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更新时间:2025-05-14
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ASM管壳式冷却器 ASM管壳式冷却器 的换热冷却原理基于流体间的间接热交换,通过固体壁面(通常是金属管)将热量从高温流体传递至低温流体。以下是其核心原理的详细说明:
壳体(Shell):一个圆柱形外筒,内部安装多根平行排列的金属管(管束)。
管程(Tube Side):流体在管内流动(通常为腐蚀性、高压或需保持清洁的介质)。
壳程(Shell Side):流体在管外与壳体之间的空间流动(通常为黏度高、低压或需强化传热的介质)。
挡板(Baffles):壳程内设置的折流板,增加流体湍流,提高传热效率。
热量传递路径:
高温流体(如热工艺介质)通过管程或壳程进入换热器。
低温冷却介质(如冷水、海水)通过另一侧(壳程或管程)逆向或顺向流动。
热量通过管壁从高温侧传导至低温侧,最终使高温流体冷却,低温流体吸热升温。
传热机制:
对流换热:流体与管壁之间的热量交换(受流速、流体性质影响)。
热传导:热量通过管壁(金属材料)从高温侧传递至低温侧。
综合传热系数:由两侧对流热阻和管壁传导热阻共同决定,公式为:
[ \frac = \frac + \frac + \frac ]
((U)为总传热系数,(h_i/h_o)为管程/壳程对流系数,(t)为管壁厚度,(k)为材料导热系数)
逆流(Counterflow):两流体反向流动,平均温差(LMTD)最大,换热高(常见于高精度控温场景)。
顺流(Parallel Flow):两流体同向流动,温差逐渐减小,适合防止低温流体过热。
错流(Crossflow):壳程流体横向冲刷管束,常见于气体-液体换热。
增加湍流:通过壳程挡板(如圆缺形、螺旋形)破坏层流边界层,提升传热效率。
扩展表面:采用翅片管或波纹管,增大传热面积。
多管程设计:将管程分为多段(如2程、4程),延长流动路径,提升热回收率。
冷却高温流体:如炼油厂中柴油冷却、化工厂反应器出口物料降温。
冷凝蒸汽:发电厂汽轮机排汽冷凝为水。
余热回收:利用工业废热预热锅炉进水。
对数平均温差(LMTD):决定传热驱动力,优化流动方式可提高LMTD。
压降控制:高流速增强传热但增大泵功,需平衡效率与能耗。
污垢系数:定期清洗管壁沉积物(如生物膜、水垢),维持传热效率。
以海水冷却工业热水为例:
管程:80℃热水流经钛管内部,释放热量后降温至50℃。
壳程:25℃海水在挡板引导下横向冲刷管束,吸热后升温至35℃排出。
热量传递:通过钛管壁的导热与两侧对流完成,总换热量可达数兆瓦。
管壳式换热器的核心原理是通过固体壁面分隔两种流体,利用热传导和对流的协同作用实现高效换热。其性能取决于材料导热性、流体流动设计及温差驱动,广泛应用于能源、化工、制冷等领域,是工业热管理的关键设备