一种换热器、反应堆模拟系统及其最大最小非能动运行能力的试验方法与流程

本发明属于反应堆热工水力及安全技术领域，尤其是涉及一种反应堆模拟系统使用的换热器、反应堆模拟系统及其最大最小非能动运行能力的试验方法。

背景技术：

非能动运行是核电站反应堆冷却剂在仅依靠自身密度差和高度差形成的重力压头的驱动下在管道中流动的一种运行方式。由于非能动运行过程中不依赖于外部动力源，可以提高反应堆应对主泵故障等安全性事故的能力，提高了反应堆的固有安全性。但另一方面，由于非能动运行不依赖循环泵，其主动调整能力和容错性相对较差。因此，在反应堆系统使用非能动运行方式前，需要开展大量试验。非能动运行试验通常在堆外非核条件下进行，最为常见的是在一定功率范围内，通过试验验证反应堆系统是否具有设计的非能动运行。由于功率受到限制，在这种条件下得到的试验结果并不能够全面反映反应堆系统的非能动运行能力。在工程实践中，有可能出现在超出设计功率范围的情况下采用非能动运行方式，如果对反应堆非能动运行的极限能力不了解，很可能出现决策失误，导致事故发生。有鉴于此，本专利提出了一种反应堆模拟系统的最大最小非能动运行能力试验方法、试验装置、实验系统，旨在通过模拟试验掌握反应堆系统的最小和最大非能动运行能力，获得非能动运行的最大安全区间。

技术实现要素：

本发明的目的是为反应堆模拟系统提供一种开展最大和最小非能动运行能力的装置和方法，以获得反应堆模拟系统非能动运行方式的最大应用范围。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种换热器，所述换热器包括壳体和设置在壳体内的传热管束，所述传热管束沿着竖直方向设置，所述传热管束外壁设置向下部延伸的金属杆，金属杆包括连接换热管束的倾斜部分和与倾斜部分相连并且与换热管束平行的平行部分，所述平行部分向下部延伸，在平行部分的端部设置尖部。

一种反应堆模拟系统，该系统包括反应堆模拟体、第一回路和第二回路；所述第一回路包括第一环路和第二环路，其中第一环路中，反应堆模拟体出口与第一环路蒸汽发生器的一次侧入口连接，第一环路蒸汽发生器一次侧的出口与第一环路循环泵的入口连接，第一环路循环泵的出口与第一环路流量计的入口连接，第一环路流量计的出口与反应堆模拟体的入口连接；

第二环路中，反应堆模拟体出口与第二环路蒸汽发生器的一次侧入口连接，第二环路蒸汽发生器一次侧的出口与第二环路循环泵的入口连接，第二环路循环泵的出口与第二环路流量计的入口连接，第二环路流量计的出口与反应堆模拟体的入口连接；

第二回路中，第一环路蒸汽发生器的二次侧出口与第一主蒸汽流量计入口连接，第一主蒸汽流量计出口与第一主蒸汽阀入口连接，第一主蒸汽阀出口与冷凝器入口连接，冷凝器出口与换热器入口连接，换热器出口与给水泵入口连接，给水泵出口与第一给水阀入口连接，第一给水阀出口与第一环路蒸汽发生器的二次侧入口连接；

第二环路的蒸汽发生器的二次侧出口与第二主蒸汽流量计入口连接，第二主蒸汽流量计出口与第二主蒸汽阀入口连接，第二主蒸汽阀出口与冷凝器入口连接，冷凝器出口与换热器入口连接，换热器出口与给水泵入口连接，给水泵出口与第二给水阀入口连接，第二给水阀出口与第二环路蒸汽发生器的二次侧入口连接；

第一环路中的反应堆模拟体出口和入口分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，第二环路中的反应堆模拟体出口和入口分别设置第三温度传感器和第四温度传感器。

作为优选，第二环路的反应堆模拟体出口和第二环路蒸汽发生器的一次侧入口之间的管路上设置稳压器。

作为优选，第一环路的反应堆模拟体出口和第一环路蒸汽发生器的一次侧入口之间的管路上设置稳压器。

作为优选，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将稳压器与反应堆第一回路连通，在给定的堆芯功率下使第一回路冷却剂按照一定的速率进行升温升压；升温过程中，冷却剂在主循环泵的作用下在管道中循环流动，使堆芯的热量能够均匀分配给各部分流体；升温过程中，保持第二回路的给水阀和第一和第二主蒸汽阀关闭；

