波紋管冷卻器管束支撐結(jié)構(gòu)

　　改變流道截面是強(qiáng)化傳熱的一個(gè)重要途徑。波紋管冷卻器是這一強(qiáng)化傳熱途徑的代表產(chǎn)品。它不僅可以強(qiáng)化管內(nèi)傳熱，還對(duì)強(qiáng)化管外傳熱有很好的效果，是目前應(yīng)用比較廣泛、有良好推廣前景的新型冷卻器。

　　2波紋管冷卻器的發(fā)展及特點(diǎn)21波紋管冷卻器的發(fā)展撐板）的最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的1/5，且節(jié)對(duì)于橫紋管和空心環(huán)的組合結(jié)構(gòu)，中有詳細(xì)的介該M結(jié)構(gòu)可使殼番阻減％鐮iShi成了/-扁潘“復(fù)珂構(gòu)，彌補(bǔ)了圓桿比較低，在滿足流速要求的前提下盡量縮短折流板的間距可以提高振動(dòng)的固有頻率。

　　由于波紋管管壁較薄，所以選用折流板時(shí)要注意：折流板的材料硬度要低于波紋管，同時(shí)折流板的厚度應(yīng)適當(dāng)加大，孔的兩面應(yīng)有倒角，以防波紋管受損。

　　如果折流板厚度取值偏小，可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一種是波紋管剛度較好，此處懸空，此時(shí)會(huì)因管子與折流板管孔之間間隙過(guò)大而出現(xiàn)管子振顫現(xiàn)象；另一種是波紋管剛度較差，折流板卡在波谷段，出現(xiàn)管孔另一側(cè)漏流短路，影響換熱效果，管子還易被折流板磨破。這兩種情況都可能導(dǎo)致波紋管冷卻器失效。

　　在波紋管冷卻器中采用折流板作為支撐，除因殼程流體橫向沖刷管束造成較大的振動(dòng)和流體阻力、容易產(chǎn)生傳熱死區(qū)外，還會(huì)因折流板厚度較大使得重量較大。

　　3.2折流桿式支撐波紋管冷卻器折流桿結(jié)構(gòu)與常用的折流桿結(jié)構(gòu)基本相同。在這種結(jié)構(gòu)中，支撐管子的折流桿與管子幾乎不存在間隙，管束中每根波紋管的上下左右都得到了可靠的支撐，殼程流體的流動(dòng)方向?yàn)榭v向流動(dòng)，可以有效的防止波紋管的振動(dòng)破壞，提高冷卻器的使用壽命。

　　由于波紋管各處管徑不同，在波紋管冷卻器中采用折流桿結(jié)構(gòu)時(shí)，波紋管的波節(jié)距須基本相同，安裝時(shí)每根波紋管的波峰、波谷縱向?qū)R，折流桿均安裝于波谷位置。

　　對(duì)波鼓形、縮放管以及波節(jié)管來(lái)說(shuō)，采用折流桿式支撐時(shí)，圓桿與管子的接觸方式為點(diǎn)接觸，對(duì)管子振動(dòng)的抑制作用較弱，且容易對(duì)管子構(gòu)成磨損。梯形波紋管采用折流桿式支撐時(shí)，圓桿與管子的接觸方式是線接觸，對(duì)管子的振動(dòng)抑制效果較好。

　　3.3空心環(huán)支撐3空心環(huán)支承是另一種新型支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)將直徑較小的鋼管截成短節(jié)，均勻分布在換熱管之間的同一截面上（為一組），呈線性接觚如所示。

　　目前采用空心環(huán)支撐的波紋管管型主要有橫紋管和縮放管。

　　空心環(huán)支撐空心環(huán)縮放管管殼式冷卻器是由華南理工大學(xué)化工研究所研究開發(fā)的。有還提到了空心環(huán)網(wǎng)板支撐，這種結(jié)構(gòu)的殼程周向流道空隙率非常大，故形體阻力非常小，機(jī)械支承強(qiáng)度上也可保證安全。

