强化传热的途径及优化设计

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1、第21卷第1期河北工业大学成人教育学院学报Vol.21No.12006年3月JournalofAdultEducationSchoolofHebeiUniversityofTechnologyMar.2006强化传热的途径及优化设计张文林‘’。宋卫国2，宗贵龙(1.河北工业大学夭津300130;2.中国石油克拉玛依石化公司新疆834003摘要:根据传热基本方程式分析了强化传热的途径，概述了强化传热的主要技术，简要介绍了换热器的优化设计与选型方法。关键词:换热器;强化传热;传热效率;优化设计中图分类号:TQ051.5文献标识码:A文章编号:1008-911X(2006)01-0022-0

2、3MethodsoftheEnhancedHeatTransferandtheOptimalDesignofHeatExchangerZHANGWen一lint，SONGWei一guo2,ZONGGui一long(1.HeBeiUniversityofTechnology,Tianjin300130,China;2.PetrochinaKaramayPetrochemicalCompang,xinjing834003,China)Abstract;Themethodsoftheenhancedheattransferbasedonthebasicheattransferequation

3、arein-troduced.Thekeytechniquesoftheenhancedheattransfer,theoptimaldesignandtheselectionofheatexchangeraresummarized.Keywords:Heatexchanger;Enhancedheattransfer;Efficientofheattransfer;Optimaldesign传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程，用来完成各种热传递过程的换热器是化工、石油、制药、能源等工业部门中应用相当广泛的单元设备之一。例如，在化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的

4、30%左右，在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40%左右，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的〔’〕。自从20世纪70年代初发生世界性能源危机以来，能源费用在制造成本中所占的比率迅速增大，随着现代工业的飞速发展，一方面能源紧张的状况愈演愈烈，另一方面在各工业生产过程中存在很大的节能潜力。例如，我国因能源不足而影响了30%-40%的开工率，但能源利用率仅为28%，日本和西欧的能源利用率也只有57%和40%;若能将我国的能源利用率从28%提高到国外中等水平的40%，则每年节约的能源相当于2亿多吨标准燃料[21。如何高效回收化工、石油等工业生产过程中存在的大量余热并加以充分利用，离不开寿

5、命周期费用最经济、综合效率最高的换热器，因此，必须十分重视传热强化技术的研究开发和换热器的优化设计。1强化传热的途径提高换热器综合效率、降低其寿命周期费用的最有效措施是强化传热。传热强化技术就是当高温收稿日期:2005-04一12.*作者简介:张文林(1968一)，男，副教授，主要从事功能高分子及化工分离过程的教学与科研工作。第1期张文林等强化传热的途径及优化设计流体和低温流体在某一传热面两侧流动时，使单位时间内两流体间交换的热量Q增大，从传热速率方程式Q二KAAt。可知，扩大传热面积A、加大平均温差△tm和提高总传热系数K均可提高传热速率〔’〕。在换热器的研究、设计和使用操作中，大多

6、均从这三要素来考虑强化传热过程。1.1采用高效能传热面为了加大传热面积A而增加换热设备体积，会给制造、安装、操作带来困难，显然不是最佳方案。应提高换热器的紧凑性，用最少的材料取得最大的传热量，即增加单位体积设备的有效传热面积。其主要措施〔a]:1.1.1合理布置受热面采用合适的管间距或排列方式(叉排)，不仅可加大单位空间所能布置的传热面积，还可以改善流动特性;采用合适的导流结构，管外改横向冲刷为纵向冲刷，并最大限度地消除管壳式换热器挡板处的传热不活跃区。1.1.2扩大热传递面表面采用高、低翅片管、螺纹管等，或直接将管子表面用轧制、打扁或爆炸成型等方法制成凹凸形、波纹形、椭圆形及扁平状等

7、，这类传热面共同特点是加大传热面积和促进湍流，因而传热效率很高，但要注意流体阻力也迅速增加。1.1.3采用紧凑式换热器与管式换热器相比，因单位体积的增大波纹平板式、螺旋板式、板壳式及板翅式等换热器的传热系数可增加数倍以上，很有发展前途。但同时制造工艺、运行检修及力学性能方面也存在不利的因素。1.1.4提高原有热传递表面将表面涂上憎水性的涂层或涂上多孔性的覆盖层等，这除了增加表面积和粗糙度外，还改变了表面的润湿性和汽化核心数目，对于有相变换热的增