步骤二：待第一回路温度超过第一温度且蒸发器二次侧开始产生蒸汽后，打开第一和第二主蒸汽阀，使蒸汽通过主蒸汽管进入第二回路耗汽系统，对第二回路进行预热；预热完成后，关闭第一和第二主蒸汽阀，使第一回路的温度和压力继续稳定上升；第一回路的温度是通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器测量的温度的算术平均值得到；

步骤三：待第一回路温度达到第二温度，压力达到设计的运行压力且各主要参数稳定时，关闭第一回路两条环路的主循环泵，将运行方式由能动切换到非能动；增加堆芯加热功率至P₀，使第一回路平均温度至预定值T_av，同时投入给水泵，打开第一、第二给水阀和第一、第二主蒸汽阀，使第二回路的热量逐渐达到平衡，至此P₀功率下的非能动运行工况被建立；

步骤四：按照一定的速率继续增加堆芯加热功率，同时调节第二回路换热器，使其增大热交换能力；当反应堆进出口温差低于最大允许反应堆进出口温差第一温差时，停止增加堆芯功率，待系统稳定后，记录下此时的堆芯功率P1和反应堆进出口温差ΔT1；反应堆进出口温差等于第二温度传感器与第四温度传感器测量的温度的算术平均值减去反应堆第一温度传感器与第三温度传感器测量的温度的算术平均值；

步骤五：继续增加堆芯功率，当反应堆进出口温差低于最大允许反应堆进出口温差第二温差时，停止增加堆芯功率，待系统稳定后，记录下此时的堆芯功率P₂和反应堆进出口温差ΔT₂；

步骤六：继续增加堆芯功率，当反应堆进出口温差接近最大允许反应堆进出口温差时，停止增加堆芯功率，待系统稳定后，记录下此时的堆芯功率P₃和反应堆进出口温差ΔT₃；

步骤七：继续增加堆芯功率，当反应堆进出口温差高于最大允许反应堆进出口温差第三温差时，停止增加堆芯功率，待系统稳定后，记录下此时的堆芯功率P₄和反应堆进出口温差ΔT₄；

步骤八：以功率P为横坐标，反应堆进出口温差ΔT为纵坐标，拟合功率—温差经验关系式P=f(ΔT)，令ΔT为允许最大温差ΔT_max，则可求得最大非能动运行能力P_max。

作为优选，第一温度为100℃，第二温度为200℃。

作为优选，第一温差大于第二温差，第二温差大于第三温差。

作为优选，第一温差为5℃，第二温差为3℃，第三温差2℃。

作为优选，一种利用前面所述的系统测试和计算最小非能动运行能力试验方法，包括如下步骤：

步骤一：将稳压器与反应堆第一回路连通，在给定的堆芯功率下使第一回路冷却剂按照一定的速率进行升温升压；升温过程中，冷却剂在主循环泵的作用下在管道中循环流动，使堆芯的热量能够均匀分配给各部分流体；升温过程中，保持第二回路的给水阀和第一和第二主蒸汽阀关闭；

待第一回路温度超过第一温度且蒸发器二次侧开始产生蒸汽后，打开第一和第二主蒸汽阀，使蒸汽通过主蒸汽管进入第二回路耗汽系统，对第二回路进行预热；预热完成后，关闭第一和第二主蒸汽阀，使第一回路的温度和压力继续稳定上升；第一回路的温度是通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器测量的温度的算术平均值得到；

步骤二：待第一回路温度达到第二温度，压力达到设计的运行压力且各主要参数稳定时，关闭第一回路两条环路的主循环泵，将运行方式由能动切换到非能动；增加堆芯加热功率至P₀，使第一回路平均温度至预定值T_av，同时投入给水泵，打开第一、第二给水阀和第一、第二主蒸汽阀，使第二回路的热量逐渐达到平衡，至此P₀功率下的非能动运行工况被建立；

步骤三：按照一定的速率减小堆芯加热功率，同时调低第二回路换热器的热交换能力，使其与第一回路功率变化相匹配；通过第一蒸汽流量计和第二蒸汽流量计测量并记录蒸汽产量，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的80%时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₁’和两台蒸发器的蒸汽产量差值ΔW₁；

