.
X X 大学
本科毕业设计（论文）文献综述
课题名称：XXXXXXXXXXX换热器设计
学院： XXXXXXXXXXXX学院
年级专业：2015级过程装备与控制工程
学生姓名： X X
指导教师： XXXXX
填写日期： 2019年2月28日
一、国内外现状
近些年来，我国工业快速发展，尤其是石油化工行业发展尤为迅速，然而换热器作为最普遍的换热单元，在石油化工行业十分常见，同时又起着不可替代的作用。

根据相关资料显示，换热装备行业在2016年便突破了1000亿元，并且每年还在增长，但是距离我国进入世界换热装备大国仍然具有一定的差距[1]。

在近几年的发展中，换热器的形式层出不穷，有板式换热器，螺旋折流板式换热器，管壳式换热器，薄膜蒸发器，高效板式换热器，板翅式换热器，新型螺旋绕丝管壳式换热器, 矩形自支撑缩放管换热器, 振荡流热管换热器, 高通量换热器, 管程强化换热器, 扭曲椭圆管换热器等[2]。

其中管壳式换热器最为常见，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料耗等方面，不如其他新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用，在市场中占主导地位，大约在60%以上，可见，管壳式换热器在国民的经济作用是不可限量的[3]。

就目前发展来看，我国的管壳式换热器仍存在很大的问题，如易激发流体诱导振动而导致换热管束松动，折流板与壳体间的焊接产生裂缝；壳程流体流动阻力较大，壳侧压降较大，动力耗损严重；壳程流体存在流动“死区”，死区内局部换热效果差，导致换热器整体换热率低，同时涡流内容易积垢，影响换热器的寿命[4]。

在国外，主要是各大传热公司从事着换热设备的研发与推广工作。

美国传热研究公司是一个创建于1962年的工业联合企业，主要从事过程传热应用研究,并拥有工业规模的大型试验研究设备。

该企业会员遍布全球，取得大量研究成果，在传热机理，两相流，振动，模拟及测试技术方面为全世界换热的发展做出巨大贡献。

近年来，该企业大力发展计算机应用软件，使换热器工艺计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且大大提高了经济效益。

在英国，英国传热及流体服务中心HTFS，长期从事传热与流体课题研究。

该企业开发的HTFS和TASC 换热器软件使其在传热和流体计算上更为精确。

尤其在计算机软件开发方面，国外远远领先于国内。

除此之外，国内外的相关学者也对这些问题进行的大量的研究，张勇，闫媛媛，杨飞等人对强化传热和壳程优化压降进行研究，王战辉、Yonggang Lei等人研究折流板对壳程流体流动的影响，O. Labbadlia研究管系的布置对管壳式换热器封头内流动分布影响，Juan Jose Cartelle Barros等人采用一种新型集成方法对管壳式换热器进行持续的优化，并且取得巨大研究进展[4-9]。

二、研究主要成果
张勇等人对强化传热的研究主要集中在强化管程传热和强化壳程传热。

对于管程强化传热主要采用的是新式换热管，有螺旋槽纹管、缩放管、横纹管、螺旋扁管、内插物管。

对于壳程强化传热主要壳程的强化传热主要是通过改进壳程管子的支撑结构来实现的，这些改进可以加强壳程流体的湍流程度、增加流体的纵向流动、减少流动死区等，以强化壳程传热。

