污染，与板式、板翅式换热器相比，管壳式换热器具有适用性更广、寿命更长、密封性能较好和结构简单、清洗方便的优点，是石油、化工等领域应用最普遍的一种换热器，占整个换热器的80%左右 ^[1]。全球化能源危机加快了科学家对强化传热技术探索的步伐，目前为止，国内外对管壳式换热器的强化传热技术的研究已经取得了不小的成果，但是如何最大限度地利用热能和回收热能，强化管壳式换热器仍是人们所研究的重点之一^[2] 。

二、换热器结构形式及分类

管壳式换热器的形式大致分为固定管板式、釜式浮头式及U 形管式等几种。最

常见的是固定管板式^[3]。该换热器主要由管箱、筒体、管板、列管、折流板、拉杆、

定距管以及其他附属零部件组成^[4]，见图1

图1 管壳式换热器的结构形式

Fig.1 The structure of tube and shell heat exchanger

下面简单介绍一下管板和折流板结构形式

（1）管板是一个被密布的管孔削弱的圆平板，该平板两侧作用有均布载荷。由于管子的端部是刚性固定在管板上，当管板受介质压力作用产生弯曲变形时，管束中每根管子要发生轴向变形，因此管板会受到每根管子的弹性反力作用。管板、管束及壳体都是刚性连接，壳体管束的热变形及由介质压力引起的壳壁伸缩会受到管束和管板的约束，因此管板会受到壳体作用的力和力矩 ^[5]。管板的设计有很多要求，其中管板材料应根据工艺介质来选择，管板的外形尺寸应满足工艺等专业条件不可随意拟定，与此同时管板的设计压力等参数应通过计算来确定，管板与换热管焊接时，管板的最小厚度除满足计算要求外，还应满足结构要求，换热管的排列方式有正三角形、正方形和同心圆形，其中正三角形由于管距都相同，在同一管板面积上可排列的管数最多，因此三角形排列方式应用最为普遍^[6]。