步骤四：继续降低堆芯加热功率，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的一定比例时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₂’和蒸汽产量差值ΔW₂；

步骤五：继续降低堆芯加热功率，当两台蒸发器蒸汽产量的差值接近允许最大偏差时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₃’和蒸汽产量差值ΔW₃；

步骤六：继续降低堆芯加热功率，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的第二比例时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₄’和蒸汽产量差值ΔW₄。

步骤七：以功率P’为横坐标，蒸汽产量差值ΔW为纵坐标，拟合功率—蒸汽产量差经验关系式P’=f(ΔW)，令ΔW为允许最大蒸汽产量偏差ΔW_max，则可求得最小非能动运行能力P_min。

作为优选，步骤四，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的一定比例90%，停止降低堆芯功率。

作为优选，步骤六中，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的110％时，停止降低堆芯功率。

与现有技术相比较，本发明的具有如下的优点：

1）提供了一种新的换热器作为模拟实验的蒸发器，提高了实验效率。

2）采用本发明提供的系统及其方法，可以实现反应堆模拟系统的启动以及非能动运行工况的建立。

3）采用本发明提供的试验方法，可以获得满足反应堆安全运行要求的反应堆模拟系统的最大非能动运行能力；

4）采用本发明提供的试验方法，可以获得满足反应堆安全运行要求的反应堆模拟系统的最小非能动运行能力。

5）采用新的反应堆模拟体。

附图说明

图1是反应堆模拟系统示意图；

图2为反应堆模拟体示意图；

图3是设置隔板后流体流动示意图。

图4是蒸发器换热管束的示意图；

图5是蒸发器换热管束的另一个结构示意图。

其中，

1、反应堆模拟体， 2、堆芯模拟体， 3、第一环路文丘里流量计 4、第二环路文丘里流量计 5第一环路主循环泵 6第二环路主循环泵 （7）第一环路蒸汽发生器 （8）第二环路蒸汽发生器 （9）稳压器 (10) 第一环路蒸汽流量计（11）第二环路蒸汽流量计 (12) 第一环路主蒸汽阀 （13）第二环路主蒸汽阀 （14）冷凝器 （15）换热器 （16）给水泵（17）第一环路给水阀（18）第二环路给水阀（19）第一环路反应堆入口温度测点（20）第一环路反应堆出口温度测点（21）第二环路反应堆入口温度测点（22）第二环路反应堆出口温度测点；

反应堆模拟体中，31、上封头，32、压力壳体中段，33、压力壳体下段，34、下封头，35、中段筒体，36、波纹管，37、下段筒体，38、堆芯模拟体，39、正极铜排，310、负极铜排，311、进口管道，312、出口管道，313中段空腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

图1展示了一种反应堆模拟系统，如图1所示，该系统包括反应堆模拟体1、第一回路和第二回路；所述第一回路包括第一环路和第二环路，其中第一环路中，反应堆模拟体1出口与第一环路蒸汽发生器7的一次侧入口连接，第一环路蒸汽发生器7一次侧的出口与第一环路循环泵5的入口连接，第一环路循环泵5的出口与第一环路流量计3（优选为文丘里流量计）的入口连接，第一环路流量计3的出口与反应堆模拟体1的入口连接；

第二环路中，反应堆模拟体1出口与第二环路蒸汽发生器8的一次侧入口连接，第二环路蒸汽发生器8一次侧的出口与第二环路循环泵6的入口连接，第二环路循环泵6的出口与第二环路流量计4（优选为文丘里流量计）的入口连接，第二环路流量计4的出口与反应堆模拟体的入口连接；

第二回路中，第一环路蒸汽发生器7的二次侧出口与第一主蒸汽流量计10入口连接，第一主蒸汽流量计10出口与第一主蒸汽阀12入口连接，第一主蒸汽阀12出口与冷凝器14入口连接，冷凝器14出口与换热器15入口连接，换热器15出口与给水泵16入口连接，给水泵16出口与第一给水阀17入口连接，第一给水阀17出口与蒸发器7的二次侧入口连接；

第二环路的蒸汽发生器8的二次侧出口与第二主蒸汽流量计11入口连接，第二主蒸汽流量计11出口与第二主蒸汽阀13入口连接，第二主蒸汽阀13出口与与冷凝器14入口连接，冷凝器14出口与换热器15入口连接，换热器15出口与给水泵16入口连接，给水泵16出口与第二给水阀18入口连接，第二给水阀18出口与蒸发器8的二次侧入口连接；

