强化沸腾传热的方法
换热器的强化传热
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）增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数（K）。
让水尽快沸腾的四种方法
让水尽快沸腾的四种方法
水，这平平无奇却又至关重要的东西，我们每天都离不开它。
想让水尽快沸腾？那可得有点小技巧哦！
增加火力呀，这不是显而易见的嘛！就像给汽车猛踩油门，火力越大，水沸腾得就越快呀！把火开到最大，让那蓝色的火苗欢快地跳跃，尽情地释放能量，水就像被注入了活力，咕噜噜地翻滚起来。
减少水量也是个好办法呢！你想想，同样的火力，水少了自然就更容易沸腾啦！就好比同样的路程，轻装上阵肯定能更快到达终点呀！少量的水在火的热情拥抱下，迅速升温，很快就能达到沸腾的顶点。
提高容器的传热效率也不能忽视呀！一个好的锅具就像一位得力的助手，能迅速将热量传递给里面的水。
就好像一个优秀的运动员，能快速地将力量发挥出来。
选择那种导热性能好的锅，让热量毫无阻碍地传递，水不就更快沸腾了吗？
还有呀，密封环境也很重要哦！把锅盖盖得严严实实的，就像给水营造了一个温暖的小窝，热量不容易散失，水当然就能更快地达到沸点啦！这就如同给花朵罩上了一层保鲜膜，让它能更好地保持温度和湿度。
所以呀，想要水尽快沸腾，就得从这几个方面入手。
增加火力，减少水量，提升容器性能，创造密封环境，它们就像四个小魔法，能让水迅速地沸腾起来，为我们带来温暖和便利。
这不是很简单的道理吗？难道还需要犹豫吗？赶紧去试试吧！。
沸腾传热强化技术及方法
沸腾传热强化技术及方法
沸腾传热强化技术及方法是近年来受到越来越多的关注的技术，它能够显著提高传热效率，降低传热过程中的能耗。
沸腾传热强化技术及方法是一种在热传导过程中利用沸腾现象改善传热效率的技术，它主要通过改变传热介质的状态，使流体进入沸腾状态来提高传热效率。
沸腾传热强化技术及方法的主要方法包括：一种是通过改变传热介质的压力来改变沸腾温度，使流体进入沸腾状态，从而提高传热效率；另一种是通过改变流体的流速来改变沸腾温度，使流体进入沸腾状态；还有一种是可以通过改变流体的物性来改变沸腾温度，使流体进入沸腾状态。
沸腾传热强化技术及方法的应用场合非常广泛，主要用于控制热传导过程中的温度场、改善传热介质的流量分布、缩短传热过程的时间，以及在高压和超高压条件下的传热研究等。
沸腾传热强化技术及方法的使用，不仅可以提高传热效率，而且还可以节约能源，改善热能利用效率。
此外，沸腾传热强化技术及方法还具有一定的局限性，比如传热过程中存在较大的压力损失，同时也存在一定的操作风险，因此在沸腾传热强化技术及方法的运用中，必须谨慎操作，以避免因不当操作而可能带来的损失。
总之，沸腾传热强化技术及方法是一种可以显著提高传热效率的技术，它的应用场景非常广泛，可以节约能源，改善热能利用效率，但是在运用中也应该谨慎操作，以免造成不必要的损失。
传热学-学习课件-7-6影响沸腾换热的因素及强化
换热得到某种程度的强化。
传热学 Heat Transfer
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时，h (tw t f )1 4 ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系
目前有两种常用的手段： (1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学手段
在换热表面上形成多孔结构。 (2)机械加工方法。
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
Thanks
从0.1～1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热
规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl 3 2
Nu C(Re Gr )n
因此，g Nu 换热加强。
5、管内沸腾
传热学 Heat Transfer
锅炉水冷壁结构。
数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传 热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。
传热学 Heat Transfer
图中介质为一个大气压下的水
传热学 Heat Transfer
4 重力加速度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的
传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就 现有的成果表明：
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
传热学 Heat Transfer
7.6 影响沸腾换热的因素及强化
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素 也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响 因素也只针对大容器沸腾换热。
