换热设备强化传热的分析与措施

换热设备强化传热的分析与措施

路晓琳

【摘要】换热器是工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备，如何有效地改善其传热性能是人们一直所关心的问题，强化传热则是改善其传热性能的最重要手段之一。本文首先介绍了换热器的应用和地位，以传热基本方程式为出发点分析影响换热器传热的因素及改善措施，并对如何有效强化传热系数的方法和技术进行了深入的研究。

【关键字】换热器；强化传热；传热基本方程式；传热系数

随着化工、石油、冶金、轻工等工业领域的迅猛发展，能源紧缺也成为了世界性重大问题之一，尺寸小、重量轻、换热能力大的换热设备因此成为各工业部门大力发展和研究的方向，以减少设备的投资和运转费用。换热器是过程工业中应用广泛的单元设备之一，据统计，在化学行业中，所用换热器的投资大约占设备总投资的30%左右；在炼油厂中，换热器占全部工艺设备的40%左右；在热电厂中，换热器的投资约占整个电厂总投资的70%左右；海水淡化工艺装置更是几乎全部由换热器组成，提高换热器的传热效率，对于提高能量利用率、节能降耗是一种很有效的途径，因此强化传热的研究成为了人们关注的课题。换热器的强化传热就是通过改变影响传热过程的各种因素力求使换热器在单位时间、单位传热面积上传递更多的热量，通过这种改善传热性能的技术，提高换热器的传热效率，以达到用最经济的设备来传递更多热量的目的，实现能源的合理利用。一、传热强化概述

换热设备稳定传热时的传热量为Q，传热基本方程式可以表示为：

Q=KA△t m

由方程式可知，换热设备的换热量分别与传热系数K、换热面积A、传热温差t m 成正比，三者均是影响传热量的重要物理量，因此，扩大传热面积A、增大传热温差t m、提高传热系数K均可以使传热过程强化。

1、扩大传热面积A

扩大传热面积是实现换热设备传热强化的一种有效途径，扩大传热面积不应

该靠加大设备的外部尺寸来实现，应从设备内部结构来考虑，使换热设备高效而紧凑。在管壳式换热器中，一般采用以下措施：

（1）采用合适导流筒结构，最大限度地换热器传热死区，高效利用换热面；

（2）采用小直径换热管，并选择合适的管间距或排列方式来合理的布置受热面，在加大传热面积的同时，还可以改善流动特性；

（3）采用扩展表面换热面，尽可能增大换热器的有效传热面积；

（4）改良传热表面性能，将管子内、外表面制成各种不同的表面形状；2、增大传热温差t m

增大传热温差t m的方法一般有两种：一是对无相变的流体，尽可能使冷、热流体相互逆流，或采用换热网络技术，合理的布置多股流体流动与换热；二是增加冷、热流体进出口温度差来增大平均传热温差t m。无论哪种方法，因为有工艺和设备条件的限制，都只能在有限的范围内采用，因此我们不能把增大传热温差t m作为增强换热器传热效果的主要手段。

3、提高传热系数K

提高换热设备的传热系数是传热强化的重要途径，也是当前研究传热强化的重点。提高传热系数的方法大致可以分为一下几种：

（1）减小污垢热阻R。换热器在运行一段时间后，由于污垢的积存，会导致单位时间内传热量Q的下降，传热速率降低，因此提高流体流速、减小污垢热阻是强化传热的方法之一。主要方法如下：①采用抗腐蚀、抗污垢性强的换热管；（如聚四氟乙烯塑料管、有机涂层换热管。）②在介质中加入类似无机磷系药剂等阻垢剂类微量物质，阻缓换热器结构，减小垢下腐蚀，（可以确保设备长时间高效运行，延长使用寿命）；③定期清洗污垢，常用方法有机械清洗（高压射流、喷丸、振动和固体颗粒流态化等清洗方式）和化学清洗（酸洗、碱洗、氨洗、专用溶剂和燃烧等清洗除垢法），一般常将机械和化学清洗两者结合使用，但有些清洗剂在溶解垢层的同时，对设备本身也会产生腐蚀，所以需加入缓蚀剂，防止腐蚀。在日常生产中，针对不同换热设备的本身材质、介质性质以及污垢种类等因素，采取不同的除垢方式来减小污垢热阻。

（2）主动式强化（有源强化）。指需要采用外加的动力，消耗外部能量来增

强传热的技术。主要通过对换热介质做机械搅拌、促进换热表面振动和流体振动、利用电磁场促使换热表面附近流体的混合、引射与虹吸等方法来强化传热，由于主动强化传热技术受外加能量等因素的限制，商业价值低、投资与操作费用大、机理较复杂、伴随有振动和噪声，因此换热器的强化传热目前多采用被动强化。

（3）被动式强化（无源强化）。指不需要附加动力，只改变传热元件本身来增强传热的技术。管壳式换热器的强化传热目前主要分为两个方向：管程强化传热和壳程强化传热。下面将重点介绍。

