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1、-8-强化传热的方法技术原理应用及展望院系:航空航天工程学部专业:热能与动力工程班级:14040201班姓名:郭庆学号:2011040402011指导教师:寇志海完成日期:2014年06月01号-8-摘要-2-一、强化传热的方法及原理-2-1、增大传热温差-3-2、扩大换热面积-3-3、提高传热系数-3-二、强化传热技术的分类-4-1、无功技术-4-2、有功技术-5-三、强化传热的应用-6-1、强化传热在发电厂的应用-6-1.1、冷凝器(凝汽器)-6-1.2、油水换热器-7-1.3、高压加热器-7-四、强化传热的展望-7-致老师的话-8--8-摘要在20世纪60年
2、代以前,对传热过程的研究重点集中揭示基本传递现象的规律。70年代的能源危机促进了强化传热技术的研究和发展。随着人类社会进入21世纪,传热学得到了飞速的发展。在现代科学技术的许多领域,如能源与动力、冶金与化工、材料与制冷、航空航天以及电子核能等,都涉及到加热、冷却和热量传递等问题。可以这样说,在我们的生活中只要有热的存在,都有传热问题。换热器是传热与换热中不可缺少的工艺设备,而且在金属消耗和投资方面也占有较大的比例。目前,能源危机越来越突出,能源的利用率是当前最为迫切的问题,开发新能源及余热回收显得特别重要。而在这些工作中,通常都要求采用有效的强化传热措施,以提高传
3、热量来减小换热器的体积和重量,提高热的利用率。可以说,研究各种传热过程的强化问题,设计新颖的紧凑式换热器,不仅是现代工业发展过程中必须解决的课题,同时也是开发新能源和开展节能工作的紧迫任务。传热学的目的是研究热传播速率的问题,而强化传热研究的主要任务是改善、提高热传播的速率和效率,以达到用最经济的设备来传递规定的热量,或是用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行,或是用最高的热效率来实现能源合理利用的目的。不同场合对于强化传热的具体要求各不相同,但归纳起来应用强化传热技术可达到下列任一目的:I、减小换热器的传热面积,以减小换热体积和重量;II、提高现有换热器的换热能
4、力;III、使换热器能在较低温差下工作;IV、减少换热器的阻力,以减少换热器的动力消耗。上述目的和要求是相互制约的,要同时达到这些目的是不可能的。因此,在采用强化传热技术前,必须首先明确要达到的主要目的和任务,以及为达到这一目的所能提供的现有条件,然后通过选择比较,才能确定一种合适的强化传热技术。一、强化传热的方法及原理在传热中,单位时间内的换热量Q与冷热流体的温度差Δt及传热面积A成正比,即Q=KAΔt式中,K为传热系数,是反映传热强弱的指标。从上式可以看出,增大传热量可以通过提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差3种途径来实现。-8-1、增大传热温差增大传热
5、温差的方法有两种:I、提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度;II、是通过传热面的布置来提高传热温差。当传热面的布置使冷热流体同向流动时,其平均温差最小,当传热面布置成两种流体相互逆向流动时,其平均温差最大。增大传热温差经常受到生产工艺、设备条件、环境条件以及经济性等方面的限制。例如生产中被加热物料的温度是由生产工艺确定的,不能随意改变。加热或冷却物料的工质温度,虽然有一定的调整范围,但也不是任意的。采用逆流布置时,冷热流体的最高温度发生在换热器的同一端,使得该处的壁温特别高,对于高温换热器则受到材料高温强度的限制。2、扩大换热面积扩大换热面积是增加传热量的一
6、种有效途径。扩大传热面积以强化传热,并不是简单地通过增大设备体积来扩大传热面积,而是通过传热面结构的改进来增大单位体积内的传热面积,从而使得换热器高效而紧凑。采用扩展表面传热面是提高单位体积内传热面积最常用的方法。扩展表面传热已有多种形式,如肋片管、螺纹管、板肋式传热面等。采用小直径的管子,并实行密集布管,也可以提高单位体积内的传热面积,而且由于管径越小耐压越高,因此还可以使单位传热面积的金属消耗量降低。3、提高传热系数提高传热系数是增加传热量的重要途径,也是当前强化传热研究工作的重点内容。在换热器的管子壁厚比较小且没有结垢的情况下,换热器稳定运行时的传热系数K可
7、由下式近似计算:式中:α1———热流体与管子壁面之间的换热系数;α2———冷流体与管子壁面之间的换热系数;δ———管壁的厚度;λ———管材的导热系数。-8-对于金属传热管,由于导热系数λ很大,管壁厚度很小,上式中δ/λ这一项常可忽略不计,这时传热系数的计算式为: 由上式可以看出,提高K值可以通过提高α1和α2来实现。同时当α1和α2相差较大时,K值主要由较小的那个换热系数决定,这表明提高较小的那个换热系数对强化传热是十分有利的。二、强化传热技术的分类上述强化传热的3种途径,即3种强化传热方法。若从强化的传热过程来分,可分为导热过程的强化、单相对流传热过程的强化、
8、沸腾传热过
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