综述了螺纹管、横纹管、多向扰流强化换热管的研究及应用现状，重点讨论这三种强化换热管传热与阻力性能、结垢性能、力学性能等，指出不锈钢多向扰流强化换热管具有传热系数高、抗腐蚀、抗结垢、抗振的特点，在凝汽器中具有广阔的应用前景。
为了提高电厂能源利用效率，我国发电机组逐步步入大容量、高参数的发展阶段，优化设计高效率、大功率燃煤发电机组也是实现我国“十二五”期间节能减排目标的重要举措。随着汽轮机单机功率的不断增大，凝汽器逐渐向大型化方向发展。如果在凝汽器设计阶段应用强化传热措施，则可以减小凝汽器的尺寸，降低造价；如果在凝汽器运行阶段采用强化传热措施，则可以提高机组真空度，降低运行费用。因此，凝汽器采用强化传热技术，对电厂的节能降耗具有重要意义。
自1971年WITHERS等[3]率先提出在电厂凝汽器中使用强化换热管取代传统光管的构想后，历经多年的发展，该技术已成为当前研究及应用较多的电厂凝汽器强化传热技术。凝汽器管内、外换热系数为同一个数量级，因此最好采用双侧强化换热管来提高凝汽器的传热性能[]。螺纹管、横纹管及多向扰流强化换热管具有双侧强化换热能力，且均有在电厂凝汽器中应用的报道。本文中总结国内外的研究成果，介绍上述三种强化换热管的性能，并讨论不同管型之间的差异，以期为强化换热管的发展和工程实际应用提供参考。
螺纹管的研究
自从1966年美国的LAWSON等发表了第一篇关于螺纹管的研究报告以来，螺纹管逐渐受到人们的关注。螺纹管是在普通光管外壁滚轧螺纹而得到的一种强化换热管，其管外为螺旋形凹槽，管内为螺旋形凸起，结构如图1所示。按照轧制时螺纹头数的不同，可分为单头螺纹管和多头螺纹管。
李向明等对国内外螺纹管强化传热机理的研究成果进行了总结。螺纹管强化管内单相流体换热的机理是：螺纹槽对近壁面流体的限制而使流体产生附加螺旋流动，提高了近壁面流体与壁面之间的相对运动速度，从而减薄了传热边界层厚度；此外，螺纹槽对管内流体的流动产生形体阻力，使边界层发生分离。螺纹管强化管外凝结换热的机理是：螺纹槽成为排泄凝结液的通道，使螺纹槽上部的凝结液膜减薄，而在凝结液表面张力的作用下，液膜厚度进一步减薄，管外换热系数提高。
螺纹头数、节距（p）、槽深（h）等结构参数对螺纹管传热与阻力性能有重要影响，国内外学者对其进行了大量的研究。谭盈科等通过对单头及多头螺纹管的传热与阻力性能实验，得出的结论是：相同节距、槽深的条件下，单头与多头螺纹管相比，传热性能差别很小，但是阻力却减小很多。对于工程应用，单头螺纹管的应用更加广泛。因此为了讨论方便，以下文中“螺纹管”如无特别说明，均指单头螺纹管。WITHERS1）通过实验得到了螺纹管管内换热系数与阻力系数计算公式并指出不同Re数下最佳节距和槽深。吴慧英等对水平螺纹管在蒸汽凝结条件下的传热与阻力性能进行实验研究，得到了传热与阻力性能关联式，并指出：当节距一定、槽深越大或槽深一定、节距越小时，螺纹管强化传热效果越显著。
李军等通过数值模拟的方法，得出的螺纹管传热与阻力性能随节距、槽深的变化规律与文献的实验结果相同。