二、传热系数的强化措施

1、管程强化传热

管程强化传热技术可归纳为两个方面：一是采用新型结构的换热管，通过改变换热管形状以加大管程流体湍流程度或传热面积，二是管内插物。（无论是新型换热管还是管内插物，其机理都是破坏层流边界层，增加流体的湍流程度，提高传热系数，从而提高换热器的整体传热效率。）

（1）新型结构管

①横纹管。如图1，采用变截面连续滚轧成型，管外形成与管子轴线成90°相交的横向沟槽，管内呈横向凸肋。流体流经管内凸肋时沿着整个截面产生轴向涡流，增加了流体边界层的扰动，有利于热量的传递，当涡流即将消失时，流体又流经下一个凸肋，不断产生轴向涡流，使传热得到连续且稳定的强化。

图1 横纹管结构图图2 螺旋槽管结构图

②螺旋槽管。如图2，管外有带一定螺旋角的沟槽，管内为相应的凸肋。凸起和槽纹使得管中的流体形成轴向流动和旋转流动，达到了充分的湍流，产生的漩涡以及近壁面处流体的扰动破坏了边界层厚度，促进了传热，湍流度的增加有效的避免了污垢在传热面的沉积，提高了传热系数，增强了管内外流体的换热。螺旋槽愈深，流阻愈大，螺旋角愈大，愈有利于换热。

③翅片管。由光管内或外接翅片制成，翅片按截面形状可分为矩形、T形、

花瓣形、钉翅等。翅片结构不仅有效增加了传热面积，同时改变了流体的流动形式和阻力分布。

（2）管内插物

管内插物是利用各种金属的条、带、片和丝等绕制或扭曲成螺旋形，或冲成带有缺口的插入带来改变管内流体的流动路径，加强流体的扰动，提高湍流强度，扩大传热面积，从而获得较高的传热系数，达到强化传热的效果。

2、壳程强化传热

换热设备壳程强化传热的途径主要有：一是改变管子外形活在管外加翅片，即通过管子形状或表面性质的改变的来强化传热，如外翅片管、螺纹管等；而是改变壳程挡板或管束支承结构，改变壳程流态，减少或消除壳程流动和传热的滞留死区，达到充分利用传热面积的目的。

（1）改变壳程挡板结构

①双弓形和多弓形折流板

大多传统的管壳式换热器多采用单弓形折流板，壳程流体易产生滞留死区，换热不充分。双弓形和多弓形折流板换热器在壳程将流体分为两股或多股平行流，横向流动长度缩短，压降明显小于单弓形折流板，且远大于传热系数的降低程度，故综合性能优于单弓形折流板换热器。

②网状整圆形折流板

网状整圆形折流板是在整圆形折流板、带小孔的整圆形折流板、异形孔整圆形折流板的基础上依次改进产生的，它首先改变了弓形折流板换热器中的横向流动，避免了流体因转弯而引起的滞留死区，提高了流体在壳程的流速，其次弥补了整圆形折流板加大换热器壳体的直径，缺乏对管束的支撑，管束抗振性能很差的不足，同时还改善了带小孔的整圆形折流板易结垢和腐蚀、异形折流板加工困难的缺陷。网状整圆形折流板流体压力降小，通透性好，传热面积被充分利用。

（2）改变管束支承结构

①杆式支承结构

折流杆支承结构是由一系列焊有折流杆的折流圈组成的折流笼。折流杆交错穿插于管子之间，折流杆的直径与相邻管子之间的间隙基本相同，因此管子被折流杆紧紧固定住。由于折流杆换热器壳程流体的流动方向主要为纵向流动，不仅

消除了传热死区、减小了壳程压力降和流体的诱导振动、还因为流体对管壁较强烈的冲刷，使传热边界层减薄，强化了传热。

②自支承结构

自支承结构主要是通过采用如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管等形式的自支承管来简化管束支承，提高换热器的紧凑度。其特点是换热器利用管自身一部分或变径部分的点接触来支承管子，同时组成了壳程的扰流元件，增强了流体的湍流度，破坏了流体传热边界层，从而起到了强化传热的作用。

改变管束支承结构的方法有很多，除了上述两种，螺旋折流式支承结构、空心环支承结构在实际生产中得到了不用程度的应用，强化传热效果显著。

换热器被广泛应用于各个行业，能源的紧缺使世界各国对换热器传热强化技术的研究、开发和应用越来越加以重视，提高传热效率和节能减耗便成为了众多领域研究的方向。因此，强化传热的机理以及设备的结构将不断被深入改进，实现更加完善和实用的高效换热设备。