传热学3-7章问答题及答案
第三章 非稳态热传导一、名词解释非稳态导热：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。
数Bi ：Bi 数是物体内部导热热阻λδ与表面上换热热阻h 1之比的相对值，即：λδh Bi =o F 数：傅里叶准则数2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。
二、解答题和分析题1、数Bi 、o F 数、时间常数c τ的公式及物理意义。
答：数Bi ：λδh Bi =，表示固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。
2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。
hA cVc ρτ=， c τ数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。
2、0→Bi 和∞→Bi 各代表什么样的换热条件？有人认为0→Bi 代表了绝热工况，是否正确，为什么？答：1）0→Bi 时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。
说明换热热阻主要在边界，物 体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。
可以用集总参数法进行分析求解。
2）∞→Bi 时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。
在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。
但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。
在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。
3）认为0→Bi 代表绝热工况是不正确的，0→Bi 的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。
3、厚度为δ2，导热系数为λ，初始温度均匀并为0t 的无限大平板，两侧突然暴露在温度为∞t ，表面换热系数为h 的流体中。
试从热阻的角度分析0→Bi 、∞→Bi 平板内部温度如何变化，并定性画出此时平板内部的温度随时间的变化示意曲线。
答：1）0→Bi 时，平板表面的换热热阻远大于其内部导热热阻。
强化传热
杜明照10116117 化机研10管壳式换热器无源强化传热技术杜明照（常州大学机械工程学院，江苏常州213016）摘要：管壳式换热器是在工业中应用最为广泛的一种换热器，对其强化传热的研究对节能减排、缓解能源危机有着重要的意义。
本文首先论述了强化传热技术及其强化途径，其次具体介绍了管壳式换热器无源强化传热技术实现方法及其各种换热元件。
关键词：管壳式换热器；强化传热；节能减排The Passive Heat Transfer Enhancement of Shell and Tube Heat ExchangerDu Mingzhao(Changzhou University, College of Mechanical Engineering, Changzhou Jiangsu, 213016) Abstract: Shell and tube heat exchanger is a kind of heat exchanger which is the most widely used in industry .The research of heat transfer enhancement of shell and tube heat exchanger has an important significance for the energy conservation、emission reduction, and relieve the energy crisis. This paper discusses the technology of heat transfer enhancement and the way of strengthens, then gives a specific description of the passive heat transfer enhancement of shell and tube heat exchanger and its various components.Keywords: Shell and tube heat exchanger；Heat transfer enhancement；Energy saving and emission reduction0 引言近年来，随着中国经济的快速发展，石油、化工等行业得到了长足的发展，各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，并且随着能源危机的进一步加大，对换热器的性能要求进一步提高，换热器向着尺寸小、重量轻、换热能力大、换热效率高的方向发展，因此强化传热技术成为一个蓬勃发展的研究领域。