国内外学者对螺纹管的污垢特性也进行了比较多的研究，但是由于实验条件不同，因此得出的结论不一致，有的甚至相反。RABAS等对螺纹管的污垢特性进行研究，通过螺纹管与光管在凝汽器中的运行实验，得出了螺纹管的污垢速率大于光管的结论。徐志明等通过实验得出了与之相同的结论。帅志明等通过实验，发现螺纹管的抗垢性能好于光管，且管内流速大的情况下螺纹管的抗垢能力强。钱颂文等通过实验，也得出了螺纹管的抗垢性能优于光管的结论。
PANCHAL等认为螺纹管的污垢特性与结构参数无关，但是李蔚等通过实验，证明螺纹管的结构参数对污垢的形成有很大影响。
螺纹管是光管在常温下通过滚轧而得到，在螺纹槽处存在应力集中的问题，为凝汽器冷却管应力腐蚀的出现埋下了隐患。张勇等通过理论分析，得到螺纹槽底部的应力值是光管平均值的4-5倍，而且槽深越大，应力集中的问题越严重。
螺纹管由于具有传热性能好、加工方便、制造成本低等优点，是国内外电厂凝汽器中应用的主要强化换热管型，前苏联是最早将螺纹管应用于凝汽器的国家，欧、美、日等紧随其后，也将螺纹管作为强化换热管应用于凝汽器，我国于20世纪90年代开始在电厂凝汽器中使用螺纹管横纹管的研究
自从1974年前苏联莫斯科航空学院研究推出横纹管后，横纹管以其高效的换热性能得到了广泛关注。横纹管的结构如图2所示，是螺纹管螺纹升角为90时的极限形式。不同学者相继采用不同方法对其传热及流阻等性能进行研究，取得了大量的研究成果。
陆应生等对横纹管的强化传热机理进行了研究。对于管内单相流体换热，利用氢气泡示踪实验研究横纹管内流体流动状态对传热性能的影响。研究发现，横纹管内不存在像螺纹管内那样的螺旋流，只有轴向涡流和径向脉动；这些轴向涡流和径向脉动可以极大地促进边界层的传热；横纹管强化管内单相流体换热的机理是增加了管内流体的湍流度，使流体在较低雷诺数条件下实现湍流。对于管外凝结换热，横向沟槽的存在，使凝结液表面产生槽顶至槽谷的压力梯度，在压力梯度的作用下凝结液被压向槽谷，冷却管外表面的平均液膜厚度减薄。此外，如图3所示，一定量的凝结液，在横纹管外壁沿直线下落，下落距离短，而在螺纹管上是沿着斜线下落，下落距离长，所以对于凝结液的排除，横纹管比螺纹管更加顺畅，这说明横纹管的管外凝结换热性能优于螺纹管。
横纹管传热与阻力性能受结构参数如节距、槽深等的影响，研究人员对其进行了研究。贾檀等通过实验发现：在实验范围内，节距越小、槽深越大的横纹管管内换热性能越好；此外，以实验所得数据为基础，利用理论与统计结合的方法，建立了横纹管管内换热与流阻的数学模型，并利用该数学模型，求出了一定Re数条件下横纹管的最佳结构参数，并发现对于管内单相流体换热，在相同条件下，横纹管的传热性能优于螺纹管。张仲彬等[301通过水浴实验，拟合出实验范围内横纹管的传热与阻力性能关联式；此外，采用数值模拟的方法研究横纹管强化传热机理，发现：横纹管具有较好的场协同作用，管内全场速度梯度和温度梯度之间的夹角较光管有所减小。
徐志明等以人工硬水为工质对横纹管与光管的污垢性能进行对比实验。实验结果表明，在相同管内流速及管外水浴温度的条件下，横纹管的渐进污垢热阻约为光管的0.83倍，说明横纹管具有良好的抗垢性能。
横纹管的加工成形过程与螺纹管类似，是在光管表面滚轧凹槽而得到，因而横纹管的槽底处存在应力集中的问题。刘吉普等12-31 对横纹管的力学性能进行研究后，认为横纹管疲劳强度高，可靠性和寿命能满足工艺要求，在常规中低压换热器中可以安全使用。
