1.2 彈性管束傳熱元件

1.2.1 平面彈性管束

在換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動研究的基礎(chǔ)上，山東大學(xué)程林教授設(shè)計開發(fā)了不同于傳統(tǒng)管殼式結(jié)構(gòu)的新型傳熱元件——平面彈性管束傳熱元件。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性元件，憑借其獨特的復(fù)合梁彎曲結(jié)構(gòu)，在殼程流體的誘發(fā)下產(chǎn)生振動，實現(xiàn)無源振動強化換熱[4]。

如圖1-3所示，平面彈性管束主要由四根銅制管束以及兩塊連接體（5、6）組成。其中4號管束與管程進口A端連接，1號管束與管程出口B端相連。當(dāng)殼程流體橫掠流過彈性管束時，在管束兩側(cè)會形成周期性的漩渦脫落，漩渦脫落形成的交互作用力致使管束產(chǎn)生振動，進而實現(xiàn)強化換熱。

換熱試驗發(fā)現(xiàn)，在不同蒸汽壓力和流速下，清潔表面彈性管束換熱器的平均傳熱系數(shù)在4000～5300W/（m2·K）之間[5]。與剛性管束相比，平面彈性管束在低雷諾數(shù)下強化換熱效果非常明顯。管束傳熱性能對比如圖1-4所示，平面彈性管束管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是剛性管束的3倍左右[6]。由于底部浮動管和頂部浮動管受流體作用力不同，不同層高的管束產(chǎn)生了不同的換熱效果。

圖1-3 平面彈性管束傳熱元件

圖1-4 管束傳熱性能對比