换热器的研究发展现状

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2009年第28卷增刊·338· 化工进展 换热器的研究发展现状 支浩，汤慧萍，朱纪磊 （西北有色金属研究院，陕西西安 710055） 摘要：随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。 换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。本文主要介绍了现有换热器的分类，各种换热器的特点工作原理及应用情况，对目前换热器的存在问题和发展趋势进行分析。 关键词：换热器；强化换热；研究现状 随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现[1-4]。 1 换热器的分类方式 随着科学和生产技术的发展，各种换热器层出不穷，难以对其进行具体、统一的划分。虽然如此，所有的换热器仍可按照它们的一些共同特征来加以区分[5-6]，具体如下。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。 按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。 按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。 按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。 按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等。 2 管式换热器 管式换热器主要有套管式换热器和管壳式换热器两种。 2.1套管式换热器 套管式换热器是将不同直径的两根管子套成的同心套管作为元件、然后把多个元件加以连接而成的一种换热器，工作时两种流体以纯顺流或纯逆流方式流动。套管式换热器的优点是：结构简单，适用于高温、高压流体，特别是小容量流体的传热。另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体。他的主要缺点是流动阻力大；金属消耗量多；管间接头较多，易发生泄露；而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器[5,7]。 2.2管壳式换热器 管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，

(完整word版)强化传热技术

1、强化传热的目的是什么？ （1）减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；（2）提高现有换热器的能力；（3）使换热器能在较低温差下工作；（4）减少换热器的阻力，以减少换热器的动力消耗。 2、采用什么方法解决传热技术的选用问题？ （1）在给定工质温度、热负荷以及总流动阻力的条件下，先用简明方法对拟采用的强化传热技术从使换热器尺寸大小、质轻的角度进行比较。这一方法虽不全面，但分析表明，按此法进行比较得出的最佳强化传热技术一般在改变固定换热器三个主要性能参数（换热器尺寸、总阻力和热负荷）中的其他两个，再从第三个性能参数最佳角度进行比较时也是最好的。（2）分析需要强化传热处的工质流动结构、热负荷分布特点以及温度场分布工况，以定出有效的强化传热技术，使流动阻力最小而传热系数最大。（3）比较采用强化传热技术后的换热器制造工艺、安全运行工况以及经济性问题。 3、表面式换热器的强化传热途径有哪些？ （1）增大平均传热温差以强化传热；（2）增加换热面积以强化传热；（3）提高传热系数以强化传热。 4、何为有功和无功强化传热技术？包括哪些方法？ 从提高传热系数的各种强化传热技术分，则可分为有功强化传热技术和无功强化传热技术两类。前者也称主动强化传热技术、有源强化技术、后者也称为被动强化技术、无源强化技术。有功强化传热技术需要应用外部能量来达到强化传热的目的；无功传热强化技术则无需应用外部能量即能达到强化传热的目的。有功强化传热技术包括机械强化法、震动强化、静电场法和抽压法等；无功强化传热技术包括表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面法、装设强化元件法、加入扰动流体法等。 5、单项流体管内强制对流换热时，层流和紊流的强化有何不同？ 当流体做层流运动时，流体沿相互平行的流线分层流动，各层流体间互不掺混，垂直于流动方向上的热量传递只能依靠流体内部的导热进行，因而换热强度较低。因此，对于强化层流流动的换热，应以改变流体的流动状态为主要手段。当流体做湍流运动时，流体的传热方式有两种：在层流底层区的热量传递主要依靠导热；而在底层以外的湍流区，除热传导以外，主要依靠流体微团的混合运动。除液态金属以外，一般流体导热率都很小，湍流换热时的主要热阻在层流地层区。因此对于强化湍流流动的换热，主要原则应是减薄层流底层的厚度。 6、管式换热器一般采用圆管还是矩形通道？为什么？ 在管子数目、工质流量及管道横截面周界均给定的情况下，圆形管道的流通截面积最大，矩形的最小，而流速恰好相反。在个管道中温度条件相同时，矩形管道能增加换热系数，但同时阻力也剧增，这就是管式换热器一般采用圆管而不用换热效果横好的矩形管道的原因。 7、采用扩张-收缩管式如何强化传热的？ 流体在扩张段中产生的强烈漩涡被流体带入收缩段时得到了有效利用，从而增强了传热。此外，在收缩段中由于流体流过收缩截面时流速增高，使流体边界层中流速也相应增高，从而也增进了传热效应。

热能与动力工程专业英语论文(强化对流传热)