第一环路中的反应堆模拟体出口20和入口19分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，第二环路中的反应堆模拟体出口22和入口21分别设置第三温度传感器和第四温度传感器。所述温度传感器用于测量进出口的温度。

作为优选，第二环路的反应堆模拟体出口20和第二环路蒸汽发生器8的一次侧入口之间管路上设置稳压器9。所述稳压器9与第二环路的反应堆模拟体出口20和第二环路蒸汽发生器8的一次侧入口的管路上设置阀门。

通过流量计3、4获得的一回路I/II环路流量是本试验的重要结果，流量对系统运行及安全有重要意义。比如，通过流量，可通过能量守恒校核反应堆进出口温度和功率的测量结果是否正确。具体公式如下：

式中，为堆芯加热功率；W为流量；为堆芯出口流体焓值，可通过出口温度查表获得或者数据库自动获得；为堆芯进口流体焓值，可通过进口温度查表获得或者数据库自动获得；

通过上述的模拟系统，可以进行最大和最小非能动运行能力的试验计算。

（1）最大非能动运行能力试验

步骤一：将稳压器9与反应堆第一回路连通，保持堆芯模拟体2的加热功率一定，使第一回路冷却剂升温。升温过程中，冷却剂在主循环泵5、6的作用下在管道中循环流动，使堆芯的热量能够均匀分配给各部分流体，以避免局部温度增加过快。升温过程中，保持给水阀17、18和主蒸汽阀12、13关闭。

步骤二：待第一回路温度超过100℃且蒸发器二次侧开始产生蒸汽后，将打开主蒸汽阀12、13，使蒸汽通过主蒸汽管进入冷凝器14，对第二回路进行预热。预热完成后，关闭主蒸汽阀12、13，使第一回路的温度和压力继续稳定上升。

步骤三：待第一回路温度达到200℃，压力达到设计的运行压力且各主要参数稳定时，关闭主循环泵5、6，将运行方式由能动切换到非能动。增加堆芯加热功率至P₀，使第一回路平均温度至预定值T_av，（T_av等于附图标记19－22的4个测点温度的算术平均值），同时投入给水泵16，打开给水阀17、18和主蒸汽阀12、13，使一第二回路的热量逐渐达到平衡，至此P₀功率下的非能动运行工况被建立。

步骤四：按照一定的速率继续增加堆芯加热功率，同时调节换热器15，使其增大热交换能力。当反应堆进出口温差达到低于最大允许反应堆进出口温差约5℃时，停止增加堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₁和反应堆进出口温差ΔT₁（反应堆进出口温差等于反应堆出口测点20与22的算术平均值减去反应堆入口测点19与21的算术平均值）。

步骤五：继续增加堆芯功率，当反应堆进出口温差低于最大允许反应堆进出口温差约3℃时，停止增加堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₂和反应堆进出口温差ΔT₂。

步骤六：继续增加堆芯功率，当反应堆进出口温差接近最大允许反应堆进出口温差时，停止增加堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₃和反应堆进出口温差ΔT₃。

步骤七：继续增加堆芯功率，当反应堆进出口温差高于最大允许反应堆进出口温差2℃时，停止增加堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₄和反应堆进出口温差ΔT₄。

步骤八：以功率P为横坐标，反应堆进出口温差ΔT为纵坐标，拟合功率—温差经验关系式P=f(ΔT)，令ΔT为允许最大温差ΔT_max，则可求得最大非能动运行能力P_max。

2）最小非能动运行能力试验

步骤一：回路升温升压，具体实施方法参见最大非能动运行能力试验步骤一和步骤二。

步骤二：非能动运行工况的建立，具体实施方法参见最大非能动运行能力试验的步骤三。

步骤三：按照一定的速率减小堆芯加热功率，同时调低第二回路换热器的热交换能力，使其与第一回路功率变化相匹配。通过蒸汽流量计10、11测量并记录蒸汽产量，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的80%时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₁’和两台蒸发器的蒸汽产量差值ΔW₁。

步骤四：继续降低堆芯加热功率，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的90%时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₂’和蒸汽产量差值ΔW₂。