　　對(duì)波紋管冷卻器來(lái)說(shuō)，在保證支撐環(huán)寬度的前提下，所有的管型皆可以采用空心環(huán)支撐，目前應(yīng)用比較廣泛的是空心環(huán)加縮放管的組合結(jié)構(gòu)。

　　3.4扁鋼條支撐扁鋼條厚度相當(dāng)于管間間隙，管子被扁鋼條緊緊夾住，扁鋼條與管子的接觸方式為線接觸，對(duì)管子振動(dòng)的抑制作用較強(qiáng)，而且基本上保持了折流桿冷卻器優(yōu)良的熱力學(xué)性能。

　　扁鋼條支撐適用于各種形狀的波紋管。

　　事實(shí)上，就傳統(tǒng)折流桿式冷卻器而言，其殼程進(jìn)出口區(qū)域是管子受橫向流作用而容易發(fā)生振動(dòng)破壞的薄弱區(qū)域。因此，在這些區(qū)域采用扁鋼條支撐，在遠(yuǎn)離進(jìn)出口的區(qū)域，仍采用折流桿結(jié)構(gòu)。這樣即構(gòu)式支撐存在的抗振缺陷。

　　3.5管子自支撐自支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)采用自支撐管，如刺孔膜片管、螺旋扁管和變截面管來(lái)簡(jiǎn)化管束支撐，提高冷卻器的緊湊度。各種波紋管也具有周期性變化的截面，因此可以采用自支撐結(jié)構(gòu)，如所示。

　　根據(jù)管型尺寸和介質(zhì)性質(zhì)，換熱管布局可設(shè)計(jì)成兩種組合類型。下面以梯形波紋管為例對(duì)這兩種組合類型進(jìn)行說(shuō)明。

　　0換熱管布局類型I型：波紋管的管峰在殼體的同一橫截面上對(duì)齊（見0a），此時(shí)，殼程流通面積也像管內(nèi)那樣，沿軸向不斷出現(xiàn)擴(kuò)大與縮小的周期性變化，不僅能起到優(yōu)于折流板的強(qiáng)化作用，還可使流動(dòng)阻力降低并消除流通死區(qū)，這一類型適用于殼程流體流量不大、粘度較低的工況。

　　鄰管的管谷相對(duì)（見0b）此時(shí)，殼程流通面積沿軸向變化不大，但介質(zhì)的流道卻是曲折的，因此可得到較大的換熱系數(shù)。這一類型適用于殼程介質(zhì)流量偏大、粘度稍高的工況。

　　利用波紋管的自身特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自支撐，有以下特點(diǎn)：（1）冷卻器的整體換熱面積顯著增加，在換熱量本；由于制造工藝簡(jiǎn)單，使冷卻器更安全耐用；管與管的自支撐使得管子的被支撐點(diǎn)增加，而且是同一種材料接觸，是一種軟接觸，所以磨損和振動(dòng)大大減??；由于管子的束縛小，波紋管自身的補(bǔ)償量可充分發(fā)揮作用，因此抗熱沖擊和抗結(jié)垢能力很強(qiáng)，提高了管子的壽命；殼程流體與管程流體流動(dòng)完全逆流，增大了有效溫差，波紋管使流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，大大提高了傳熱系數(shù)。

　　4總結(jié)從折流板支撐、圓鋼桿式支撐、扁鋼條支撐到管子自支撐，支撐結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理化，但是對(duì)于波紋管冷卻器來(lái)說(shuō)，殼程流體流動(dòng)非常復(fù)雜，對(duì)其殼程支撐結(jié)構(gòu)的理論研究還很欠缺，實(shí)驗(yàn)研究也很不全面。

　　利用目前廣泛采用的計(jì)算流體力學(xué)（FD）方法對(duì)波紋管冷卻器在各種支撐結(jié)構(gòu)及管型下的殼程流體流動(dòng)狀況進(jìn)行模擬，得出支撐結(jié)構(gòu)與各種波紋管管型的最優(yōu)組合，無(wú)疑為研究波紋管冷卻器管束支撐結(jié)構(gòu)提供了一條方便快捷的途徑。