波纹管冷却器管束支撑结构

　　改变流道截面是强化传热的一个重要途径。波纹管冷却器是这一强化传热途径的代表产品。它不仅可以强化管内传热，还对强化管外传热有很好的效果，是目前应用比较广泛、有良好推广前景的新型冷却器。

　　2波纹管冷却器的发展及特点21波纹管冷却器的发展撑板）的最小间距一般不小于圆筒内直径的1/5，且节对于横纹管和空心环的组合结构，中有详细的介该M结构可使壳番阻减％镰iShi成了/-扁潘“复珂构，弥补了圆杆比较低，在满足流速要求的前提下尽量缩短折流板的间距可以提高振动的固有频率。

　　由于波纹管管壁较薄，所以选用折流板时要注意：折流板的材料硬度要低于波纹管，同时折流板的厚度应适当加大，孔的两面应有倒角，以防波纹管受损。

　　如果折流板厚度取值偏小，可能会出现两种情况：一种是波纹管刚度较好，此处悬空，此时会因管子与折流板管孔之间间隙过大而出现管子振颤现象；另一种是波纹管刚度较差，折流板卡在波谷段，出现管孔另一侧漏流短路，影响换热效果，管子还易被折流板磨破。这两种情况都可能导致波纹管冷却器失效。

　　在波纹管冷却器中采用折流板作为支撑，除因壳程流体横向冲刷管束造成较大的振动和流体阻力、容易产生传热死区外，还会因折流板厚度较大使得重量较大。

　　3.2折流杆式支撑波纹管冷却器折流杆结构与常用的折流杆结构基本相同。在这种结构中，支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙，管束中每根波纹管的上下左右都得到了可靠的支撑，壳程流体的流动方向为纵向流动，可以有效的防止波纹管的振动破坏，提高冷却器的使用寿命。

　　由于波纹管各处管径不同，在波纹管冷却器中采用折流杆结构时，波纹管的波节距须基本相同，安装时每根波纹管的波峰、波谷纵向对齐，折流杆均安装于波谷位置。

　　对波鼓形、缩放管以及波节管来说，采用折流杆式支撑时，圆杆与管子的接触方式为点接触，对管子振动的抑制作用较弱，且容易对管子构成磨损。梯形波纹管采用折流杆式支撑时，圆杆与管子的接触方式是线接触，对管子的振动抑制效果较好。

　　3.3空心环支撑3空心环支承是另一种新型支承结构，该支承结构将直径较小的钢管截成短节，均匀分布在换热管之间的同一截面上（为一组），呈线性接觚如所示。

　　目前采用空心环支撑的波纹管管型主要有横纹管和缩放管。

　　空心环支撑空心环缩放管管壳式冷却器是由华南理工大学化工研究所研究开发的。有还提到了空心环网板支撑，这种结构的壳程周向流道空隙率非常大，故形体阻力非常小，机械支承强度上也可保证安全。

　　对波纹管冷却器来说，在保证支撑环宽度的前提下，所有的管型皆可以采用空心环支撑，目前应用比较广泛的是空心环加缩放管的组合结构。

　　3.4扁钢条支撑扁钢条厚度相当于管间间隙，管子被扁钢条紧紧夹住，扁钢条与管子的接触方式为线接触，对管子振动的抑制作用较强，而且基本上保持了折流杆冷却器优良的热力学性能。

　　扁钢条支撑适用于各种形状的波纹管。

　　事实上，就传统折流杆式冷却器而言，其壳程进出口区域是管子受横向流作用而容易发生振动破坏的薄弱区域。因此，在这些区域采用扁钢条支撑，在远离进出口的区域，仍采用折流杆结构。这样即构式支撑存在的抗振缺陷。

　　3.5管子自支撑自支撑结构通过采用自支撑管，如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管来简化管束支撑，提高冷却器的紧凑度。各种波纹管也具有周期性变化的截面，因此可以采用自支撑结构，如所示。

　　根据管型尺寸和介质性质，换热管布局可设计成两种组合类型。下面以梯形波纹管为例对这两种组合类型进行说明。

　　0换热管布局类型I型：波纹管的管峰在壳体的同一横截面上对齐（见0a），此时，壳程流通面积也像管内那样，沿轴向不断出现扩大与缩小的周期性变化，不仅能起到优于折流板的强化作用，还可使流动阻力降低并消除流通死区，这一类型适用于壳程流体流量不大、粘度较低的工况。

　　邻管的管谷相对（见0b）此时，壳程流通面积沿轴向变化不大，但介质的流道却是曲折的，因此可得到较大的换热系数。这一类型适用于壳程介质流量偏大、粘度稍高的工况。

　　利用波纹管的自身特点实现自支撑，有以下特点：（1）冷却器的整体换热面积显著增加，在换热量本；由于制造工艺简单，使冷却器更安全耐用；管与管的自支撑使得管子的被支撑点增加，而且是同一种材料接触，是一种软接触，所以磨损和振动大大减小；由于管子的束缚小，波纹管自身的补偿量可充分发挥作用，因此抗热冲击和抗结垢能力很强，提高了管子的寿命；壳程流体与管程流体流动完全逆流，增大了有效温差，波纹管使流体产生强烈的湍流，大大提高了传热系数。

　　4总结从折流板支撑、圆钢杆式支撑、扁钢条支撑到管子自支撑，支撑结构逐渐趋于合理化，但是对于波纹管冷却器来说，壳程流体流动非常复杂，对其壳程支撑结构的理论研究还很欠缺，实验研究也很不全面。

　　利用目前广泛采用的计算流体力学（FD）方法对波纹管冷却器在各种支撑结构及管型下的壳程流体流动状况进行模拟，得出支撑结构与各种波纹管管型的最优组合，无疑为研究波纹管冷却器管束支撑结构提供了一条方便快捷的途径。