Enhancement of Forced Convection Heat Transfer Rongzhen You Class 1202 of Power Engineering In my College Students Innovative Project, we are supposed to adopt some methods to enhance the forced convection heat transfer on the plain surface. Although we have taken several technical methods into consideration, most of them are too difficult for us to apply in our project. Therefore, I would like to make an introduction to these methods here. Firstly, machining some grooves or dimples on the plain plates is one of important methods to enhance the convection heat transfer. The grooves or dimples can change the flow field of the fluid near the surface, for which the fluid would be turbulent than before. In this way, the Nusselt number of the near surface fluid would be raised, and than the convection heat-transfer coefficient would increase. This method can enhance the convection heat transfer on the plain plate to some extent, but it’s still ineffective for the reason that the improvement of heat-transfer coefficient of the fluid in the near wall region can not enhance the heat-transfer of the mainstream. Secondly, some researchers come up with an idea that using spiral fine ribs (SFRs) in plate channel to enhance the convection heat transfer. They equally placed the SFRs in the channel, which can form a packing layer resembling a kind of quasi-porous media with large porosity and can produce efficient disturbance both to the boundary layer and the mainstream. The operation principle of SFRs is that the multi-longitudinal vortices induced by SFRs can significantly increase the tangential velocity components in the cross section, which is helpful to promote the micro-fluctuation in the fluid. What’s more, the transport action caused by the longitudinal vortices can improve the mass exchange between the boundary layer and the mainstream. These two factors can not only speed up the heat migration from the channel walls, but also enhance the heat diffusion in the mainstream. This improves the temperature distribution uniformity in channel. Thirdly, the most efficient way to enhance the convection heat transfer is installing fins on the plain plate. Base on this thought, some researchers have fabricated many different types of fins, such as columned pin fins, conical pin fins, elliptical pin fins, cross-cut pin fins and longitudinal vortex generator arrays (LVG). Nowadays, fins with geometric shape pins have been commonly used to in the engineering. As for the vortex generator, it can disturb the flow field by the vortex and generate vortex after the generator, which can break the boundary lay on the surface and transfer the heat into mainstream quickly. Nowadays, many researchers have proved that the LVG effect is much better than the straight fins within a certain limit of Reynolds number, as well as that the multi rows LVG can improve the whole heat transfer effect. The methods mentioned above sounds pretty advanced, but it’s quiet difficult for us, regular college students, to apply these methods in our project. Because we couldn’t analysis the complex flow field in these special structure, unless we use the FLUENT software to build up their mathematic model. As the advanced usage of FLUENT is out of our ability, we have no choices but to install the straight fins on the heat transfer surface. Some researchers have found that the overall thermal resistance of straight fins is lower than other geometric pin fins, due to the combination effect of enhanced later conduction along the fins and the lower flow bypass characteristics. At last, our experiment also proved that the straight fin can meet the requirement of the enhancement of forced convection heat transfer.

自然对流强化换热

自然对流强化换热 班级：14040203 姓名：吴端 学号：2011040402121

1.概述 当前，对于自然对流换热问题的研究没有强迫对流研究那样开展得广泛。一方面是由于自然对流强化效果没有强迫对流换热强化效果好；另一方面是由于自然对流强化的途径少难度大，所以自然对流的研究进展缓慢。但自然对流应用有自己的领域，强迫对流又有其制约因素，尤其是随着电子集成电路的发展，自然对流强化换热的问题越来越受到学者的关注。 利用振动强化单相流体对流换热的方法可分为两种：一种是使换热面振动以强化换热；另一种是使流体脉动或振动以强化换热。研究表明，不管是换热面振动还是流体振动，对单相流体的自然对流和强制对流换热都是有强化作用的。振动可以增大流体间的扰动，干扰附面层的形成和发展，从而减小换热热阻，达到强化换热的目的。 2.原理 利用振动可以强化传热早已为人们所认识，在1923年就有关于在静止流体中振动换热面以增强传热效果的相关研究。早期研究的主要手段为传热实验，随着数值计算方法及计算机技术的发展，自80年代人们开始对振动对流换热问题进行数值分析。研究结果表明，换热面在流体中振动时，根据振动系统的不同，自然对流换热系数可提高30%~2000%。。传热实验中，采用的振动源形式主要有以下几种： 1)机械振动或电动机驱动偏心装置产生，早期的实验均采用该方法； 2)流体绕流诱导传热元件产生，如在换热器中的管束： 3)超声波激励换热元件产生。下面分别就这三个方面分别展开综述，其中，A表示振幅，厂表示振动频率，D表示管直径，U表示来流速度，尺P表示雷诺数，h表示表面传热系数。 机械振动为传热实验中最为常用的振动源，一般情况下，机械振动装置结构简单，并且能够比较方便调节振幅、频率等参数，这对于深入研究振动参数对传热的影响具有不可替代的作用。 表1．2、1．3分别为自然对流、强制对流条件下振动传热研究概况，表中

