能源是经济发展和社会进步的重要物质基础，是衡量综合国力、人民生活水平和国家文明发展的指标。在国际能源短缺的情况下，核能、地热、太阳能等新能源的发展也离不开最经济、最高效的换热器。高效强化传热技术是提高换热器传热效率和能源利用率的有效途径。在现代科技领域，无论是在动力、冶金、石油、化工、材料制冷等工程领域，还是航空航天、电子、核能等高科技领域，都不可避免地涉及到热量的传递和强化。在各种能源系统和工业过程中，由于能量转换和利用的不完善和局限性，存在着各种温度位置的余热。高效利用和回收余热，节约能耗，高效换热器的研发至关重要。

图1. 不同隔板结构的换热器：（a）弓形隔板；（b）螺旋隔板[1]

换热器是不仅直接影响工艺能耗的重要热能转换设备，也是保证工程设备正常运行不可缺少的功能部件，在金属消耗、动力消耗和投资方面占据整个工程的重要份额。在电力、石油、化工等高能耗工业部门，换热器的传热性能直接影响工业系统的能耗水平。在石化行业，换热器的投资约占系统设备总投资的40%。如果用高效节能换热器代替传统换热器，换热系统的总能耗可以降低20%~30%；在热电厂，如果锅炉也用作换热设备，换热器的投资约占整个电厂的70%；在动力消耗方面，以车辆为例，车辆冷却系统消耗的功率约占发动机输出功率的3%~15%；在制冷机中，蒸发器的质量约占总质量的30%~40%，其动力消耗约占总值的20%~30%，在以氟里昂为现代水冷机组制冷剂的70%。

目前，我国工业系统中使用的壳管式换热器90%以上采用传统的弓形隔板光滑管结构。这种换热器体积大，材料消耗大，工艺系统能耗高，需要改进。鉴于弓形隔板在结构上阻碍流体流动、降低传热性能的缺点，许多研究改进了它，并开发了一种新型的管间支撑结构。螺旋隔板是近年来发展迅速的一种新型管间支撑结构。在螺旋隔板换热器中，流体在壳体范围内呈均匀的螺旋流动，类似于塞状流。流体几乎没有混合回流，也没有流动死区。因此，壳体范围的压降可以有效地转化为传热系数的提高，管束内不会出现振动问题，污垢难以聚集，特别适用于壳体范围内流体传热阻力的传热强化[2]。目前，国外换热器主要采用不连续螺旋折流板换热器[3、4]。整体连续螺旋折流板可以克服不连续螺旋折流板的缺点，但壳体直径不同时，可以增加壳体连续折流板结构中心管的压降。

图2. 螺旋隔板和螺旋隔板与管件连接实物图

但从传热性能来看，如果只用螺旋折流板代替弓形折流板，在相同条件下，虽然弓形折流板换热器的压力低于螺旋折流板换热器，但其传热系数高于螺旋折流板换热器。选择二维、三维翅片管和T形翅片管实现了流体的螺旋流和传热管表面结构之间的协同强化传热，并在中心管上与壳程进出口对应处开口，使流体在两壳之间流动，在强化传热的同时压降较低。中心管内设置螺旋扁管束，由传热管自行支撑，无需折流板，制造简单。与目前国内广泛使用的弓形隔板光滑管换热器相比，螺旋隔板强化管换热器的总传热系数可在相同空白管面积下提高50%以上，大大提高了换热器的换热能力。在相同的换热负荷下，可以节省20-30换热面积%，节省了大量的金属消耗和人工成本。

图3. 二维和三维强化管实物图[6]

参考文献

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[3] 螺旋折流板支撑双面强化管束干蒸发器，CN201120005902.6

[4] 用螺旋折流板支撑双面强化管束换热器进行余热回收，CN201020587840.X

[5] 连续螺旋折流板双壳程组合异形管束换热器，CN200810025632.8

[6] Z. Zhang,Q. Li,T. Xu,X. Fang,X. Gao,Condensation heat transfer characteristics of zeotropic refrigerant mixture R407C on single,three-row petal-shaped finned tubes and helically baffled condenser,Appl Therm Eng,39 (2012) 63-69.