蛇管式換熱器沉浸式蛇管換熱器

以蛇形管作為傳熱元件的換熱器。(serpentinetypeheatexchanger)這是一種古老的換熱設(shè)備。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、清洗和維修方便，價(jià)格低廉，又特別適用于高壓流體的冷卻、冷凝，所以現(xiàn)代仍得到廣泛應(yīng)用。但蛇管式換熱器的體積大、笨重；單位傳熱面積金屬耗量多，傳熱效能低。根據(jù)管外流體冷卻方式的不同，蛇管式換熱器又分為沉浸式和噴淋式。

將蛇管沉浸在盛有液體（B 流體）的容器內(nèi)，蛇管中流過(guò)另一種A流體。通過(guò)管壁,熱量由一種流體傳遞給另一種流體（圖1a）。蛇管的形狀主要取決于容器的形狀，可以是圓盤(pán)形、螺旋形和長(zhǎng)的蛇形等。蛇管不能太長(zhǎng)，否則管內(nèi)流阻大，耗能多；管徑也不宜過(guò)大，因?yàn)楣軓酱蠹庸だщy，通常取76毫米以下管徑彎制成。蛇管外的流體幾乎不動(dòng)，流速很小。管外流體中的傳熱以自然對(duì)流方式進(jìn)行，給熱系數(shù)很低，因此這種換熱器只適用于小容量換熱。為提高傳熱系數(shù)，可在容器內(nèi)設(shè)折流板或圓筒（圖1b）或機(jī)械攪拌，以提高蛇管外流體速度。即使在如圖1b的結(jié)構(gòu)中,液-液換熱時(shí)的傳熱系數(shù)也只有230～700W/(m.℃)。蛇管可用鋼、銅、銀、鑄鐵、陶瓷、玻璃、石墨和塑料等制成。這種換熱器的容器內(nèi)經(jīng)常存水，故不會(huì)因暫時(shí)停水而影響換熱的進(jìn)行，這對(duì)易于發(fā)生火災(zāi)的有機(jī)化工產(chǎn)品的冷凝和冷卻十分有利。

管內(nèi)熱流體（A 流體）通過(guò)蛇管壁與管外噴淋的冷流體（B流體）進(jìn)行換熱。它主要由蛇管、噴淋裝置、滴水板和支柱等組成。蛇管由上下排列的水平直管借U形肘管順次連接在一起。 每排管子最上面設(shè)有噴淋裝置,如噴頭或水槽等。圖2為噴淋式換熱器。冷卻水由水槽溢流出，沿槽滴水板均勻淋灑于傳熱管上。水成薄膜狀,流經(jīng)管子外表面,再匯集于管滴水板，逐次往下淋灑。在換熱器的下面設(shè)有底盤(pán)以收集流下來(lái)的水。當(dāng)噴淋不充分時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量蒸汽，因此一般安裝在室外通風(fēng)處，為避免水被風(fēng)吹走，多圍以百葉窗式的護(hù)墻。作為冷卻器用時(shí)，熱流體由下部通入管內(nèi)；作為冷凝器用時(shí)，蒸汽則由上部通入管內(nèi)。由于冷卻水直接噴淋于管外壁面上，部分水汽化蒸發(fā)，加上空氣的共同冷卻作用，傳熱效果好，液-液換熱時(shí),傳熱系數(shù)為300～1000W/（m.℃）。它的耗水量也小，僅是沉浸式的一半。運(yùn)行中還可經(jīng)常清掃管外壁面，提高冷卻效果。當(dāng)直管與U形肘管用法蘭連接時(shí),管內(nèi)清洗和傳熱面積的增減都比較容易。噴淋式換熱器主要用于石油煉制、石油化工、造氣、釀造和制冰等工業(yè)部門(mén)。由于傳熱管可用鑄鐵制成，它很適用于濃硫酸的冷卻，但不適于因水源不足或突然停水時(shí)易發(fā)生意外事故的石油產(chǎn)品或有機(jī)氣體的冷卻。

利用Fluent對(duì)光滑蛇管換熱器進(jìn)行了模擬,將得出的結(jié)果與經(jīng)典理論比較,發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬方法具有相當(dāng)?shù)目煽慷?并在相同外部條件下對(duì)4種不同結(jié)構(gòu)的波紋式蛇管進(jìn)行模擬,得出湍流狀態(tài)下管內(nèi)流體的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng),從微觀上說(shuō)明了波紋管強(qiáng)化傳熱機(jī)理。分析了波紋高度對(duì)波紋式蛇管傳熱效率的影響。