管壳式换热器强化传热综述

管壳式换热器强化传热综述 摘要根据国内外强化侍热技术的研究现状，着重介绍了管壳式换热嚣在壳程强化待热方面开展的工作及取得的成果。 关键词管壳式换热器壳程强化传热 Abstract In the light of the present statns of study of the technology for intensification of heat transfer both at home and abroad．The work on the intensification of heat transfer in the shell side of the shell and tube heat exchanger is mainly presented as well as the result obtained．Keywords shell and tube heat exchanger shell side intensification of heat transfer 中图分类号：TE965文献标识码：A 随着现代工业的快速发展，对能源的需求越来越大．而利用高效换热器可以吸收化工、石油生产过程中存在的大量余热，既节约了能源，又减少了污染。与板式、板翅式换热器相比，管壳式换热器由于其适用性广、坚固耐用、密封性较好以及其结构简单、清洗方便是石油、化工等领域应用最普遍的一种换热器(占整个换热器设备的70％以上)[1]。因此．如何最大限度地利用热能和回收热能，强化管壳式换热器成为人们所研究的重点之一。 (一)强化传热的途径 单位时间内的换热量Q与冷热流体的温差△t及传热面积F成正比，即：Q=k·F·△t．可见强化传热可以通过增加传热面积F、加大传热温差△t，提高传热系数K3个途径来实现。 1．1增加传热面积F 增加传热面积不应理解为单一扩大设备体积或台数，而应是采用改变传热表面结构或材料性能合理提高设备单位体积的传热面积．使设备高效、紧凑、轻巧。如采用螺旋螺纹管、翅片管、波纹管、粗糙表面管、异形管等方法都能使传热面积增加。 1．2加大传热温差△t 在考虑到实际工艺或设备是否允许的情况下，改变冷热流体温度或改变换热流体同的流动方式如逆流、错流等，就可改变传热温差血，但这种方法受生产工艺、设备条件、环境条件及经济性等方面限制，实际操作时有一定局限性。 1．3提高传热系数k 提高传热系数小的一侧传热面之传热系数．就可使设备总传热系数大幅度提高。当今世界上强化传热研究的重点就是提高传热系数，有一种趋势是改善流体自身流动状态，加强湍

新型换热技术

换热器最新换热技术 换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。 换热器的种类繁多，有多种分类方法。 一、按原理分类： 1、直接接触式换热器 这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量，这类换热器的介质通常一种是气体，另一种为液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。 2、蓄能式换热器(简称蓄能器)，这类换热器用量极少，原理是热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之到达传热量的目的。 3、间壁式换热器 这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质，这类换热器我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。 二、按传热种类分类 1、无相变传热 一般分为加热器和冷却器。 2、有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。 三、按传热元件分类 1、管式传热元件： (1)浮头式换热器 (2)固定管板式换热器 (3)填料函式换热器 (4)U型管式换热器 (5)蛇管式换热器 (6)双壳程换热器 (7)单套管换热器 (8)多套管换热器 (9)外导流筒换热器 (10)折流杆式换热器

强化传热技术

强化传热技术研究进展 1概述 由于生产和科学技术发展的需要，强化传热技术从上世纪80年代以来获得了广泛的重视和发展。 首先，随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。设计和制造各类高性能换热设备是经济地开发和利用能源的最重要手段，这对于动力、冶金、石油、化工、制冷及食品等工业部门有着极为重要的意义。 其次，随着航空、航天及核聚变等高顶尖技术的发展，各种设备的运行时的温度也不断升高为了保证各设备有足够长的工作寿命及在高温下安全运行，必须可靠经济的解决高温设备的冷却问题。 最后，随着计算机的迅速发展，密集布置的大功率电子元件在电子设备中的释能密度日益增加。电子元件的有效冷却，是电子设备性能和工作寿命的必要保证。 正是基于以上原因促使人们对强化换热进行了极为广泛的研究和探讨，力图从理论上解释各种强化传热技术的机理，从大量的实验资料中总结其规律性，以便在工业上加以推广应用，并发现新的更为经济实用的强化传热技术，因此近40年来在世界各国强化传热技术如雨后春笋般不断涌现出来。 20世纪80年代以来，我国经济发展迅速而能源生产的发展相对要滞后得多。面对改革开放带来的经济高速发展态势，能源供应难以满足迅速增长的需求，节能成为关系到能否可持续发展的重大问题，近年来我国也在节能领域取得了显著的成绩。1980年到2000年中国经济年平均增长9.7% 而能源消耗的年增长仅为4.6% 节能降耗年平均达5%。“九五”期间我国每万元国内生产总值GDP能耗1990年价由1995年的3.97吨标准煤下降到2000年的2.77 吨标准煤累计节约和少用能源达4.1亿吨标准煤；主要耗能产品单位能耗均有不同程度下降。按“九五”期间直接节能量计算节约的能源价值约660亿元；节约和少用能源相当于减排二氧化硫820万吨二氧化碳计1.8亿吨。当前中国在能源利用效率、能耗等方面与世界先进国家相比还存在较大差距，能源节约还有很大的潜力。 纵观强化传热技术的发展传热强化的研究自始至终有着明确的目标和广泛的应用背景表现出高速度、实用性以及不断迎接高技术发展的挑战等三个突出特点。现代科学技术的飞速发展和能源的严重短缺对传热强化不断提出新的要求，使得研究深度和广度日益扩大并向新的领域渗透和发展，甚至成为某些高新科技中的关键。随着世界能源出现短缺和人们环保意识的增强，节能已成为经济可持续发展的重大需求。我国的节能技术的应用远落后于发达国家，实用的高效强化传热技术，在工业应用中具有广阔的前景。强化传热技术在石油、化工和能源等领域的应用，将带来巨大的经济和社会效益。在未来的几十年，能源环境、微电子和生物技术等领域必将成为传热强化研究和应用的重要舞台。 2强化传热技术研究现状 Bergles在总结强化技术及其发展时，将强化换热技术划分为三代。从19世纪末开始，人们开始关注传热强化的研究，但是由于当时的工业生产水平对传热强化的要求不是很迫切，所以对于强化传热的研究基本上属于实验科学，还很不成熟，相应的传热强化技术属于第一代。从20世纪70年代石油危机开始，国际传热界加强了传热传质过程的机理研究，

