换热器用烧结型复合粉末多孔涂层管研究

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高效换热器用烧结型复合粉末多孔管研究

ＡｂｔａｔＨｅｔｒｎｆｒｃａａｔｒｔｓｏｔｅｒｃｎｌ — ｅｅｏｅｉｔｒｐｒｕｏｔｇｔｂｓｗｉｅｒｕｏｏｉｓｒｃ：ａｔａｓｅｈｒｃｅｉｉｆｈｅｅｔｓｃｙ— ｄｖｌｐｄｓｅｅｏｏｓｃａｉｎｄｎｕｅｔｈｆｒｏｓｃｍｐｓｔｅｐｗｄｒｗａｎｅｔａｅｈｓｐｐｒｏｅｓｉｖｓｉｔｄｉｔｉａｅ．ＥｘｅｍｅｔｒｓｌｓｈｗａｈｏｌｇｈａｒｎｆｒｃｅｆｉｎｓｃｅｓｄｇｎｐｒｉｎｅｕｔｏｔｔｔｅｂｉｎｅｔｔａｓｅｏｆｉｅｔＷａｉｒａｅｓｈｉｃｎｂｈｕ２．～３．ｉｓｗｉｔｒａｄ８．ｙａｏｔ４７ｔｍｅｔｗａｅｎ７～１１ｔｓｔｌｏｏ．Ｔｈｃａｉｏｅｔｔａｓｅｎａｃ — ｈ２．ｉｍｅｗｉａｃｂ１ｈｅｍｅｈｎｓｍｆｈｒｎｆｒｅｈｎｅａｍｅｔＷａｎｌｚｄｂｓｄｏｈｓｅｐｒｎａｅｅｒｈｎｓａａｙｅａｅｎｔｉｘｅｉｍｅｔｒｓａｃ．ｌ
蚀法、喷涂法、机械加工法和烧结法［８等。烧３］－
０引言
管壳式换热器广泛应用于各种换热装置，在石油、化工、冶金等行业的大型工业化装置中占
有非常重要的地位。它广泛地用于各种物料的蒸
器、空分装置的主换热器用烧结型复合粉末多孔

换热器烧结型表面多孔管综述

换热器烧结型表面多孔管综述随着现代科学技术和工业化生产的发展,节能降耗已经成为各个行业生产部门主要控制指标。

我国还处于发展中国家的水平,石油、化工及冶金工业在我国国民经济中占有很大的比重,如何在这些行业中降低能源消耗及投资成本,一直是研究者和企业界比较关心的问题。

管壳式换热器一直是这些工业中主要使用的换热设备,其投资可达全部投资的30%～40%。

如何提高它的传热效率并降低成本,是既有学术意义又有现实意义的课题。

普通换热管的传热性能比较差,其传热效率、结构的紧凑性以及单位传热面积的金属消耗量都无法和各种新型的板式换热器相比。

烧结型表面多孔管的传热系数可比普通光管的传热系数至少提高10倍],而且其有效温差仅为普通光管的1/7～1/8,普通光管经烧结制成多孔表面管后可以有效提高光管的抗结垢性能。

表面多孔强化管是20世纪60年代末发展起来的1种强化沸腾传热的高效换热管。

烧结型表面多孔材料的研究始于1956年8月,美国人Ｍｉｌｔｏｎ进行了烧结多孔薄层应用于各类换热机构的研究,并于1968年申请了烧结型表面多孔材料方面的第1个专利(ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｓｙｓｔｅｍ)。

相似的专利相继于1973年、1974年及1977年获得批准,使烧结工艺更加完善,美国联合碳化物公司买断了该4项专利,推出了著名的ＨｉｇｈＦｌｕｘ商用表面多孔管。

同时Ｗｅｂｂ设计了整体多孔层,20世纪70年代后期到80年代初,日立公司生产了ＴｈｅｒｍｏｅｘｅｌＥ管;前西德的ＷｉｅｌａｎｄＷｅｒｋＡＧ公司生产了Ｔ型肋片管,其商品名称是ＧｅｗａＴ。

