强化传热技术及高效节能设备

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1、HEATTRANSFERENHANCEMENTTECHNOLOGIESANDHIGH-EFFICIENCYHEATEXCHANGERS一、换热设备的强化传热技术21换热器的强化传热技术近20年来，石油、化工等过程工业得到了迅猛发展。各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，因此要求提供尺寸小、重量轻、换热能力大的换热设备。特别是始于20世纪60年代的世界能源危机，加速了当代先进换热技术和节能技术的发展。强化传热已发展成为第二代传热技术，并已成为现代热科学中一个十分引人注目的、蓬勃发展的研究领域。主要介绍工业化应用的、相对比较成熟的管壳式换热器无功强化传热技

2、术。31换热器的强化传热技术换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最多。应用强化传热技术的目的是：提高现有换热器的换热能力；减小设计传热面积，以减小换热器的体积和重量；使换热器能在较低温差下工作。传热方程式为：Q=KAΔT式中K—传热系数；A—换热面积；△T—平均传热温差。强化传热主要有3种途径：提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差。42传热过程强化的途径（1）对流强化传热无相变过程强化对流传热技术的研究，可分为管内强化和管外强化两种形式。强化措施大致有：管外采用新型扩展表面；管内采用插入物提高搅动程度；管内外采用异形

3、管，改变管内流体流动状态提高传热；改变管束支撑件形式，提高流速和搅动程度；加入不互溶低沸点添加剂，靠汽化潜热提高传热果。52传热过程强化的途径（2）冷凝强化传热冷凝传热基本有两种类型，其一为膜状冷凝，其二为滴状冷凝。膜状冷凝：冷凝液在壁面上形成一层连续不断的液膜。在重力的作用下，液膜不断地沿壁面流动，通过液膜传递给壁面，传热热阻主要集中在冷凝液膜上。强化冷凝传热：减薄或消除冷凝液膜；疏导冷凝液膜迅速流开壁面；减小冷凝传热热阻等等。62传热过程强化的途径传热系数:滴状冷凝＞＞膜状冷凝（2）冷凝强化传热滴状冷凝:冷凝液不能润湿壁面，只能在壁面上形成液珠。液珠长

4、大后，受重力的作用不断地携带着沿途的其他液珠沿壁面流下。与此同时，新的液珠又会在原来的途径上重新复生。实现滴状冷凝的途径有：在金属表面涂上憎水基有机化合物涂层；金属硫化物涂层；贵金属涂层；高分子聚合物涂层；往蒸汽中注入不润湿性介质等。782传热过程强化的途径（3）沸腾强化传热核沸腾传热的强化有三种基本方法：降低表面的润湿性；应用带有凹陷形的核化空穴的传热表面；形成小通道内的液膜蒸发。沸腾强化传热措施：表面多孔管，烧结型、电镀型、化学腐蚀和机械加工型；T形翅片管或Y形管，机加工管型；整体内螺旋翅片管，强化管内沸腾传热的机加工管型；椭圆管用于强化降膜蒸发器的传

5、热；管内加金属丝网强化管内沸腾传热。3管壳式换热器的强化传热技术管壳式换热器的传热强化研究包括管程和壳程两侧的传热强化研究。通过强化传热管元件与优化壳程结构实现。3.1强化传热管元件改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面的形状有多种，其中用于强化管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋流管和螺旋扁管等。另外，也可采用扰流元件，在管内装入麻花铁，螺旋圈或金属丝片等填加物，亦可增强湍动，且有破坏层流底层的作用。9thRdo3.1强化传热管元件1）螺旋槽管螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而成。其管内传热强化主要：一是螺旋

6、槽近壁处流动的限制作用，使管内流体做整体螺旋运动来产生局部二次流动；二是螺旋槽所导致的形体阻力，产生逆向压力梯度使边界层分离。螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用，适用于对流、沸腾和冷凝等工况，抗污垢性能高于光管，传热性能较光管sβ提高2~4倍。螺旋槽管结构图103.1强化传热管元件2）横纹槽管横纹管的强化机理为：当管内流体流经横向环肋时，管壁附近形成轴向游涡，增加了边界层的扰动，使边界层分离，有利于热量的传递。当游涡将要消失时流体又经过下一个横向环肋，因此不断产生涡流，保持了稳定的强化作用。横纹槽管结构图113.1强化传热管元件3）缩放管换热管表面的竹节状结

7、构，使管内介质流动时，产生收缩和放大效应，使介质湍动程度增加，提高了管内介质的热交换能力，而且管内靠近管壁的介质沿管的轴向流动时，其方向和速度在波节处产生突变，形成局部湍流，使管壁处流体的滞留底层减薄，热阻降低，也使管外介质的传热能力提高。缩放管结构图123.1强化传热管元件4）低螺纹翅片管普通换热管经轧制在其外表面形成螺纹翅片的一种高效换热管型。其强化作用是在管外。对介质的强化作用一方面体现在螺纹翅片增加了换热面积；另一方面是由于壳程介质流经螺纹管表面时，表面螺纹翅片对层流边层产生分割低螺纹翅片管结构图作用，减薄了边界层的厚度。当用于蒸发时，可以增加单位

8、表面上气泡形成的数量，提高沸腾传热能力；当用于冷凝时，螺纹翅片十分