T型翅片管管外沸腾强化传热的数值模拟研究
T型翅片管管外沸腾强化传热的数值模拟研究秦政;刘闯;曹凯;门启明;杜柯江【摘要】利用计算流体力学软件Fluent,对T型翅片管和光滑管管外沸腾强化传热进行了数值模拟研究.结合T型翅片管的结构特点,分析了该换热管的沸腾强化传热机理.在所研究的范围内,T型翅片管管外沸腾传热系数最大时高于光滑管23.2％,强化传热效果明显.同时,综合评价了T型翅片管强化传热和增加压降的性能.研究结果表明,其强化传热综合性能评价因子在不同流速下均大于1,说明T型翅片管有较好的强化传热效果.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】5页(P47-51)【关键词】T型翅片管;沸腾;强化传热;数值模拟;换热管;流速;压降【作者】秦政;刘闯;曹凯;门启明;杜柯江【作者单位】上海船用柴油机研究所;中国石油吉林石化化肥厂;中国石油吉林石化建修公司;上海船用柴油机研究所;上海船用柴油机研究所【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5沸腾强化传热是强化传热技术中的一个重要领域。
沸腾强化传热主要是通过多孔表面增加汽化核心的方法来进一步提高设备的换热效率，更合理地利用能源［1-2］。
根据制造方法的不同可将多孔表面分为两类，一类为多孔覆盖表面，另一类为多孔开孔表面。
所谓多孔覆盖表面，就是在换热面上通过烧结、电镀等方法加工一层多孔层；所谓开孔表面，就是通过机械方法或者其他方法在光滑换热面上加工出凹槽、细缝等容易形成汽化核心的表面结构［3-4］。
本文研究的T型翅片管，其换热表面就是一种典型的机械加工多孔表面，具有加工过程简单、制造成本低等优点［5］。
T型翅片管在1978年就已问世，具有良好的沸腾强化传热效果，已得到了广泛的应用［6］。
近年来，随着数值模拟技术的逐渐完善，大量强化传热研究采用CFD 软件进行，但目前尚未见到采用数值模拟方法对T型翅片管管外沸腾传热进行研究的公开报道。
本文利用Fluent 14.0中的沸腾模型对T型翅片管管外沸腾传热进行模拟。
强化沸腾传热的原则和方法
强化沸腾传热的原则和方法
沸腾传热是一种重要的热传导过程，其中包括液态变为气态的蒸发过程。
如何
有效地强化沸腾传热，在温度调节和热交换系统等四处都得到了广泛的应用。
目前，常用的方法有提高沸点，增加吸热表面积，用增压方法改善沸腾传热效果，制作陶瓷蒸发板，利用气泡的参与机理以及利用表面引发物质的效应来强化沸腾传热的技术和方法。
提高沸点是提升沸腾传热效率的基本方法，通常可以通过添加合适的溶剂来实
现这一目标，例如添加硼酸或硫酸可以提高水沸点，使沸腾传热效率有所提高。
另外，增加吸热表面积也是一种有效的提高传热效果的方法。
可以采用多维或双侧的撞击设计，增加传热表面的撞击区域，从而提高传热效率。
另外，增压的方法也可以改善沸腾传热的效果，通过把蒸发的物体的压力提高，可以有效提升沸腾传热的传热系数。
此外，增加表面引发物质可以改善沸腾传热，因为这种物质可以形成蒸汽气泡和液体表面之间的另类接触界面，从而改善沸腾传热。
同时，采用特殊膜结构的蒸发板，可以增大蒸发表面积，增强气泡现象，从而提高沸腾传热效率。
总之，强化沸腾传热的原则和方法有提高沸点，增加吸热表面积，用增压的方
法以及制作陶瓷蒸发板，利用气泡的参与机理以及利用表面引发物质的效应。
同时，可以利用多维或双侧的撞击设计，增加传热表面的撞击区域，提高沸腾传热的效率。
总之，如果综合运用上述原则和方法，将能有效地强化沸腾传热。
声空化场强化沸腾传热机理
（ 国科学 院工程热物理研 究所 ，北京 １０ ８ ） 中 ０ ０ ０
关键词
声空 化
沸腾换 热
纳米颗粒
滞后
Ａ 文章编号 ０ ３ —１ ５ ２０ ）０ ４ ８ １７（ ０ ２ ５１４ ２
文献标识码
Ｍ ＥＣＨＡＮ Ｉ Ｍ Ｓ ０Ｆ Ｂ０Ｉ ＮＧ ＥＡＴ ＬＩ Ｈ ＴＲＡＮＳ ＦＥＲ ＮＴＥＮＳ ＦＩ Ｉ Ｉ ＥＤ ＢＹ ＡＣＯＵＳ Ｃ ＴＩ ＣＡＶＩ ＴＡＴ１ ０Ｎ ＥＬＤ ＦＩ
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第５ ３卷 第 ５期 ２０ ０ ２年 ５月
化
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工
学
报
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ｌ Ｉ ｄ ｓ ｒ ａ ｄ Ｅ ￣ｎ ｅｉ ｎ ｕ ｔｙ ｎ ｎ ｅｒ ｇ （ ｈｎ ） ｎ Ｃ ｉ ａ
Ｍａ ２ ０ ｙ ０２
声 空化 场 强化 沸 腾传 热 机 理
２０ —０ ０ １ ７—２ ０收 到 初 稿 ．２ ０ ０ ０ ０ ２ ２ １收 到修 改 穑 ＿ 联 系 人豆 第 一 作者 ：周 定 伟 ．男 ，３ １岁 ，博 士 后 基 盒 项 目：国家 重 基 础 研 究 发展 规 埘 项 目（ ０ ０ ２ ３ ５ ＮｏＧ２ ０ ０ ６ ０
引 言