Ｋｕｎ和Ｃｌｉｋｋ描述了1种凹腔沟槽面,提供了不同沟槽密度下,氮和水的沸腾数据。

Ｇｏｔｔｇｍａｎ、Ｃｚｉｋｋ和Ｎｏｅｉｌｌ为确定合适的气孔尺寸,提出了用以判别多孔表面性能的理]。

由于这些学者和大公司的努力,表面多孔管获得了普遍的应用。

1 表面多孔管分类和制造表面多孔管按其制造工艺可以分为烧结型、喷涂型、电镀型和机械加工型。

换热器多功能涂料的研究进展

ｈａｔｎｆｒＵａｅｒｉｔｅｍｊｒｒｂｅｓｉｄｓｎａｄｏｅａｉｆｎｕｔａｈａｅｃａｇｒ．Ｓｒｅｔｒｓｌｃｓａｅｓｌｈａｏｐｏｌｍｅｉｎｐｒｔｎｏｄｓｉｅｔｘｈｎｅｓｕ— ａｅＳ￣ｔｌｎｇｏｉｒｌ
ｔｅｍａｏｕｔｖｔｈｒｌｃｎｄｃｉｉｙ
换热设备的腐蚀和结垢是石化、肥、化氯碱、盐化、药、制食品等行业以及城市供热、供气系统行业面临的重大难题之
一
进行了大量的研究工作。
，
由于换热器的腐蚀而造成的直接或间接经济损失十分巨
ｔｅｄｖｌｐｎｆｎｎｈｅｅｏｍｅｔｏａｏ— ｔｃｎｌｇｅｈｏｏｙ，ｔｅｆｒｅｅｅｏｍｅｔｏｌ — ｆｎｔｎｌｃａｉｇｏｕｆｃｆｈｕｈｒｄｖｌｐｎｆｍｕｔｔｉｕｃｉａｏｔｓｆｒｓｒａｅｏｏｎ
要：尽管进行了大量研究和尝试了各种手段，热器表面的腐蚀和污垢沉积依然是换热器设计和运行过程中换
必须面对的重要问题。在换热表面涂装耐腐蚀、抗垢以及高导热率涂料改性是解决换热器腐蚀和结垢问题的重要途径。文章介绍了目前应用于换热器表面的各种多功能涂料的研究现状，分析了这些多功能涂料体系的优缺点。并结合纳米科技的发展，提出了换热器多功能涂料进一步的研究方向和发展趋势。关键词：热器；换多功能涂料；耐腐蚀；抑制污垢；导热率
ｆｃｆｈａｘｈａｇｒｔｎａｃｄｃｒｏｉｎｒｓｓａｃａｅｏｅｔｅｃｎｅｓｗｉｈｅｈｎｅｏｒｓｏｅｉｔｎｅ，ａｉｕｉｇａｄｈｇｈｒｌｃｎｕｔｖｔｏｔｎｔｏｌｎｎｉｈｔｅｍａｏｄｃｉｉｙｃａ — ｆｉｇｓｔｅｍｏｔｉｏｔｎｐｒａｈｔｏｖｈｅｅｐｏｌｍｓｎｓｉｈｓｍｐｒａｔａｐｏｃｏｓｌｅｔｓｒｂｅ．Ｔｈｓａｉｌｅｃｉｅｈｅｅｏｍｅｆｍｕｔｉｒｃｅｄｓｒｂｄｔｅｄｖｌｐｎｔｏｌｔｉ

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。

烧结多孔槽道吸液芯超薄平板热管的传热性能

烧结多孔槽道吸液芯超薄平板热管的传热性能朱明汉;白鹏飞;胡艳鑫;黄金【摘要】设计并制作了总厚度为0.85 mm的超薄平板热管,热管的毛细芯采用烧结多孔槽道结构,实现了槽道和多孔结构的结合,根据该结构制作了一个铝制模具.该热管设计结合了超薄化和易制作的特点,对热管性能测试搭建了实验平台,分析了加热功率、铜粉粒径、槽道数目对热管热性能的影响,热阻和最大传热能力用来表征热管的性能.结果表明在加热功率为14 W时,放置铜板和热管的加热铜块温度分别是102℃和66℃,热管有效降低了热源温度;当铜粉粒径较大时热管的热阻和传热极限也较大,粒径减少时出现相反现象.相比单槽道结构,双槽道结构出现了更低热阻,两者最小差异为21％.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2019(070)004【总页数】9页(P1349-1357)【关键词】超薄平板热管;烧结;多孔槽道结构;传热;铜粉粒径;热性能;实验验证【作者】朱明汉;白鹏飞;胡艳鑫;黄金【作者单位】广东工业大学材料与能源学院,广东广州510640;华南师范大学先进光电子研究院,广东广州510640;广东工业大学材料与能源学院,广东广州510640;广东工业大学材料与能源学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TK124引言进入21世纪来，电子技术和信息产业快速发展，电子器件的微型化、集成化已经成为当今电子技术发展的趋势，电子芯片的高集成、高封装密度以及高工作频率使得芯片的温度快速升高。

研究表明，电子元件的损坏率与工作温度呈正相关，当电子器件长时间处于高温工作状态，其可靠性会出现明显下降[1-3]。

如何对电子设备进行高效散热是电子产业发展的一个瓶颈[4-5]。

热管作为一种高效的相变传热工具，由于其具有高导热性、优异的均温性能、运行可靠性等特点，被广泛应用在能源、航空、电子元件等领域的散热，是现阶段解决狭窄空间散热的一个理想方案[6]。

