宋沣(荆楚理工学院，湖北荆门 448000)

一种新型相变材料及列管式换热器的研究热器

宋沣(荆楚理工学院，湖北荆门 448000)

1 相变材料

1.1 机理分析

氢氧化钡作为白色结晶或者无色单斜结晶，熔点为72℃，密度是2.189／cm3，相变潜热较高，一般是244kJ／kg，微溶于醇，可以溶于水，不溶于丙酮，其水溶液呈现强碱性，在空气中可以碳酸钡进行吸收。然而氢氧化钡一般是有毒的，腐蚀性也往往较强，从而刺激着皮肤。同时在实际的使用过程中，仍然具有一定局限性。若是把其在陶瓷基中进行运用时，需要把其置入陶瓷机体中，对其这类缺陷进行弥补。利用重晶石高温状况还原焙烧，有效的浸取，对澄清液静置，并且和盐酸进行反应，100℃～11O℃环境中，从而生成氯化钡溶液，同时促进其和过量烧碱于展开复分解反应。

1.2 添加剂筛选实验

在实际的添加剂筛选实验中，需要选择添加剂，即硫酸钡、氯化钡。分别把其融入至氢氧化钡内，从而构成两种实验所需要使用的氢氧化钡蓄热体系。在测定蓄热体系相变持续时间以及相变温度的基础上，挖掘出有着优良成核效果的添加剂。选取以下组合。其一就是将氢氧化钡融入硫酸钡中，使其质量占在蓄热体系中的6%；其二就是纯物质氢氧化钡；其三就是在氯化钡融入氢氧化钡，使其所占的质量为蓄热体系的6%。第一组的融化凝固状态较为稳定，过冷度部超过3℃，相变过程科研持续30min上下，其过程较为平稳，然而在实际的熔融状态极易发生分层情况，通过观察一般可以分为三层。第一层呈现白色泡沫状，第二层呈现透明状液体，第三层呈现白色沉淀状。一般情况下，熔融状态与凝固状态发生的状况是保持一致的。由此可知，要想有效的解决氢氧化钡问题，首当其冲就是除了分层现象。第二组蓄热体系还具有显著的分层现象，和纯物质氢氧化钡相比，此蓄热体系可以分为两层，白色泡沫体逐渐消失，白色沉淀却在逐渐的增多。所以，可以知道融入硫酸钡并不可以对氢氧化钡的实际分层问题进行有效的解决。对于熔融、凝固状态而言，第三组的蓄热体系科研展现出优良的相变储能材料性能，过冷度部超过l℃，相变过程连续超过26min，过程较为平稳，没有出现显著的分层情况，由此可知在融入6%氯化钡后，过冷度得到了一定程度上的减小，分层现象也在逐渐的消失。综上所述，该类组合可以算是一类理想的蓄热器。

2 列管式换热器

2.1 基本结构

列管式换热器的实际工作原理其实就是通过进口把热流体向热管内部进行传入，在完成与冷流体的交汇后，展开换热，待温度降低后，再由出口排出，与此同时，由空气进口将冷流体传至末节换热器，借助横流的方式进行换热，再利用隔流板进行折流，接着通过第二节换热器，从而引发第二次的折流，接着再通过换热器，最终就把具有较高温度的冷流体向热装置导入。针对列管式换热器的基本结构来说，主要涉及了管板、封头、壳体、换热管等方面，同时其传热管就是核心部位，而传热管束其实就是数根传热管展开组合的结果，若是将传热管束在管壳内进行固定，从而构成列管式换热器。

2.2 类型

一般情况下，主要是依据管壳以及管板两者之间的联结模式来对列管式换热器的类型进行划分，通常涉及了U形管式、固定管板式、双管板式、浮头式、插管式等。众所周知，固定管板式的换热器在结构上较为简单，所需要的制造成本一般不高，广泛的应用于小型炉上中，然而正是因为管道外侧清扫起来较为麻烦，再加之冷热流体温度存在较大的差异性，致使管壳材质极易出现热膨胀的情况，从而引发断裂现象的出现。比如对于浮头式换热器而言，管壳是与下端管板进行连接的，其上端管板是浮动式，可以自由进行移动，其结构叫我牢靠，安装方便，不具有热膨胀效果，然而最大的问题就是其造价较高，对浮动管板的密封性也具有较高的要求。针对U形管式换热器来说，主要的按照其传热管形状来进行命名的，其结构本身就是一头是悬空的状态，一头是管板，管束与管板可以随意取出，管子可以自由膨胀，清扫起来也较为方便，然而难以清扫传热管道内部，无法进行更换;

2.3 列管式换热器设计

在实际的列管式换热器设计过程中，需要在保证传热需求的同时，还需要使传热效率与具体的设计规范相适应，在一定程度上由于列管式换热器本身就具有便于维护、体积小、消耗材料少、质量轻等优点，这就需要在设计工作中严格依据实际的化工生产工艺条件对化工工艺展开计算，以期计算得到换热器的具体传热面积，接着逐个对管长、管径、管程数、管数、壳程数进行明确，展开相关的机械设计。其中机械设计主要涉及了:（一）压力容器法兰、换热器封头型号；（二）开孔补强、接管法兰、接管；（三）客体、壳体直径壁厚；（四）管板尺寸；（五）计算折流板；（六）计算管子拉脱力；（七）温差应力。

3 设计过程

第一步：选取换热器类型，片段两类流体的温度变化情况，换热器选择的是自来水展开冷却，充分考虑换热器的实际壳体温度与管壁温度的温差，由此应用的是U型管式换热器。由于冷却水极易出现水垢，要想清洗方便，还需要进一步保证空气走壳程，循环水走管程，严格依据管内的流体流速范围，选取参数值，确保其管内流速是1m/s。由于空气为热流体、水为冷流体，这些均是不具有腐蚀性的物质，鉴于此，换热器的材质就可以选取经济较强的碳钢，也就是碳钢管。将相变材料换热技术有机的结合热管技术被作为是一种行之有效的新型节能技术，其相变材料导热系数不高，在相变蓄热领域中大力的应用热管作为换热元件可以对相变蓄热系统进行有效的改进，进一步强化换热效率，另一方面，还可以对排气余热进行充分的利用，不仅节省了燃料，还减少了实际的污染物排放量，和我国可持续发展的战略需要相适应。