声空化是指 向液体中辐射声波时 ，在一定压强 下液体中出现 的微小 汽泡 随着声压的变化作脉动 、 振荡或伴随有生长 、收缩 以至破灭 的现象一 ．采用 Ｉ 声空化技术强化传热的方法因涉及空化 现象而不 同 于２ ０世纪 ５ ～６ Ｏ ０年代仅依靠超声 渡使液体产生机 械振动以达到强化传热的方法 文献［ ，３ 就声 空 ２ ］ 化场对单相对流传热的影响进行 了实验研究 ，结 果 表明 ： 传热强 化效果分 别高达 ３倍 和 ４倍 ；文 献 ［］ ４在研究 了超声波对 淬火 的影响后指 出：由于超
沸腾传热强化技术及方法
沸腾传热强化技术及方法
1沸腾传热强化技术
沸腾传热强化技术是一项用于提高传热效率的技术，它的工作原理是利用沸腾运动来加速传热。
沸腾是液体中气体粒子的游动，其中气态微粒子随机移动，就像水里漂浮的木屑。
然后，蒸汽颗粒将被冲入液体中，催生更多的新空气微粒，形成一个正负电荷的吸引力。
随着电荷的积聚，蒸汽颗粒将穿过液体分子的空隙，加快传热速度。
2传热强化技术的应用
沸腾传热强化技术主要应用于供暖和空调设备，以降低能耗改善系统性能。
目前，沸腾传热强化被广泛应用于空调系统、供暖系统、减温系统和恒温器等装置，以提高设备的传热效率。
3沸腾传热强化技术方法
沸腾传热强化技术方法主要有两种：自然沸腾传热和机械沸腾传热。
自然沸腾传热方法是利用液体的自然沸腾运动，借助蒸汽的气态变化，来加速传热；而机械沸腾传热方法是通过直接作用于液体上的机械电能，借助外加的振动源，来生成蒸汽，加速传热。
通过上述方法，沸腾传热强化技术可有效提高传热效率，为绿色供热、空调技术及能源综合利用技术的发展提供了有效可行的解决方案。
强化传热
处于均匀流化的颗粒而 言，它 们对加热面上汽泡核心的数量 和成长汽泡下面的液体微层蒸 发不产生明显的影响，但是对 于液体的对流换热则是具有重 要的作用
在充分流化的前提下，引入固体颗粒均能较为明显的起到强化换热的作用
制冷系统
R134a
中润滑油对强化管外池沸腾传热影响 的实验研究 含油率对于水平管外池沸腾换热的影响受管 结构、蒸发温度和流速等参数的影响 。在相 同流速、不同蒸发温度下 ,含油率为100×10 - 6的管外传热系数总是高于含油率为 50 ×10 - 6的管外传热系数
添加有Tio2纳米颗粒的R11池沸腾换 热研究
结果发现,纳米颗粒的添加基本使管上部粗 糙度降低,传热弱化,而使下部粗糙度增加,传 热强化 就整体换热而言,40℃的强化换热效果 好于30℃ ,0.01g/1的强化换热效果好于 0.05g/1。低热流密度下的强化换热效果好于 高热流密度。在铜管下部,当沸腾温度 40℃， 热流密度为12.5KW/m2时, 0.01g/1的纳米颗 粒添加使其换热系数比纯制冷剂提高20% 。
气泡产生并长大
气泡横向合并
气泡纵向合并
气泡的脱离直径
气泡的脱离时间
汽化核心密度
大空间和毛细管内液氮池沸腾传热的实验研究
结果表明 (1)在实验管径范围内 ,毛细管对加热丝加热的液氮核态沸腾传热有明显强化作用 , 并且管径越小 ,强化作用越明显。其强化换热的机理在于气泡在毛细管内的滑 动增强了加热丝向液氮的对流换热。 (2) ashilev关联式适用于描述倾角对于加热丝加热时液氮在大空间池沸腾的 CHF 值的影响。 (3)管径和倾角共同影响着 CHF值 ,存在一最佳管径 ,可在 30o、60o和 90o三个倾 角下获得最大 CHF值 ,且高于同等倾角下大 空间时的 CHF值。在实验管径范围内 ,CHF 值的最大值并不出现在 90o倾角 , 而是出现在 30o或60o倾角。
传热学简答题
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更明显。
解释其原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。
而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小（20℃，1.01325×10^5Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m.k)),具有良好的保温性能，而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣会感到很舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿羽绒衣才觉得舒服。
从传热学分析原因。
答：首先，冬季和夏季最大的区别就是室外温度不同，夏季室外温度高于室内温度，因此通过墙壁的热量的传递方式是由室外传向室内，而冬季则相反，因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。
因此尽管冬季室内温度略高于夏季，但是人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多，由于人体对于冷感的感受主要是散热量，所以在冬季要传一些后的衣服。
3、冬天，在相同的室外条件下，为什么有风比无风时感觉更冷一些？答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属于自然对流换热。
