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1、翅片管换热器传热特性的数值模拟研究文献综述姓名：姜晴班级：热动1班学号：20120390115引言能源是人类社会生存和发展的重要保障。近年来;我国工业化和城镇化步伐加快,能源需求量进一步增加。据有关专家预测,若以2000年我国能源消费数据为基点,到2010和2020年,我国能源消费总量增长幅度将分别达到38%和89%,2010年能源消费总量将增长到22.4亿吨标准煤,而2020年则为25.5亿吨一30亿吨标准煤[1]。由此可见,在未来几十年里,随着我国经济的飞速发展和人口的不断增长,能源供给相对不足的矛盾将日益突出,能源供给问题将成为制约我国经济社
2、会发展的重要因素。为确保我国经济平稳、协调和可持续发展,寻找新能源或可再生资源,以及合理地利用现有资源将是关键所在。对于合理利用现有资源,我国政府提出在“十一五”期间,各级政府和企业要把“节能减排”工作放在重要地位。我国目前的能源利用效率仅为36%左右,远低于发达国家50%的能源利用率水平[2]。而我国能源利用率低下的一个重要因素,是大量工业余热没有得到充分利用。有统计数据表明,我国钢铁、有色、化工、建材、石化、轻纺、机械等几大能耗大户,余热利用率仅为4%一5%,工业炉窑热效率低于70%[3]。不同温度水平的余热其利用价值也不同,一般可将余热资源分
3、为高温余热、中温余热和低温余热。由于不同物质形态的余热,可利用程度不同,所以温度划分也有差别。对于固态余热,500℃以下的为中、低温;气态余热200℃以下的算中、低温;对于液体余热80℃以下可视为中、低温[4]。从现代热物理学的观点来看,同样多的热量,在不同的温度下可供利用的价值不同。余热源的温度越低,能量的品位就愈低。而据统计,在工业生产中,人们所利用的热能中平均有50%最终以低品位余热的形式直接排放[5]。这部分未经利用的余热直接排放到环境中,不但造成了巨大的能源浪费,也给环境带来了严重的热污染。据初步测算,能源利用效率每提高1个百分点,即可节
4、省能源费用130多亿元[6]。总的说来,我国能源利用效率低,节能潜力巨大。随着化石燃料的日益枯竭和环境问题的日渐严峻,中低温余热的回收利用技术将成为节能领域研究的重要课题。一、强化传热技术发展现状强化传热技术,一般是指通过对影响传热的各因素的分析和计算,采用某些技术措施以提高换热设备的换热能力,或者在满足原有传热量条件下,使换热设备尺寸减小,并减少换热器的阻力和动力消耗,从而更好的满足现代化生产的需要。作为热工过程的通用设备之一,换热设备广泛地应用于动力、冶金、石化及制冷等行业。近年来,由于全球面临着能源短缺的威胁,因而在换热设备设计制造领域纷纷引
5、入了强化传热技术。1、强化传热的途径和分类要使换热器中传热过程强化,要提高换热器在单位面积、单位时间内的换热量,可以通过三种途径来实现,即:增大平均传热温差、增加换热面积和提高传热系数。(1)增大平均传热温差。增大平均传热温差的方法有两种:一种是当冷热流体进出口温度一定时,可以通过流程的布置来增大平均温差,同样的进出口温度下,逆流布置的温差比顺流布置大,因而换热器布置尽量采用逆流或接近逆流的布置形式;另外一种方法是提高热流体温度或降低冷流体温度。(2)增加换热面积。增加传热面积是研究得最多的一种强化传热方法,也是一种很有效的强化换热途径。它主要通过
6、对对流换热面结构的改进来增大单位体积的传热面积,从而使得换热器更加紧凑。采用扩大换热面后,不仅能够增加换热面积,降低对流换热热阻,而且如果结构选择合适,还能提高换热器的传热系数。增加换热面积有多种形式,如采用翅化表面的翅片管、螺纹管、板翅式换热面等;采用异型表面,包括各种凹凸形、波纹形、扁平形传热面以及截面形状和大小变化的流道,这不仅使传热面积有所增加,还使流动状态改变,增大扰动度,减小边界层厚度,从而强化传热;采用小直径的管子,有两方面的好处,首先,管径减小可以在相同体积内布置更多的传热面,使换热器更紧凑,其次,管径减小后,管内紊流度增大,可使层
7、流底层变薄,换热系数加大;采用多孔表面,用金属微粒或丝网烧结,涂敷于传热面上,或用化学、机加工等方法形成多孔表面,不仅增加了传热面积,而且会改善换热状况,对于强化沸腾和凝结过程特别有效。(3)提高传热系数。增大换热面积和平均传热温差在工程实际中往往受到多方面条件的限制,因此,在换热面积和平均传热温差给定时,提高传热系数成为了唯一的强化传热途径。所以,当今提高换热器的传热系数以增强传热已经成为研究的重点。提高传热系数,有以下途径:提高传热面两侧的换热系数;选用导热性能良好的材料作传热间壁,并尽可能减薄间壁厚;避免或减小污垢热阻。理论计算表明:当传热过
8、程各环节的分热阻数量级接近时,应同时减小各分项热阻;当传热过程各环节分热阻数量级较悬殊时,应设法减小最大分热阻[7]。此外