步骤五：继续降低堆芯加热功率，当两台蒸发器蒸汽产量的差值接近允许最大偏差时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₃’和蒸汽产量差值ΔW₃。

步骤六：继续降低堆芯加热功率，当两台蒸发器蒸汽产量的差值为允许最大偏差的110%时，停止降低堆芯功率，待系统达到稳定后，记录下此时的堆芯功率P₄’和蒸汽产量差值ΔW₄。

步骤七：以功率P’为横坐标，蒸汽产量差值ΔW为纵坐标，拟合功率—蒸汽产量差经验关系式P’=f(ΔW)，令ΔW为允许最大蒸汽产量偏差ΔW_max，则可求得最小非能动运行能力P_min。

针对本模拟系统，本发明还采用了新式的反应堆模拟体，所述模拟体如图2所示。

图2展示了一种反应堆模拟体，如图2所示，所述核反应堆模拟体从上往下依次包括上封头31、压力壳体中段32、压力壳体下段33和下封头34，所述上封头31连接压力壳体中段32，所述压力壳体中段32连接压力壳体下段33，所述压力壳体下段33连接下封头34，所述压力壳体中段32内设置中段筒体35和波纹管36，所述中段筒体35下端连接波纹管36；所述压力壳体中段32的内壁和中段筒体35外壁、波纹管外壁之间限定了中段空腔313。

压力壳体下段33内设置下段筒体37；下段筒体37内设置堆芯模拟体38；所述压力壳体中段32设置进口通道311，所述中段筒体35上设置出口通道312，所述出口通道312延伸到压力壳体中段32的外壁外；所述堆芯模拟体38包括电加热元件314；

流体由进口通道311流入，流过中段空腔313后，进入下段筒体37，流经堆芯模拟体38并加热，后依次通过波纹管36及中段筒体35，最终经出口通道流出。

为了适用前面的试验要求，所述的进口通道311和出口通道可以设置两个，分别对应蒸汽发生器37和38。

作为优选，流体是去离子水。

作为优选，所述上封头31与压力壳体中段32之间、压力壳体中段32与压力壳体下段33之间以及压力壳体下段33与下封头34之间通过法兰连接。

本发明的上封头31、压力壳体中段32、压力壳体下段33和下封头34可以拆卸进行替换，如压力壳体中段和压力壳体下段高度可调以实现不同流道长度的需求；中段筒体，波纹管，下段筒体内外径可调以实现不同堆芯流通面积的需求。因此便于模拟不同工况的核反应。

作为优选，所述压力壳体中段32、压力壳体下段33为圆形结构，所述的中段筒体35与压力壳体中段32在横截面上为同心圆的结构；所述的压力壳体下段33和下段筒体37也是在横截面上为同心圆的结构。

作为优选，下段筒体37外壁为圆形截面，内壁为方形截面。优选为正方形截面。通过设置内壁为方形结构，便于电加热元件的分布，保证加热均匀。

作为优选，下段筒体37沿着上下方向设置分隔板。通过设置分隔板，使得流体的流程分为至少两部分。流体在下段筒体内先在一侧从上向下流动，然后再进入另一侧从下往上流动，或者使流体先从外部从上往下流动，然后从中间从下往上流动。如图3所示。

作为优选，所述堆芯模拟体38包括电加热元件。

作为优选，电加热元件是多组，所述多组电加热元件采用串联的方式连接，电加热组件间通过导电铜线相连。

堆芯模拟体中电加热元件的组数以及每组电加热元件的数量及单根电加热元件的外径均可调节以满足不同表面热流密度需求。

作为优选，沿着流体的流动方向，将电加热元件单位长度的电加热功率W设置为流体流动路径S的函数，其中S是距离流体进入堆芯模拟体入口的长度，即W＝F（S），F’(S)>0，其中F’(S)是F（S）的一次导数。

上述的电加热功率的变化，实际上就是沿着流体的流动方向上，单位长度的电加热功率逐渐升高。通过上述的电加热功率的规律变化，可为极大的提高流体的换热效率，通过实验发现，在相同的总功率下，能够提高15％左右的换热效率。通过理论分析，发现采用上述的规律变化，类似于换热器中的逆流换热。

作为优选，F"(S)>0，其中F"(S)是F（S）的二次导数。沿着流体的流动方向上，单位长度的电加热功率逐渐升高的幅度越来越大。通过实验发现，在相同的总功率下，上述的设置能够提高8％左右的吸热效率。