而空气的强制对流换热比自然对流强烈，因而在有风时人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。
4、利用同一台冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？答：当其他条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷温度，必然要求蒸发器处于更低的温度，所以结霜的冰箱耗电量更大。
5、试分析室内暖气片的散热过程，各环节都有哪些热量传递方式？答：有以下换热环节和热传递方式：（1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热（强制对流）；（2）由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；（3）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
论述改变换热表面情况强化传热方法
论述改变换热表面情况强化传热方法
改变换热表面情况是一种常用的强化传热方法，通过改变传热表面的特性，可以提高传热效率和换热器的性能。
以下是几种常见的改变换热表面情况的方法：
1.增加表面粗糙度：增加表面粗糙度可以增加传热表面与流体之间的摩擦阻力，从而增加传热系数。
这可以通过使用粗糙材料、刻蚀或喷涂等方法实现。
2.改变表面形状：改变传热表面的形状可以增加热交换表面积，并提高传热效率。
常见的方法包括增加翅片数量、改变翅片形状和间距等。
3.增加传热表面面积：增加传热表面积可以增加传热功率。
这可以通过增加传热表面的长度、改变管道或板片的形状等方式实现。
4.改变流体流动状态：改变流体流动状态也可以强化传热过程。
例如，通过增加流体的速度或改变流体的流动方向，可以增加传热系数。
5.利用流体振荡：通过引入振荡运动，可以增加传热界面的扰动，从而增加传热系数。
振荡可以通过机械装置或外部激励等方式实现。
总之，改变换热表面情况是一种有效的强化传热方法，可以提高传热效率和换热器的性能。
不同的方法适用于不同的应用场景，需要根据具体情况选择合适的方法进行改进。
自然循环固相强化沸腾传热的实验研究
２０ ０ ２年 ｌ ０月
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程
第 ｌ ９卷
Ｖｏ ． ９ １ １
第 ５期
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３ ７０
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２０ ０ ２年 ｌ ０月
著地 提 高传 热 效 率 、 低 工 作 成 本 而 成 为 该 降 领 域 的研 究 热 点 。将 固体 颗 粒 引 入 汽 液 两 相 换 热 器 的加 热 管 ， 成 固相 强 化 沸 腾 传 热 过 形 程 ， 显 著 强 化 传 热 ， 低 壁 温 。 其 原 因 如 可 降 下 ： ） 体 粒 子 显 著 地 增 强 了流 体 的 湍 动 程 １固
两 相 沸腾 传 热提 高 ２ ０％ 以 上 。
关 键 词 ： 然 循 环 ； 腾 传 热 ； 化 传 热 自 沸 强 中 图 分 类 号 ： Ｑ ３ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０４—９ ３ （０ ２ ０ Ｔ０ ； Ａ １０ ５ ３ ２０ ）５—０ ６ ３ ９—０ ５
Ｓ ｕｄ ｎ Ｓｏ ｉ ｔ ｙ ｏ ｌ Ｐｈａ ｅ Ｅｎ ｎ ｅ ｅ ｉｉ ｅ ｔ Ｔｒ ｎ ｆ ｒ ｄ ｓ ｈａ ｃ ｍ ｎｔ Ｂｏ ｌｎｇ Ｈ ａ ａ ｓ ｅ ｉ ｔ ｒ ｌＣｉ ｃ ａ ｉ ｎ ｎ Ｎａ ｕ ａ ｒ ｕｌ ｔｏ
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研究 论 文
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自然 循 环 固 相 强 化 沸 腾 传 热 的 实 验 研 究
传热学沸腾强化
应用带有凹陷形核化空穴的传热面降低液体的润湿性的方法对于氟利昂致冷剂等润湿性很强，接触角很小的液体难以奏效，可采用凹陷形核化空穴原则。形成小通道内的液膜蒸发小通道尺寸比核化空穴至少高一个数量级，密布在传热表面的小通道不但增加了传热面积，而且通道表面可能附着液膜。由于其厚度极薄，液膜热阻几乎可以忽略，液膜在较高的壁温下迅速蒸发，生成的蒸汽在通道内汇合，在浮升力作用下运动并逸出通道。
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在光管中插入扭带一般可使临界热流密度值增加30%。
工质温度
工质焓值
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感谢您的观看。
第30页/共30页
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管表面有长短不同的肋片，然后将肋片向相反方向压弯，形成陷入的凹槽。
