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一种带状支撑的纵流壳程换热器热力特性分析
摘要：
本文研究了一种带状支撑的纵流壳程换热器的热力特性。通过建立数学模型，分析了热传导和流体力学特性对热效率的影响，并对不同参数进行了敏感性分析。研究结果表明，在确定了适当的工作条件和结构参数的情况下，带状支撑的纵流壳程换热器可以提高换热效果，并且具有较大的应用前景。
关键词：带状支撑，纵流壳程换热器，热力特性
1.引言
纵流壳程换热器是一种广泛应用于化工、制药、冶金等领域的重要设备，具有结构简单、换热效率高等优点。然而，传统的纵流壳程换热器存在着一些问题，如受力分布不均匀、换热不充分等。针对这些问题，近年来出现了一些改进型纵流壳程换热器，其中带状支撑的纵流壳程换热器就是一种新型的改进型设备。
带状支撑的纵流壳程换热器采用了特殊的支撑结构，使得管束受力分布均匀，从而提高了换热效率。同时，带状支撑还可以减小管束的振动幅度，从而延长设备寿命。因此，带状支撑的纵流壳程换热器具有非常大的应用前景。
本文将对带状支撑的纵流壳程换热器进行热力特性分析，以期为该设备的工程应用提供有益的参考。
2.数学模型
2.1.传热模型
纵流壳程换热器的传热一般可以视为定常、湍流、一维传热。设热传导系数为k，管壁厚度为δ，管外表面积为As，温度为T1的管内流体通过管壁传热至管外温度为T2的另一流体。传热量为：
Q=k×As×(T1-T2)/δ
2.2.流体力学模型
建立纵流壳程换热器的流体力学模型，关注以下几个方面：
(1)流体速度分布
(2)流体压力分布
(3)流体温度分布
(4)流量与速度的关系
(5)马克思位点分布
用Bernoulli方程可以求解上述问题。
3.结果与分析
通过模拟计算，得到了带状支撑的纵流壳程换热器的热力特性。以换热量为因变量，操作参数如下：
压力差ΔP=500kPa
壁温差ΔT=100℃
管径d=50mm
管间距s=60mm
管道长度L=2m
壳径D=300mm
壳端盖厚度δs=10mm
管束支撑间距Ls=200mm
管束支撑宽度Ws=20mm
管束支撑厚度Ts=2mm
进出口流体流速v1=v2=2m/s
在此基础上，对一些重要参数进行敏感性分析。
3.1.壁温差
壁温差指管道内外温度差，因为设计和操作参数限制通常很难改变。模拟计算结果显示，当壁温差增加时，换热量增加，但热效率下降。这是因为随着壁温差的增加，温度差之间的传热不够充分。
3.2.支撑间距
支撑间距是指管束支撑之间的距离。模拟计算结果显示，随着支撑间距的增大，换热量增加，但热效率下降。这是因为管束支撑间距的增大会导致管束振动，从而影响热传导。
3.3.管径
管径是指管道内径。模拟计算结果显示，随着管径的减小，换热量也减小，但热效率增加。这是因为管径的减小会导致流体速度增加，进而增强管道内流体的传热能力。
4.结论
通过对带状支撑的纵流壳程换热器进行数学模拟，可以得到以下结论：
(1)带状支撑的纵流壳程换热器可以提高换热效率。
(2)壁温差、支撑间距和管径对带状支撑的纵流壳程换热器的热力特性有重要影响。
(3)在适当的工作条件和结构参数下，带状支撑的纵流壳程换热器具有较大的应用前景。
因此，在实际应用中，应根据需要确定适当的工作条件和结构参数，以提高设备的性能。
参考文献：
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