换热器中的换热过程是为了达到下列四种作用的：（1）通过减小设计换热面积来达到减小换热器的体积和重量。（2）提高目前已有的换热器的换热能力。（3）促使换热器能够在较低额的温差下正常运行。（4）在换热器的管壳程中，有物料，物料在其之间流动，从而达到了换热的效果，所以降低物料与物料之间的流动阻力，就可以降低其动力消耗。

通过对国内外各式各样的换热器市场的占有率的分析与对比，发现了虽然板式换热器的市场竞争率与占有率在不断地上升，但是占据主导地位的还是管壳式换热器，大约占据了64％。目前全世界都把如何加强换热器的管程与壳程之间的传热效果作为首要研究课题，已经想出了许许多多的办法关于加强管程传热或者壳程传热以及换热器整体上强化传热的综合发展[3]。

1.2换热器壳程结构强化传热的发展

管壳式换热器根据其管束支承结构不同可分为四种形式：板式支承，如弓形折流板换热器；杆式支承，如折流杆换热器；空心环支承，空心环换热器；管子自支承，如刺孔膜式换热器[4]。

1.2.1折流板的发展

传统的管壳式换热器采用单弓形折流板支承，由于壳程流体在转折和进出口两端涡流的滞留区易产生传热死区，传热面积无法得到充分利用，并且当流体横向流过管束时，流体在管子后方形成的卡曼涡街产生周期性交变应力，使管子发生流体诱导振动[5]。为了使折流板的性能得到改进，人们又提出了多弓形折流板、整圆形折流板、异形孔折流板、网状板，偏心孔折流板。这些新型折流板支承结构的出现主要是为了使流体由横向流动变为纵向流动，从而尽可能的消除死区，使得传热综合性能得到提高，也使得管束的抗振性能得到增强。

（1）多弓形折流板

多弓形折流板包括双弓形和三弓形折流板，多弓形折流板，与单弓形相比在结构上只是增加切口面积，使壳程纵向流流动增大，可以克服单弓形折流板急剧回转流动造成的管束振动和压力降大的缺陷。在相同的流速下，双弓形折流板可使壳程管束压力降降低到单弓形折流板的1／6--1／8；在相同压力降下，则可以使壳程流速提高2倍以上，传热率可提高50％以上[6]。

（2）整圆形折流板

整圆形折流板即是在折流板上不开缺口，只是整圆形的折流板上开一些大、小圆孔，矩形孔，梅花孔，网状孔，偏心孔等。这些整圆形折流板的特点是能够使流体纵向通过折流板，而且也有绕流作用，从而使得壳程换热率得到提高。此外当流体通过管子与孔壁的间隙时还有射流情况存在，射流时流体流速高，这就使得流体冲刷管子，使得管壁的边界层减薄，使壁面不易结垢，并且强化传热。整圆形折流板主要包括大、小圆孔折流板，异形管孔折流板，网状孔折流板，偏心孔折流板。

图1.1各种整园形折流板

（a）小圆孔；（b）矩形孔；（c）梅花孔；（d）网状孔；（e）偏心孔

1.2.2杆式支承结构的发展

美国菲利浦石油公司于20世纪70年代，为了改进板式换热器中管子与折流板的切割破坏和流体诱导作用，开发出了壳程流体纵流折流杆式换热器，即在管子中插入圆杆，不仅解决了诱导振动问题，也使传热效率得到了提高。这种壳程流体纵流折流杆式换热器[7]与传统的板式换热器相比，具有传热效率高、流体阻力小、有效消除流体诱导振动的优点，且不易结垢、质量轻、使用寿命强、设备投资及操作费用低等优点[8]。因此世界各国对该类型的换热器进行了深入的研究，出现了一种新的抗振结构的直扁钢条；后来又有一些单位把圆杆变成波形扁钢；由于圆杆在安装上比较困难，又有一些单位提出了把圆杆变为椭圆截面的杆。