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Gewa-T管将肋管上肋片顶部压成T型，管子上形成凹槽。
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先制成螺旋形肋片，然后再压成图示双重凹陷结Байду номын сангаас。
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K Fujie, 等,日立公司
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在低肋管表面的肋片之间，松驰地缠绕金属或非金属丝，属附着式强化表面。
性能优异的E管在DNC性能方面相当差
第4页/共30页
8.2沸腾强化的基本原则
降低表面的润湿性一些液体（如：有机致冷剂、液化气体），其液汽界面的表面张力系数σlv比较小，因而其接触角θ也比较小.σsv和σsl分别为固体壁面同蒸汽和液体的表面张力系数对于接触角比较小、润湿性强的流体，液气界面是向上凸起的，气体容积减小时，界面曲率半径R随之减小，而需要的过热度却提高了，部分气体会因低于饱和温度而凝结，并放出潜热，气体容积进一步减小，不利于沸腾；如果液体的润湿性差、接触角大，则液气界面是向下凹的，则上述过程是稳定的，即气体容积的减小所需过热度也减小，气核存在的可能性较大，这自然促进了沸腾。例：传热面上做出密布的小坑，坑内有聚四氟乙烯。
沸腾强化换热原因
沸腾强化换热原因
沸腾强化换热是指在传统换热过程中，由于流体的沸腾现象而引起的加强换热效果。
沸腾强化换热的原因主要包括以下几点：
1.传热面积增加：在沸腾过程中，流体与换热壁面之间会形成大量的气液界面，这些界面的形成增加了传热面积，从而增强了换热效果。
2.温度梯度增大：沸腾过程中，由于液态流体与蒸汽在温度上的差异，使得传热界面上的温度梯度增大。
温度梯度的增大将导致更大的传热驱动力，从而提高换热效率。
3.对流换热增强：在沸腾过程中，由于液相的剪切作用，蒸汽的产生和泡沫的移动导致了流体的对流换热，这种对流换热机制使得热量的传递更加迅速和有效。
4.泡沫脱落热传递：在沸腾过程中，泡沫在壁面上形成并快速脱落，这种泡沫脱落会带走大量的热量，从而促进了换热过程。
5.液体搅动增强：在沸腾过程中，蒸汽的产生和泡沫的移动会引起流体的搅动，这种液体搅动可以破坏边界层，促进流体与换热面之间的传热，从而增强了换热效果。
总的来说，沸腾强化换热的原因是由于沸腾过程中产生的气液界面、温度梯度增大、对流换热、泡沫脱落和液体搅动等因
素共同作用，这些因素使得沸腾强化换热具有高效、高传热能力的特点。
分段内凹强化沸腾微通道制造及其性能研究
分段内凹强化沸腾微通道制造及其性能研究随着科技水平的不断提升,各领域的微型化器件面临着越来越严重的高热流密度散热问题,这对传统强化传热技术提出了巨大挑战。
微通道沸腾传热具有结构简单、体积小、换热面积大,以及换热能力强等诸多优点,已经成为微型化器件微米级热源高效散热的一种有效途径。
鉴于微型化下如何提高沸腾传热性能的紧迫性与极大的发展空间,新型结构微通道设计与优化,以及应用于强化沸腾传热的实验与理论研究,都显得迫在眉睫。
本文以设计出性能优异的强化沸腾微通道为主要目标,从解决传统微通道面临的制造成本高、传热性能易恶化等诸多缺陷出发,全面系统地研究了具有流道分段和内凹孔穴两种强化结构的实体型和多孔型新颖微通道,其主要内容如下:1.分段内凹微通道制造成形分析分段内凹微通道的特殊结构特征,阐述其强化沸腾传热机理;针对多孔与实体两种基体材料,采用固相烧结与电火花线切割相结合的方法加工出分段内凹多孔型和实体型微通道,并分析两种成形工艺的表面质量;测试并分析不同粒径铜粉烧结多孔基体的毛细性能。
线切割后的多孔基体在表面形成非常薄（50-100μm）的熔化层,该熔化层仍然保留了良好的多孔特性,使得强化传热性能不会受到太大影响。
2.池沸腾强化传热（1）搭建池沸腾测试实验平台,以去离子水为工质,在不同过冷度下将多孔型微通道与实体型微通道进行对比测试,并对粉末形状、微流道宽度以及粉末粒径等结构参数进行优化,深入分析多孔型微通道强化沸腾传热性能。
分段内凹多孔型微通道具有优异的池沸腾性能,饱和沸腾下的最大沸腾传热系数为27.28 kW·m<sup>-2</sup>·k<sup>-1</sup>,比实体型微通道高出20%。
多孔型微通道结构参数优化表明:粒径范围相同时,粉末形状对多孔型微通道的沸腾传热性能影响不大;0.4mm和0.55mm的中等流道宽度总体来说能够在较大热流密度范围内保持最好的传热性能;50-57μm的中等粒径能够很好的平衡汽化核心密度和毛细性能的影响。
具有强化传热、防结垢性能的沸腾蒸发装置与操作方法[发明专利]
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专利名称：具有强化传热、防结垢性能的沸腾蒸发装置与操作方法
专利类型：发明专利
发明人：李修伦,林瑞泰,张利斌,马红钦,闻建平
申请号：CN96120008.1
申请日：19961008
公开号：CN1153676A
公开日：
19970709