目前，横纹管在石油炼制和石油化工领域应用比较广泛，但在电厂凝汽器中应用得不多，被报道的仅有广东南海市里水造厂的自备电厂采用过横纹管，但是横纹管在凝汽器中也具有一定的应用前景。
多向扰流强化换热管的研究
2003年，国内出现了一种新型强化换热管，即多向扰流强化换热管。多向扰流强化换热管是在光管表面沿管体方向轧制顺时针和逆时针旋转的若干条平行螺纹而得，其管壁形成网状螺纹结构，如图4所示。
多向扰流强化换热管管外具有网状凹槽，管内具有网状凸肋，类似于板式换热器内波纹板的三维强化换热结构，传热性能比光管提高很多。普通的螺纹管其螺纹为单向的，单向螺纹管及横纹管对管内流动的扰动作用仅是同一个方向的，而多向扰流强化换热管对管内流体的扰动既有切线方向的，也有法线方向的，因此多向扰流强化换热管管内换热系数会大幅提高。对于普通螺纹管，为了强化换热，通常采用较深的螺纹及较密的节距，因此加工应力大，而多向扰流强化换热管槽深小，不会留有太大的加工应力，因而不会造成应力腐蚀。但是，目前对多向扰流强化换热管传热性能的认识只是定性的，亟需实验对其传热性能进行验证。
多向扰流强化换热管管壁的网状螺纹结构，相当于工字钢的筋板，加强了管子的轴向和径向刚度，使同样壁厚的管子具有更高的抗振性能。表1为多向扰流强化换热管与其他管型
在相同条件下的振动对比实验结果。多向扰流强化换热管管壁的网状螺纹结构还能充分利用水流的冲蚀作用，使管内壁附着的污垢呈鳞片状离散分布，形成众多污垢冲蚀点，在热胀差和水流的作用下，污垢容易自行脱落。此外，由于不锈钢管具有良好的抗腐蚀性，因此多向扰流强化换热管应用于电厂凝汽器具有“一高、三抗"的特点，即传热系数高、抗腐蚀、抗结垢、抗振。
我国内陆地区的一些电厂凝汽器采用铜合金管作为冷却管，但是传统的铜合金管由于耐腐蚀性较差，常因腐蚀问题而导致泄漏、堵管，或者因冷却管表面结垢而影响机组热效率和可靠性，甚至会威胁机组的安全运行。针对这一问题，一些电厂提出了用不锈钢管替换铜管的改造方案，但是不锈钢管壁厚一般较铜管薄，改造后冷却水流速的变化，使循环水泵的工作点发生偏移。而不锈钢多向扰流强化换热管的出现，使得泵功率改造成为了可能，通过对不锈钢多向扰流强化换热管节距、槽深等结构参数的优化调整，可以保证换管前后冷却水的流动阻力一致，因此不需要更换循环水泵。目前，不锈钢多向扰流强化换热管已应用于国内一些电厂凝汽器的改造项目，表2为具体应用情况。
结语
在凝汽式汽轮发电机组的热力循环中，凝汽器起着冷源的作用，其工作性能的好坏对汽轮发电机组的热效率和可靠性有重要影响。冷却管是凝汽器的重要部件，承担着凝汽器的全部热交换任务，冷却管选材首先应考虑其传热性能，但是也不能忽略冷却管的可靠性对机组安全运行的影响。长期以来，螺纹管是电厂凝汽器应用的主要强化换热管型，但是螺纹管的应力腐蚀问题及抗振性能低的问题威胁着发电机组的安全运行。不锈钢多向扰流强化换热管的出现可以很好地解决螺纹管应力集中及抗振性能降低的问题，此外不锈钢多向扰流强化换热管还具有传热性能好、抗腐蚀、抗结垢等优点，因而在电厂凝汽器中具有广阔的应用前景。目前，对于不锈钢多向扰流强化换热管传热性能的研究还不成熟，因此当前工作的重点是通过实验研究不锈钢多向扰流强化换热管的传热性能，以期为工程实际应用依据提供重要参考。
