文献综述
碱法制浆过程中产生黑液，黑液通过碱回收处理，回收碱、石灰和热。碱回收不仅能提高经济效益，循环利用，还能保护环境。黑液在进入碱回收系统前进行预热有利于蒸发器更好地发挥作用[1]。黑液预热器既可以提高黑液进效前的温度，缩小稀黑液温度差距，也可以提高黑液从低温效进入高温效的温度[2]。预热处理设备通常采用管壳式换热器或螺旋式换热器，其中管壳式换热器应用更加广泛。
管壳式换热器要强化传热，提高效率，主要关注管程强化传热、壳程强化传热和整体强化传热三方面。强化管程传热性能可以通过改变换热管内外表面结构，如应用螺旋槽纹管、波纹管等，以此增大传热面积，增强流体流动，但是同时也会增大换热管流体流动阻力，压降升高。强化壳程传热性能是通过改变壳程内部结构，其中有两个方向可以研究，即管束的支撑方式和折流板的结构。折流板的存在增强了流体扰动，减小流体流动阻力，延长设备使用寿命[3]。整体强化传热是同时对管内和管外进行强化传热，交错扁管和扭曲扁管两种类型应用较多[4]。
对于管程强化传热，螺旋槽纹管管壁采用滚轧冷加工的方法来加工光管，外表面向外螺旋形凹陷，内表面向内螺旋形突出，分为单头和多头。它具有双面强化传热的功能，可以明显提高传热系数，抗结垢性能优于光管[5]。螺旋槽纹管内强化传热中，取决于两种流动方式：一个是因为螺旋槽影响接近管壁的流体流动，从而使流体产生附加的螺旋运动。这种运动方式在多头、导程较长的螺旋槽纹管中比较明显。另一个是因为螺旋槽导致的形体阻力产生逆向压力梯度，边界层出现分离。这种运动方式在单头、导程较短的管子中比较明显[6]。
波纹管的波形可分为波鼓形、梯形、缩放形和波节形。流体流速在波峰处下降，静压增加，在波谷处流速增加，静压降低。由于有波节的存在，管内流体流动的扰动增加，所以波纹管传热性能和抗结垢性能较好，但流动特性较差。在低雷诺数的条件下，波纹管的换热性能与阻力性能比光管好；在高雷诺数的条件下，波纹管的换热性能与阻力性能相近[6]。高阳[7]研究发现，换热器的热利用率提高，能在小温差下换热。管内流体可以保持较低流速，改善流体与管壁的摩擦状态，减小流动阻力，降低损耗。
对于整体强化传热，光管被压扁一段长度，然后在垂直方向再压扁一段长度，周而复始，形成交错扁管。交错扁管的传热系数和压降比光管高，随着雷诺数增加，强化传热逐渐减少，但流体流动阻力大[8]。扭曲扁管是光管被压扁后，根据一定导程扭曲而成。当雷诺数大时，扭曲扁管内的流体能剥离管壁上的污垢，雷诺数小时，剥离效果不明显。雷诺数越大，扭曲扁管的综合性能越好[9]。
对于壳程强化传热，1990年，Lutcha和Nemcansky[10]提出四分螺旋折流板，其设计思想为壳程采用螺旋折流板，使壳程流体呈现连续的螺旋状流动，可以消除流体的流动死区，降低损耗，减小能耗，强化壳程传热。螺旋折流板分为连续型和非连续型，其中，非连续螺旋结构分为连续搭接结构和交错搭接结构。连续螺旋折流板疏导流体沿着一个连续的螺旋曲面流动，流动状态均匀稳定。但这种结构存在两个缺点，第一个是折流板螺旋面加工制造复杂，第二个是壳程的部分流体近似走直线，形成短路，对换热效果有不良影响。非连续型螺旋折流板换热器由2-4块1/4椭圆或1/4扇形自壳程进口处向出口处呈螺旋状首尾相接组装形成。非连续型螺旋折流板换热器的折流板制造及安装相对简单，是发展比较成熟的技术[11]。
在螺旋折流板结构参数的研究中，螺旋角对流体切向速度影响较大，因此螺旋角与壳程传热性能和流体阻力有直接关系。Sunil等[12]将折流板螺旋角依次设置为10°、19°、21°、25°、30°、38°和50°，其研究表明，较大的螺旋角（30°，38°，50°）降低传热和压降，较小的螺旋角（10°，19°，21°）提高传热和压降。李斌等[13]的研究结果表明，流速增加，传热系数反而减小；螺旋角增大，换热系数随之增大，但螺旋角继续增大，传热系数无太大变化，因此螺旋角最好为40°。
螺旋折流板按照流道可分为单螺旋和双螺旋。双螺旋结构指在壳程增加一组与原螺旋折流板相差1/2个周期的折流板。汲水等[14]通过实验发现采用双螺旋结构的条件下，40°螺旋角增强同流量壳程流体流动，强化对流传热，但压降增加；同压降条件下，传热系数下降。王晨等[15]研究表明双螺旋结构对壳程流体有较强的疏导流体作用，使流体分布均匀，提高换热器传热性能。
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