文 献 综 述

1．课题背景

在工业生产中，为实现物料之间的热量传递过程的一类设备，统称为换热器。日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。换热器还广泛应用于化工、石油、钢铁、食品、动力和原子能等工业部门。通常在化工厂的建设中换热器约占总投资的10 %～20 %。在炼油厂中换热器占全部工艺设备投资的35 %～40 %^[1]。最近几十年管壳式换热器技术飞速发展钛、不锈钢、合金材质的应用令换热器的使用性能寿命不断提高和改善同时各种强化传热技术的完善在提高传热效率结构紧凑性降低材料消耗方面有显著的效果^[2]。20世纪以前出现的换热器主要是在技术实践的基础上进行制造的这一时期制造的换热器大多是采用铸铁传热管制造主要应用于动力化学冶金等工业部门。20世纪到50世纪换热器发展最快，在结构、材料和设计方法上不断得到改进和完善，各种管式换热器在结构上达到比较成熟许多国家根据自身发展制定了换热器的标准^[2]。最近40余年来，管式换热器在结构上虽然没有明显的变化，但在传热管材料^[3]，结构^[4]，耐高温、高压能力及大型化等方面则有了很大的进展。以U形管式换热器为例，就换热管的排列型式和原则上有很多研究探讨^[5]。找出一定范围内的布管数、管板厚度以及换热面积的变化趋势图，再拟合出它们各自的变化曲线综合考虑经济性和换热效率两方面的影响，对U形管式换热器进行优化设计^[6]。为适应21世纪节约资源和能源的时代需求需要研究出成本低效能高换热器即在小的温差条件下取得较大的热流密度的高效传热面。随着经济生活日益发展换热器的规模也将日益走向扩大。未来换热器的发展会是高效化大型化环保化的趋势^[2]。

2．U形管换热器的原理和特点