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种具有强化传热、防垢性能的沸腾蒸发装置及操作方法。
它属于传热蒸发技术。
本发明的技术特征在于提供了有两个离心分离器的沸腾蒸发装置及在汽-液-固三相流中加入惰性颗粒体的操作方法。
本发明既可实现强化传热，又能防止沸腾蒸发过程中壁面结垢。
本发明可广泛用于盐卤、芒硝、烧碱、氯化钙、氧化铝、医药、食品等溶液的沸腾蒸发，该技术亦可用于蒸馏与传热过程及锅炉运行和重力热管、废水处理、环保等领域。
申请人：天津大学
地址：300072 天津市南开区卫津路92号
国籍：CN
代理机构：天津大学专利代理事务所
代理人：任延
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沸腾传热强化技方法及比较摘要针对强化沸腾传热方法，本文主要主要对粉末烧结法、喷涂法进行了介绍，分析了各种方法的优缺点, 并对各种方法的强化传热效果进行了比较。
关键词沸腾传热；强化传热；喷涂多孔表面；粉末多孔表面Boiling heat transfer enhancement techniques and comparisonAbstract:To the enhanced boiling heat transfer method, this paper mainly focuses on introducing the powder sintering method, spray method .analyzing the advantages and disadvantages of various methods, and comparing the various methods of heat transfer enhancement effect.Key words: Boiling heat transfer Heat transfer enhancement Spraying porous surface Powder porous surface1 前言在常规能源不断减少, 节约和有效使用能源的要求不断提高的形势下, 强化传热技术已经成为传热研究领域的一个重要课题. 强化传热研究, 特别是强化沸腾传热研究, 对提高能源的有效利用率, 新能源开发和高热负荷下材料的热保护等有重要意义. 目前强化沸腾传热的主要方法是改善传热表面结构。
常用的表面结构有各种形状的沟槽、肋片和多孔表面。
其中自20 世纪60 年代发展起来的多孔表面换热器以其高效沸腾换热、低温差沸腾、高临界热流密度和良好的反堵塞能力, 已成为一种工业应用前景广泛的换热装置。
本文主要进行喷涂多孔表面、粉末多孔表面等沸腾传热研究, 分析了各种方法的优缺点, 并对各种方法的强化传热效果进行了比较。
2沸腾强化传热技术对汽泡的成因和运动规律的研究是掌握沸腾原理和探讨沸腾传热强化方法的基础, 已有的研究表明, 影响汽泡状沸腾传热的主要因素有：( 1) 流体特性参数的影响汽体压力增高能使汽化核心增多, 汽泡脱离频率增大, 因而能使沸腾传热增强。
流体与换热表面的接触角小, 则汽泡脱离频率增高, 因而能增强沸腾传热。
( 2) 换热面特性的影响换热面的加工方法、表面粗糙度、材料特性以及新旧程度都能影响沸腾传热的强弱。
试验表明, 同一液体在抛光壁面上沸腾传热时, 其传热系数比在粗糙壁面上沸腾传热时低,这主要是由于光洁表面上汽化核心较少的缘故。
液体在新的换热面上沸腾时, 传热系数较高, 随着运行时间增长, 一部分汽化核心丧失了汽化能力, 于是传热系数逐渐下降到某一稳定值。
传热面材料能否被液体湿润, 对传热系数也有相当影响, 同样条件下, 液体和材料特性组合得好, 湿润程度大, 则传热系数高。
( 3) 换热面布置及形状的影响当换热面为水平平板且由上向下放热时,由于汽泡不易从换热面上散出, 因而传热系数低于换热面由下向上放热的情况。
对水平放置的管束, 由于上升的蒸汽在上部流速较大, 引起了附加扰动, 因而位于其上部管子的传热系数比下部管子的传热系数高。
此外, 换热面和容器的几何形状, 对汽泡运动和沸腾传热均有影响。
现有的池沸腾传热强化方法主要从增加汽化核心数和提高汽泡脱离频率两方面来强化沸腾传热过程。
研究的方法主要有表面粗糙法、表面特殊处理法、扩展表面法、添加剂法、机械搅拌法、振动法、静电场法和抽压法等。
对于管道中的强制对流沸腾, 由于强制对流和沸腾现象一起发生, 使得其传热机理变得十分复杂。
影响流动沸腾传热的主要因素有流速、热流密度及热力学干度, 此外, 换热面形状、几何结构尺寸、工质流动方式等也对传热系数有一定的影响。
因此, 其强化传热的处理与池沸腾的强化传热有不同的特点。
3 多孔表面的制造方法及其强化效果多孔表面的制造方法主要可分为两类: 多孔覆盖表面和开孔多孔表面。
多孔覆盖表面即在换热表面上加一层多孔覆盖物, 作为覆盖层的材料可以是铜、铝、不锈钢和其它合金, 制造方法大致有烧结金属粉末法、火焰喷涂法、电镀法、覆盖金属丝网法等; 开孔多孔表面即在换热表面上加工出所需的内凹穴, 加工方法大致有机械加工法、电化学腐蚀法、激光加工法等各种方法加工出来的多孔表面形式不同, 强化传热性能不同, 且各有优劣。
