蛇管式换热器沉浸式蛇管换热器

以蛇形管作为传热元件的换热器。(serpentinetypeheatexchanger)这是一种古老的换热设备。它结构简单，制造、安装、清洗和维修方便，价格低廉，又特别适用于高压流体的冷却、冷凝，所以现代仍得到广泛应用。但蛇管式换热器的体积大、笨重；单位传热面积金属耗量多，传热效能低。根据管外流体冷却方式的不同，蛇管式换热器又分为沉浸式和喷淋式。

将蛇管沉浸在盛有液体（B 流体）的容器内，蛇管中流过另一种A流体。通过管壁,热量由一种流体传递给另一种流体（图1a）。蛇管的形状主要取决于容器的形状，可以是圆盘形、螺旋形和长的蛇形等。蛇管不能太长，否则管内流阻大，耗能多；管径也不宜过大，因为管径大加工困难，通常取76毫米以下管径弯制成。蛇管外的流体几乎不动，流速很小。管外流体中的传热以自然对流方式进行，给热系数很低，因此这种换热器只适用于小容量换热。为提高传热系数，可在容器内设折流板或圆筒（图1b）或机械搅拌，以提高蛇管外流体速度。即使在如图1b的结构中,液-液换热时的传热系数也只有230～700W/(m.℃)。蛇管可用钢、铜、银、铸铁、陶瓷、玻璃、石墨和塑料等制成。这种换热器的容器内经常存水，故不会因暂时停水而影响换热的进行，这对易于发生火灾的有机化工产品的冷凝和冷却十分有利。

管内热流体（A 流体）通过蛇管壁与管外喷淋的冷流体（B流体）进行换热。它主要由蛇管、喷淋装置、滴水板和支柱等组成。蛇管由上下排列的水平直管借U形肘管顺次连接在一起。 每排管子最上面设有喷淋装置,如喷头或水槽等。图2为喷淋式换热器。冷却水由水槽溢流出，沿槽滴水板均匀淋洒于传热管上。水成薄膜状,流经管子外表面,再汇集于管滴水板，逐次往下淋洒。在换热器的下面设有底盘以收集流下来的水。当喷淋不充分时会产生大量蒸汽，因此一般安装在室外通风处，为避免水被风吹走，多围以百叶窗式的护墙。作为冷却器用时，热流体由下部通入管内；作为冷凝器用时，蒸汽则由上部通入管内。由于冷却水直接喷淋于管外壁面上，部分水汽化蒸发，加上空气的共同冷却作用，传热效果好，液-液换热时,传热系数为300～1000W/（m.℃）。它的耗水量也小，仅是沉浸式的一半。运行中还可经常清扫管外壁面，提高冷却效果。当直管与U形肘管用法兰连接时,管内清洗和传热面积的增减都比较容易。喷淋式换热器主要用于石油炼制、石油化工、造气、酿造和制冰等工业部门。由于传热管可用铸铁制成，它很适用于浓硫酸的冷却，但不适于因水源不足或突然停水时易发生意外事故的石油产品或有机气体的冷却。

利用Fluent对光滑蛇管换热器进行了模拟,将得出的结果与经典理论比较,发现数值模拟方法具有相当的可靠度,并在相同外部条件下对4种不同结构的波纹式蛇管进行模拟,得出湍流状态下管内流体的温度场和速度场,从微观上说明了波纹管强化传热机理。分析了波纹高度对波纹式蛇管传热效率的影响。