浅谈管壳式换热器强化传热

浅谈管壳式换热器强化传热 热能1303梁皓天20132586 随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。 管壳式换热器又称谓列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由管箱、壳体、管束、管板、折流板等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其他新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。管壳式热器固然有其优点，并为产业节能方面做出了巨大的贡献，但在新的节能减排形势下，其缺点（压降大、流动死区、易结垢、震动、传热效果差）严重的限制了其发展和生存的空间，为了节能降耗，提高换热器的传热效率，需要研发能够满足多种工业生产过程要求的高效节能换热器。因此，近年来，高效节能换热器的研发一直受到人们的普遍关注，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。 目前传统强化换热的方法大体上可以分为三类，管程强化传热，壳程强化传热，整体强化传热。 管程强化换热主要有两种方式，一是改变管子形状或者提高换热面积，如：螺旋槽管、旋流管、波纹管、缩放管、螺纹管等；二是增强管内的湍流程度，例如，管内设置各种形状的插入物。其中，改变换热管设计的方式，如改变换热管形状，或加大管程流体的湍流程度、传热面积，具体的设计对象包括波纹管、伸缩管、翅片管等。而另一种类型包括管内插物的设计，及通过管内绕丝花环、纽带等，实现管程的湍流程度；相比较来说，在管内插物的形式执行简单、效果较好、投资较少，是目前主要应用的管程强化传热形式。 下面详细介绍一下主要管程强化传热的换热器特点。 （1）螺旋槽管是通过专用轧管设备将圆管在其表面滚压出螺旋线形的凹槽，管子内部形成螺旋线形凸起，如图1所示，管内介质流动时受螺旋线型槽纹的导向使靠近管壁的部分介质沿槽纹方向螺旋流动，这就使得边界层的厚度较大程度的减薄，提高换热的效果；部分介质沿着壁面纵向运动，经过槽纹凸起处产生纵向漩涡，促使边界层分层，加速边界层中介质质点的运动，进而加快了管壁处介质与主体介质的热量传递。 （2）波纹管是将管子加工成内外均呈连续波纹曲线的一种强化管，如图2所示，使管子的纵向截面呈波形，由相切的大小圆弧构成，管内流体的流动状态不断变化，使流体的湍流程度增加从而强化传热。主要适用于管内外介质有加热、冷却热交换的场合，其特点为传热效率高，这一特点是依靠独特的传热元件—波纹管来实现的。波纹管特殊的波峰与波谷设计，使流体在关内外形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统管式换热器高2~3倍。波纹管在工作过程中，一方面管内外介质始终处于高

换热器计算思考题及参考答案

换热器思考题 1. 什么叫顺流？什么叫逆流（P3）？ 2.热交换器设计计算的主要内容有那些（P6）？ 换热器设计计算包括以下四个方面的内容：热负荷计算、结构计算、流动阻力计算、强度计算。 热负荷计算：根据具体条件，如换热器类型、流体出口温度、流体压力降、流体物性、流体相变情况，计算出传热系数及所需换热面积 结构计算：根据换热器传热面积，计算热交换器主要部件的尺寸，如对管壳式换热器，确定其直径、长度、传热管的根数、壳体直径，隔板数及位置等。 流动阻力计算：确定流体压降是否在限定的范围内，如果超出允许的数值，必须更改换热器的某些尺寸或流体流速，目的为选择泵或风机提供依据。 强度计算：确定换热器各部件，尤其是受压部件(如壳体)的压力大小，检查其强度是否在允许的范围内。对高温高压换热器更应重视。尽量采用标准件和标准材料。 3. 传热基本公式中各量的物理意义是什么（P7）？ 4. 流体在热交换器内流动，以平行流为例分析其温度变化特征（P9）？

5. 热交换器中流体在有横向混合、无横向混合、一次错流时的简化表示（P20）？ 一次交叉流，两种流体各自不混合 一次交叉流，一种流体混合、另一种流体不混合 一次交叉流，两种流体均不混合 6. 在换热器热计算中, 平均温差法和传热单元法各有什么特点（P25、26）? 什么是温度交叉，它有什么危害，如何避免（P38、76）？ 7．管壳式换热器的主要部件分类与代号（P42）？ 8．管壳式换热器中的折流板的作用是什么，折流板的间距过大或过小有什么不利之处（P49～50）？ 换热器安装折流挡板是为了提高壳程对流传热系数，为了获得良好的效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对常用的圆缺形挡板，弓形切口过大或过小，都会产生流动“死区”，均不利于传热。一般弓形缺口高度与壳体内径之比为0.15～0.45，常采用0.20和0.25两种。 挡板的间距过大，就不能保证流体垂直流过管束，使流速减小，管外对流传热系数下降；间距过小不便于检修，流动阻力也大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍，我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有150，300和600mm三种；浮头式有150，200， 300，480和600mm五种。 a.切除过少 b.切除适当 c.切除过多 9管壳式换热器中管程与壳程中流体的速度有什么差异（P292）？ 管壳式换热器中管程流体的速度大于壳程中流体的速度。 10．板式换热器与管壳式换热器的比较，板式换热器有什么优点（P125～127）？ ? 1）传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽，可在低雷诺数（Re=200