作为优选，流体在堆芯模拟体38流动的总路径长度为S_总，流体在堆芯模拟体出口位置的单位长度的电加热功率为W_后，则在流体进入堆芯模拟体入口的长度s处的单位长度的加热功率为w＝W_后*（s/S）^a，其中a是系数，1.23<a<1.34。

上述的关系是通过大量的数值模拟及其实验获得的，通过大量的实验得到了验证。通过上述的关系进行功率分配，能够使得流体的热量吸收达到最佳的效果。

作为优选，1.28<a<1.30。

作为优选，随着s/S增加，a逐渐减小。

作为优选，所述堆芯模拟体8包括多组电加热元件，所述多组电加热元件之间是串联结构。

作为对于前面加热规律的具体实施方式，作为优选，所述电加热元件分为多段，沿着流体的流动方向，不同段的加热功率逐渐增加。通过上述的优化的设计，便于加工。

所述电加热元件采用电阻加热的方式。

作为优选，所述电加热元件为棒状电阻。

作为优选，所述电加热元件为电阻丝。

作为优选，所述电加热元件为串联结构，所述电加热元件（作为优选一个或者多个棒状电阻或者一个或者多个电阻丝）沿着流体的流动方向，电加热装置的外径越来越小，即电加热装置越来越细。通过上述的优化设置，达到电加热装置不同位置的发热功率不同，从而提高电加热的效率。

作为优选，沿着流体的流动方向，电加热装置外径变小的幅度越来越大。

通过采用外径变化，达到电加热装置不同位置的发热功率不同。

作为优选，电加热元件的外部形状为抛物线的形状。

作为优选，所述蒸器发生器7或8是一种换热器，优选具有相同的结构。以下就以蒸汽发生器8为实施例来描述蒸汽发生器8的结构。所述换热器8包括壳体和设置在壳体内的传热管束81，所述传热管束81沿着竖直方向设置。所述从堆芯模拟体2出来的流体进入传热管束81。通过传热管束81加热壳体内的水来形成蒸汽。

作为优选，如图4所示，所述传热管束81外壁向下部延伸的金属杆8-1，所述金属杆8-1端部为尖状结构8-1-1。

作为优选，如图4所示，所述金属杆8-1与传热管束外壁面的夹角A是30－60度，进一步优选为40－45度。

换热管81外部设置端部为尖状的杆，可以在气液两相流的流动中，一方面可以破坏层流底层，并且增加传热面积进行强化传热，而且因为是杆，流动阻力小，也不会增加壳程的流动阻力，而且通过设置尖端部，能够刺破气液两相流中的气泡，实现扩大气液界面以及气相边界层并增强扰动。因此通过设置尖状的杆，大大的提高了管程侧的换热系数。

作为优选，所述金属杆8-1为多个，金属杆8-1的分布密度M作为高度H的函数F（H），即M=F(H),在同一根换热管束上， F’(H)>0，其中F’(H)是F（H）的一次导数。即沿着高度方向，所述的金属杆8-1的分布密度越来越大。因为沿着流体的流动方向，上部的气液两相流中的气体也越来越多，因此通过有规律的设置多个尖状金属杆8-1，可以进一步提高换热系数，节约材料。通过实验发现，有规律地设置金属杆8-1的分布密度，能够增加20％左右的换热效率，而且还能降低5％左右的流动阻力。

作为优选，F"(H)>0，其中F"(H)是F（H）的二次导数。即沿着高度方向，所述的金属杆3-1的分布密度越来越大的幅度不断的增大。在实验中发现，气体的增长不是随着距离线型的增长，而且呈增加式的增长，因此通过设置上述的规律变化，进一步提高换热效率。

作为优选，金属杆8-1包括连接换热管束的倾斜部分8-1-2和与倾斜部分8-1-2相连并且与换热管束平行的平行部分8-1-3。所述的尖部8-1-1设置在平行部分8-1-3的端部。

通过设置平行部分8-1-3，可以使尖部8-1-1直插冷却流体的流动方向，提高换热效果。

作为优选，如图5所示，所述倾斜部分8-1-2与换热管束管壁的夹角A为45－70度，优选为55－60度。

通过上述优选的夹角，使得阻力较小的情况下，实现很好的换热效果。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。