因此，强化壳程传热的有纵流式换热器、螺旋流换热器、射流式换热器等。

对于优化壳程压降主要的方法都是通过改变壳程折流板的形式，使壳程流体速度变化趋于平缓，流动阻力减小，从而达到降低壳程压降的目的。

王战辉等人研究折流板数量、折流板缺口高度、折流板切口方向角度为考察因素研究对换热器压降和传热系数的影响。

得到如下结论：1）管壳式换热器壳程压降和传热系数均随折流板数量的增加而增大，当折流板数量小于 8 时，增加幅度小;当折流板数量大于8时，增加幅度大。

2）管壳式换热器壳程压降和传热系数均随折流板缺口高度的增加而减小。

管壳式换热器壳程压降随折流板切口方向角度的增大而减小，传热系数均随折流板切口方向角度的增大而增大，折流板切口方向为90°时传热系数最大，压降最小，综合性能最优。

3）折流板切口方向是影响综合性能参数α/Δp的最主要因素，折流板数量对α/Δp 的影响最小。

Yonggang Lei等人研究的折流板的形状对壳程压降和传热系数的影响。

在研究过程中他们采用新型百叶折流板，得出该种折流板可以有效的降低壳程压降和提高传热系数。

O. Labbadlia等人通过研究得出60°布置关系可以使壳程内流体流动更加均匀。

三、发展趋势
未来的石油化工企业需求趋势将是产品设备的节能化、高效化和大型化，而换热器以其产品的传热效率高、节能增效、节约资源等优势成为大中型石油化工项目的首选设备。

预计到 2020 年，换热器企业总规模将会到达年均10%~15%左右的同比增长速度[10-11]。

同时因为石油需求量逐年上升，石油化工行业产能增大，这就要求我们制造相对应的大型设备，因此，近些年换热器也向着大型化的方向发展[12]。

四、存在问题
通过相关研究，虽然取得了大量的成果，但是依然存在着一些问题，一些强化换热管清洗非常困难，而且成本非常高，制作工艺非常的复杂。

这些问题还需要我们在其他方面进行研究，如持续开发高效强化传热管，并对强化传热管的传热及抗污垢特性进行研究，采用多种强化传热方法相结合，弥补单一方法的不足，进一步提高强化换热效果[13-15]。

五、参考文献
[1]肖克,张巨伟,于妍.管壳换热器的发展和前景[J].当代化工,2015,44(12):2821-2824.
[2]王瑶.石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J].科技与企业,2014(16):430.
[3]胡津铭.浅谈国内管壳式换热器发展[J].科技视界,2016(15):106+61.
[4]张勇,闫媛媛,杨飞.管壳式换热器研究进展[J].广东化工,2012,39(18):107-108+70.1
[5]王战辉,马向荣,范晓勇,高勇.折流板对管壳式换热器内部流场影响的分析[J].能源化工,2018,39(05):77-81.
[6]Yonggang Lei, Yazi Li, Shenglan Jing, Chongfang Song, Yongkang Lyu, Fei Wang. Design and performance analysis of the novel shell-and-tube heat exchangers with louver baffles.Applied Thermal Engineering,Volume 125,2017,Pages 870-879,
[7] Emad M.S. El-Said, M.M. Abou Al-Sood. Shell and tube heat exchanger with new segmental baffles configurations: A comparative experimental investigation. Thermal Engineering, Volume 150,2019,Pages 803-810.
[8] O. Labbadlia, B. Laribi, B. Chetti, P. Hendrick.Numerical study of the influence of tube arrangement on the flow distribution in the header of shell and tube heat exchangers.Applied Thermal Engineering,Volume 126,2017,Pages 315-321.
[9] Juan José Cartelle Barros, Manuel Lara Coira, María Pilar de la Cruz López, Alfredo del Caño Gochi.Sustainability optimisation of shell and tube heat exchanger, using a new integrated methodology.Journal of Cleaner Production.Volume 200.2018, Pages 552-567.
[10]吕明璐,杨鑫,张瑶,庄严.换热器的现状分析及分类应用[J].当代化工,2018,47（03）;582-584.
[11]刘佳杰.换热器行业未来发展趋势探析[J].中国市场,2016(03):61+64.
[12]陈永东,陈学东.我国大型换热器的技术进展[J].机械工程学报,2013,49(10):134-143.
[13]林文珠,曹嘉豪,方晓明,张正国.管壳式换热器强化传热研究进展[J].化工进展,2018,37(04):1276-1286.
[14]齐洪洋，高磊，张莹莹，等. 管壳式换热器强化传热技术概述[J]. 压力容器，2012 ,29（7）：73-78.
[15]陈伟.浅谈换热器研究应用的发展前景[J].中国机械，2013（6）：81
指导教师签字：
年月日系级教学单位审核意见：
开题考核分数：
考核组长签字：
年月日。