摘要：随着经济是的不断提升，节能环保等问题也逐渐的到了人们的重视，再沸器的应用也因此日益广泛，本文从再沸器的基本原理，分类方式，应用现状以及研究概况四个方面对再沸器的基本情况进行了全面概括，对再沸器的选择与应用具有深刻影响。
关键词：再沸器；分类；应用
1前言
当前我国经济高速发展，伴随着经济发展的同时能源消耗所带来的问题也日益突出。[1]再沸器在工业中应用广泛。常见的再沸器有釜式再沸器、卧式热虹吸再沸器、立式热虹吸再沸器等。本文通过讨论常见的再沸器强化传热技术，以及工业中应用广泛的釜式再沸器和立式热虹吸式性能优化设计，为提高再沸器效能的研究提供了一个方向。[2]
2再沸器内传热现象研究
卧式热虹吸再沸器、立式热虹吸再沸器，强制循环式再沸器等都属于管壳式换热器。因此研究再沸器中换热管内传热机制十分有必要，再沸器换热管内传热主要分为显热段换热和沸腾段换热两个阶段。
2.1再沸器中显热段传热
再沸器中显热段换热主要是管内流体和高温管壁之间的表面对流传热。表面对流传热系数的大小受速度制约，同时还与流体的粘度，密度，比热以及换热管内壁形状有关。[3]
2.2再沸器中的沸腾段传热
再沸器中沸腾换热阶段按照管内两相流动液体状态，可以将沸腾换热分为泡状流沸腾换热，块状流沸腾换热，环状流，雾状流沸腾换热四个阶段。泡状流换热阶段，再沸器加热管内的液体被加热产生气泡，随着气液两相的流动以及气泡的破裂，实现混合流体间的换热。块状流换热阶段，这个阶段随着混合流体温度提高，气相成分增多，气液两相之间交替脉动上升下降，极其不稳定。泡状流和块状流按照液体的温度也被划分为过冷沸腾和核态沸腾。过冷沸腾段管内靠近壁面处液体被加热汽化，但主流的液体仍处于过冷状态。随着管内主流温度提高达到饱和状态，管内换热变为了泡核沸腾换热。[4]
图1.1传热管沸腾传热
3强化传热技术
对于管壳式再沸器来说，主要研究的是强化传热方面。当前常见的强化传热方案有主动强化传热和被动强化传热两种。
3.1管内添加固体颗粒
在换热管内加入固体颗粒后，显热段流体变为液固两相流动，换热段长度减小，流体更快进入沸腾段换热。进入沸腾段后，流体流动变为气液固三相流动，固体颗粒，可以通过固体颗粒的无规则运动引起流体湍动消弱热边界层，同时能够加快冷热流体交换，强化管内传热。此外，当管内固体颗粒无规则运动撞击到换热管壁面时，将会给壁面一个作用力，破坏管道壁面气泡的平衡状态，加速管道表面的气泡脱离，增大沸腾传热系数。研究发现：改变固体颗粒的密度，数量以及选用不同种类的固体颗粒，都将会对换热管强化传热效果产生影响。同时，随着管内颗粒数目的增多，管壁和管内流体换热速率加快可以有效防止壁面过热。
3.2增加管程流速
对于粘度较大流体，提高换热效率较为常见方法的提高管内流速，使管内流体到湍流或者过渡流状态。相比改变换热面结构以及管内添加固体颗粒强化传热等强化手段，增加管程流速的方法弊端十分明显。管程流速增加后，管内流体流动阻力增大，需要泵提供釜液循环流动的循环动力，能耗增大。
3.3增加换热面积
增加换热面积常见的技术主要是在换热管外表面增加肋片，肋片的典型结构有针形，长方形，矩形等。
4再沸器优化设计
4.1釜式再沸器
釜式再沸器主要是由扩大壳体和一个整体管束组成。工作时管束浸没在壳程液体中。再沸器内的液体通过加热管加热，部分汽化，汽化后的气体经上部排气管道返回蒸馏塔，残液溢流进入储液槽从下部液体排出管排出。釜式再沸器结构简单，性能可靠，但同时也有传热系数较小，管程内流体流速较低容易结垢，并占地面积较大的缺点。如图2所示：
图1.2常见再沸器
张荧光等人，借助Fluent对釜式再沸器壳程传热进行了研究。通过控制变量，依次研究了再沸器进口温度，进口时釜液流速，不同热流密度以及换热管表面结垢等因素对壳程换热的影响。最终通过分析出口气化率云图，温度云图得到了传热系数与速度，进口温度等因素的关系，并且利用AspenPlus的EDR程序对模拟结果进行了验证，进一步证明了实验结果的真实性。
4.2立式热虹吸再沸器
气体返回塔釜残液通过排液管排出，立式热虹吸再沸器内釜液完成循环后完全返回再沸器。釜式再沸器循环的动力主要来自于釜液与再沸器换热管内混合液的密度差所形成的热虹吸现象。热虹吸式再沸器选用和制造的基本原则是安装简单，运行长期稳定。
朴香花等人提出了新式立式热虹吸再沸器，并研究了固体颗粒在强化传热过程中所起的作用。通过将固体颗粒加入换热管内，换热管内原来显热段传热变为了液固两相传热，原来的沸腾段两相换热变为了三相换热。随着固体颗粒运动速度加快，换热系数增大。当流速达到某个值时，换热系数开始随流速增大而减小。且固体颗粒的密度，含量和直径对换热系数都有直接的影响。
因此，通过在换热管内引入适当浓度粒径的固体颗粒，可以有效达到强化换热管内换热的目的。
5结语
换热器的传热研究有着悠久的历史，但随着现代社会对能源需求的日益增大以及对换热机制的深入研究，一些新型强化技术也将逐渐加快运用到实际的工程领域中去替代旧式换热设备设计。
参考文献
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[5]张胜,刘华冰,齐跃.加氢装置内多余热量利用研究[J].精细与专用化学品,2018,26(12):38-40.
作者简介：苏震（1994.07-），男，河南人，郑州大学，研究方向：制冷；
李国平（1990.08-），男，河南人，郑州大学；
耿林风（1994.10-），男，河南人，郑州大学。
论文作者:苏震 李国平 耿林风
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月34期
论文发表时间:2019/7/23
标签：换热论文; 管内论文; 流体论文; 固体论文; 颗粒论文; 流速论文; 系数论文; 《知识-力量》2019年9月34期论文;