增压强化烟气对流传热机理及其计算方法_雷雨

第62卷 第S1期 化 工 学 报 V ol 62 N o S1 2011年5月 CIESC Journal M ay 2011 研究论文 增压强化烟气对流传热机理及其计算方法 雷 雨,孙宝芝,李彦军,宋福元 (哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:增压锅炉装置因其容积热负荷高、体积小、质量轻等优点广泛应用于大中型船舶主动力装置。利用分子动力学原理及流体分子微观理论与性质,分析了增压对烟气导热与热对流的影响机理,并利用Illes 教授与前苏联的两种计算方法,分别计算了不同增压比下增压锅炉对流受热面烟气流速、密度以及传热系数等参数并进行了对比。经分析可知烟气压力的提高使分子碰撞频率增加、平均自由程减小、烟气密度增大,从而对流传热得到强化。同时计算结果表明烟气压力较低时两方法计算结果相差不大,但在压力接近0 3M Pa 时,Illes 教授推荐的热力计算方法所得传热系数可达到前苏联方法的1 3倍。关键词:增压锅炉;强化传热;对流受热面;分子动力学 中图分类号:T K 222;O 552 3+2 文献标志码:A 文章编号:0438-1157(2011)S1-140-06 Mechanism an d calculating meth ods of su percharged en hanced con vective heat transfer of flu e gas LEI Yu,SU N Baozhi,LI Yanju n,SONG Fu yu an (Co llege of Pow er and Ener gy Engineer ing ,H ar bin Engineer ing Univer sity ,H ar bin 150001,H eilongj iang ,China ) Abstract :Super charged bo iler installation is w idely applied in the main pow er plant of lar ge and medium -sized ships for its high furnace vo lum e heat release rate and small volume T he o bjective of this paper is to analyze the mechanism affected gas heat conduction and co nvection under pressure incr eased using the theory of molecular dynamics and pr operties of fluid m olecules And convection heating surface has been studied in this paper using the standard metho ds of Pr of Illes and the So viet U nio n w ith superchar ge ratio chang ed T he tw o metho ds calculation results including heat transfer coefficient,gas flow rate and gas density are compared with each other respectively It is obtained that increased frequency of molecular collisions,decreased mean free path and larger gas density caused by pressure increased make the convective heat transfer process enhanced And the calculation results demonstrate that differences betw een the two methods can be neglected under the low load how ever the heat transfer coefficient calculated w ith method recommended by Prof Illes can be 1 3times compared w ith the Soviet Union method w hen the pressure is close to 0 3MPa Key words :supercharged boiler;heat transfer improvement;convection heating surface;molecular dy nam ics 2011-04-27收到初稿,2011-05-05收到修改稿。 联系人:孙宝芝。第一作者:雷雨(1987 ),男,硕士研究生。 基金项目:中国博士后科学基金面上资助(20100471017);黑龙江省博士后科学基金(LBH -Z09233)。 引 言 增压锅炉装置利用锅炉排烟驱动烟气轮机,带 动压气机压缩空气供给炉膛燃烧,从而提高了燃料燃烧和传热的强度。与常压锅炉相比,增压锅炉具 Received date :2011-04-27 Correspon ding author :Prof S UN Baozhi,sun baoz hi@163 com Foun dation item :supported by the Ch ina Postdoctoral Science Foundation (20100471017)and H eilongjian g Postdoctor al Science Foundation (LBH -Z09233) 有容积热负荷大、体积小、质量轻、运行可靠稳定

换热器的强化传热三因素

换热器的强化传热 所谓换热器传热强化或增强传热是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积（F ）；加大传热温差；提高传热系数（K ）。 1 换热器强化传热的方式 1.1 扩展传热面积F 扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。在扩展换热器传热面积的过程中，如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增强传热量，不光需要增加设备投资，设备占地面积大、同时，对传热效果的增强作用也不明显，这种方法现在已经淘汰。现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。 1.2 加大传热温差Δt 加大换热器传热温差Δt是加强换热器换热效果常用的措施之一。 在换热器使用过程中，提高辐射采暖板管内蒸汽的压力，提高热水采暖的热水温度，冷凝器冷却水用温度较低的深井水代替自来水，空气冷却器中降低冷却水的温度等，都可以直接增加换热器传热温差Δt。 但是，增加换热器传热温差Δt是有一定限度的，我们不能把它作为增强换热器传热效果最主要的手段，使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。例如，我们在提高辐射采暖板的蒸汽温度过程中，不能超过辐射采暖允许的辐射强度，辐射采暖板蒸汽温度的增加实际上是一种受限制的增加，依靠增加换热器传热温差Δt只能有限度的提高换热器换热效果；同时，我们应该认识到，传热温差的增大将使整个热力系统的不可逆性增加，降低了热力系统的可用性。所以，不能一味追求传热温差的增加，而应兼顾整个热力系统的能量合理使用。 1.3 增强传热系数（K）