3.1 粉末烧结法粉末烧结多孔表面的制造方法: 先将基体金属表面去除锈和油垢, 然后涂上一层粘剂溶液,将金属粉末均匀地粘在基体表面上, 当粘结剂溶液风干后, 将其放置于烧结炉内, 在氢气保护下加热至金属粉末表面有熔化趋势, 恒温20min 左右,使粘结剂分解挥发, 金属粉末烧结成一体并烧结在基体上, 这样就在金属基体表面形成一层多孔金属覆盖层[ 1] ( 见图1) 。
多孔金属覆盖层不仅可烧结在金属管外壁面上, 也可烧结在金属管内壁面上。
多孔层厚度一般小于3mm, 孔隙率为40%~ 65%。
粉末烧结法是国内外研究开发最早、较为成熟的一种多孔表面制造方法。
图1 金属粉末烧结多孔表面示意( High Flux)美国Union Carbide 公司的High Flux(HF) 管表面多孔层颗粒直径为0. 01~ 0. 1mm, 厚度为0. 25mm 左右, 孔隙率为50% ~ 65%[ 1] 。
与光滑管相比,HF 管的沸腾换热系数可提高10 倍左右( 见图2) , 强化效果非常显著, 总传热系数为光滑管的3~ 8 倍。
时沸腾温可降低到1左右, 临界热流密度可以提高1 倍( 见图3)图2 HF 管池内沸腾曲线( Ts= Tw - Ts)图3 各种强化表面单管池沸腾实验结果比较示意( 工质: 对二甲苯)北京化工研究院于20 世纪70 年代后期也进行了表面多孔管的试制[ 2] : 其多孔层由260~ 300目的青铜粉烧结而成, 多孔层厚度为0. 25~ 0. 5mm, 孔隙率为50% ~ 60%。
以丙酮为工质进行了试验, 结果表明在热负荷为25~ 35kW/ m2 范围内, 沸腾换热系数可以达到普通管的7~ 8 倍( 见图4) 。
图4 多孔管与光滑管沸腾效果比较示意除了优良的换热性能外, 粉末烧结多孔表面高效传热管沸腾工质为水和低碳烃时有着很强的防结垢能力。
高效传热管被广泛应用在乙烯工厂中的低碳烃的分离、液化以及浓缩水溶液分段多效蒸发器及热管中。
但是, 粉末烧结法制造多孔表面管在带来高效强化效果的同时, 也产生了严重的沸腾滞后, 如图5 所示。
图5 HF 管对R12 的热滞后特性示意而对于水和R113 等其他工质, HF 管的滞后更严重。
另外, 粉末烧结多孔表面的加工能耗大,3. 2 火焰喷涂法采用特殊的火焰喷涂枪将不同粒度的金属粉末( 如铝粉等) 和作辅助造孔剂的有机高分子材料粉末或低熔点金属粉末混合物高速地喷射到经处理、预热好的金属管外表面基体上, 使之产生一定的化学冶金结合，然后再用火焰将多余的有机高分子材料粉末烧掉。
图6 和图7 分别是乙醇和R113 在三种不同厚度喷涂多孔表面上的沸腾换热实验结果.图中, ▽，○和分别是没有经过浸泡和老化处理的新多孔表面上得到的升负荷沸腾换热曲线. ▲，●和■分别是降负荷沸腾换热曲线. 光滑表面上的沸腾换热曲线也表示在图中, 以便于比较. 图中可见, 喷涂多孔表面在比较低的温差下就激发并维持沸腾, 具有比光滑表面高2~ 5倍的沸腾换热系数. 喷涂多孔表面沸腾换热机理与烧结粉末多孔表面相同[ 6] . 在喷涂多孔层内, 有大量的形状不同的孔穴和槽道, 形成了一系列的进入型和再进入型具有良好聚集气( 汽)体能力的孔穴. 这些孔穴能够聚集蒸汽或不凝结气体, 成为稳定的沸腾活化中心.图6 喷涂多孔表面乙醇沸腾曲线图图7 喷涂多孔表面R113 沸腾曲线因此, 喷涂多孔表面可以使沸腾起始温差减小. 因为, 孔穴是相互连通的, 在沸腾爆发后,多孔层内形成了许多大大小小的蒸汽区, 在这些蒸汽区周围的颗粒表面上形成了大面积薄液膜, 液膜强烈蒸发导致热阻显著降低, 因而, 沸腾传热得到了强化.实验还表明, 喷涂多孔表面的沸腾传热性能没有烧结多孔表面的性能好[ 6] . 这因为, 喷涂多孔层的空隙率比烧结多孔层低, 喷涂多孔层中孔穴相互连通性没有烧结多孔层好,喷涂多孔层内薄液膜面积比烧结多孔层少, 所以, 喷涂多孔层内汽液两相流动循环比烧结多孔层差. 因此, 需要改进喷涂技术, 以提高喷涂多孔层的空隙率和沸腾传热性能.4 结论（1）影响多孔表面沸腾换热的因素有很多,如丝网覆盖多孔层的材质、厚度、孔径、孔隙率结构形状等。
一般来说, 多孔层的导热性能越好, 强化效果越好; 而多孔层的厚度、孔径、结构则对于不同的介质存在不同的最佳值。
目前各个因素对强化传热的具体影响还不清楚, 对强化沸腾传热只能在特定情况( 如特定的工质种类、压力等) 下给出经验关系式。
今后应对多孔表面强化沸腾换热的影响因素进行深入分析, 从而完善其强化沸腾传热机理的研究。
（2）粉末烧结法具有优良的换热性能, 另外粉末烧结多孔表面高效传热管沸腾工质为水和低碳烃时有着很强的防结垢能力。
(3) 喷涂多孔表面激发沸腾时壁面过热度低, 沸腾传热系数高, 强化传热的热流范围大, 因此, 喷涂多孔表面是热管和蒸发器表面多孔结构的一种有效形式.(4) 喷涂技术不仅具有设备简单、操作方便和费用低等优点, 还具有适合各种复杂基体表面的特点, 因此, 喷涂多孔层结构是值得广泛推广和应用的一种多孔层结构。
参考文献【1】谭华玉,高春阳,刘立新—多孔表面的制造方法及其强化沸腾传热效果的比较[B]流体机械，2006,34（1）：80-85.【2】赵孝保—喷涂多孔表面沸腾传热实验研究【A】南京师大学报，2001,1（3）:12-16.【3】程立新，陈听宽—沸腾传热强化技术及方法【J】化工装备技术1999（01）：30-33.。