化工基础习题解答《传热过程及换热器》(张近主编)

传热过程及换热器 1.燃烧炉的平壁是一层耐火砖和一层普通砖砌成，内层耐火砖厚度为230mm ，外层普通砖厚度为240mm ，当达到定态传热时，测得炉内壁温度是700℃，外表面温度是100℃，为了减少热量损失，在普通砖外面加砌一层厚度为40mm 的保温材料，当定态后测得内壁面温度为720℃，保温材料外表面温度为70℃。求加保温材料前后每平方壁面热损失是多少？耐 火砖、普通砖、保温材料的热导率分别为1.163W·m -1·℃-1， 0.5815W·m -1·℃-1，0.07W·m -1·℃-1。 解：根据多层平壁热传导公式：i i i t Q A δλΣΔ=Σ 加保温材料前：Σt i =t 1-t n+1=700-100=600℃ 0.230.241.1630.5815 0.6105i i δλΣ=+= 26000.6105 982.8W/m Q A == 加保温材料后：Σt i =t 1-t n+1=720-70=650℃ 0.230.240.041.1630. 1.185815007 20.i i δλΣ=++= 2545W/m 1.1862 50Q A == 2.如习题1加保温材料后测得内壁面温度为720℃，保温材料外表面温度为70℃。计算耐火砖与普通砖、普通砖与保温材料间的交界面温度。 解：加保温材料后，传热速率为：2545W/m 1.1862 50Q A == 根据平壁热传导公式：1211 545t t Q A δλ?== t 1=720；λ1=1.163W·m -1·℃-1，δ1=0.24m 代入上式解得： t 2=1110.23720545 1.163 6211.Q t A δλ??=?×=℃ 同理得 t 3=3430.0470545031.74.08Q t A δλ+ ?=+×=℃ 3.平壁炉的炉壁内层为120mm 厚的耐火材料和外壁厚度为230mm 建筑材料砌成，两种材料的导热系数为未知，测得炉内壁面温度为800℃，外侧壁面温度113℃，后来在普通建筑材料外面又包一层厚度为50mm 的石棉以减少热损失，包扎后测得炉内壁面温度为800℃，耐火材料与建筑材料交界面温度为686℃，建筑材料与石棉交界面温度为405℃，石棉外侧温度为77℃，问包扎石棉后热损失比原来减少的百分数？

管内对流换热影响因素及其强化分析

管内对流换热影响因素及其强化分析 摘要: 从影响管内对流换热的因素出发，对近年来国内外学者的研究成果进行了综合分析，包括管内流体流动状态、表面形状、物性、脉动等对管内对流换热的影响。介绍了利用缩放管、金属泡沫管、纳米流体、高压电场等强化换热的方法。对中高温太阳能热利用系统中大温差管内对流换热的应用及其强化方法进行了展望。 关键词：管内；对流；换热；强化换热 Influencing Factors and Enhancing Methods of Convective Heat Transfer in Tubes Lei Changkui Safety Engineering Class 1002 1003070210 Abstract: Some factors were summarized systematically according to the research in China and abroad in recent years, including convection flow state,phase-transformation,geometric factors, fluid pulse, fluid physical properties and viscosities. At the same time,some methods of enhancing heat transfer in tubes were also summarized,such as additives,electro-hydro-dynamical,metal foam filled pipes etc.Finally,the characteristics and the method of heat transfer enhancement were analyzed in high-medium temperature solar power systems. Key Words: tube,convection,heat transfer,heat transfer enhancing 0 引言 管内对流换热过程广泛存在于化工、动力、制冷及太阳能热利用等工程技术领域的各种热交换设备中，是一个传热温差和流体流动阻力并存且相互影响的复杂传热过程。近年来，随着市场经济的发展，热交换设备迫切需要符合节约能源、节省材料和降低成本的要求，这对强化设备的换热提出了更高的要求。众所周知，热量传递方式有热传导、热对流以及热辐射三种，因此强化传热的方法也势必从这三个方面来进行。作为热交换器中管内热流体的主要传热方式，管内对流换热的强化在热交换器强化换热研究中占有极其重要的地位。本文从理论及已有实验的角度对管内对流换热的影响因素及其强化换热的方法进行分析，以期对太阳能中高温热利用中大温差管内对流强化换热的研究提供指导和借鉴。 1 管内对流换热的理论分析 1．1 边界层理论 边界层是由于流体的黏滞性，在紧靠其边界壁面附近，流速较势流流速急剧减小，形成的流速梯度很大的薄层流体，又称为流动边界层[1]。1940年德国普朗特提出著名的边界层概念后，经过发展，流体力学的研究已经证明，黏性流体存在着两种不同的流态: 层流(Re＜2