在热管的发展上出现了各种不同形式的热管如平板热管、圆柱热管、脉动热管、环路热管等。

多孔结构的烧结成型机理及沸腾传热性能

多孔结构的烧结成型机理及沸腾传热性能传热强化是现代科学技术面临的一个主要问题，和单相对流传热相比，气/液两相沸腾传热可以带走很多热量，是今后散热与热管理的主要解决方案。

池沸腾传热不需要外力驱动，液体内部的传热主要通过汽化产生气泡并由此运动带来周围液体的扰动从而强化传热。

通过沸腾相变过程中的两相传热可以带走很多热量，具有可以传递高热流的潜力，但对于普通表面仍不能满足要求，因此需要研究出新型的表面结构来强化沸腾传热。

改善沸腾传热的表面结构是沸腾传热强化的主要方法，优异的沸腾传热强化表面应该具有更大的表面积和更多的活化孔穴。

为了得到更大的扩展面积，采用烧结模具制造出烧结多孔结构，在高温条件下通过颗粒状铜粉粉末的融合与基体紧密结合在一起，并且颗粒之间存在微小的孔隙。

由于具有几何复杂外形的多孔表面密集的核化孔隙可以产生较多的蒸汽通道，以及微小孔隙能够提供较大的毛细作用力，更容易使液体补充，从而使气液界面形成更加复杂的流动。

同时具有几何外形的多孔结构更能够增加固体和流体的接触面积，使得多孔表面具有更多的汽化核心，因而可以显著提高池沸腾的传热效率，减小沸腾过热度，推迟临界热流密度（CHF）的到来。

烧结多孔柱复合结构不仅增加了液体与烧结表面的接触表面积，而且烧结多孔柱还可以在沸腾时提供液体的补充隧道，从而有利于液体吸入多孔结构通道，同时还具有阻碍加热表面形成覆盖蒸汽膜的作用，在高热流密度阶段可以有效分离气液相对运动。

烧结多孔微槽道结构不仅增加了沸腾时烧结多孔结构的表面积，还能够提供蒸汽通道，保证蒸汽从阻力较小的开槽通道中溢出，易于使气泡产生脱离，而液体则通过毛细力的作用在多孔层内流动，这样，液体剧烈沸腾时就可以提供气液两相通道，分离气液相对流动，气液流动就会变得更加有序，从而使多孔表面的沸腾传热更加稳定。

设计和制造了四种烧结多孔强化沸腾传热结构：1、烧结型表面多孔管结构；2、烧结多孔交错微槽道复合结构；3、烧结多孔柱复合结构；4、烧结多孔径向微槽道复合结构，并分析了四种强化沸腾传热结构的传热机理。

烧结型表面多孔高通量换热器简介

中分别排在重点领域和优先主题的第一位。
设通过强化传热提高换热设备的换热效率以降低
能耗是工业节能, 尤其是流程工业节能最为重要的
备途径, 提高换热器的传热系数以增加换热量为最为与有效的强化传热手段, 也是历来强化传热的研究重 w 点。对于汽化器、蒸发器、再沸器等有相变的沸腾传 w 管热, 提高换热系数的主要方法为增加换热面上的汽 w. 道化核心。 t 烧结型表面多孔管的研究始于 20 世纪 60 年 c 》代。1956 年美国人 Milton 进行了烧结多孔薄层应 e 用于换热结构的研究, 并于 1968 年申请了烧结型表 d 面多孔材料方面的第一个专利。相似的专利相继于 .c 1973 年、1974 年、1977 年获得批准, 使烧结工艺渐 om 渐成熟。美国联合碳化物公司( 现 UOP 公司) 买断
40
·技术交流·
2009《化工设备与管道》增刊一
( 3) 与光滑管换热器相比, 表面多孔管高通量
颈, 表面多孔管高通量换热器大有作为, 应用场合
换热器的优越性表现在如下几个方面:
多。尤其是原有换热设备的传热面积不能满足生产
① 能显著地强化沸腾传热, 减少所需换热
要求, 但由于受到现场空间的制约, 又难以增大换热
面积。
设备的体积, 在保持原有换热设备壳体尺寸不变, 采
② 多孔表面使沸腾换热系数提高到光滑管表用高通量换热器替代传统换热器不仅技术上可行,
面的 2 ～10 倍。
强化传热效果也十分明显。表面多孔高通量换热器
③ 某石化厂用 12. 8 m2 多孔管重沸器代替原脱

《华北电力大学学报》2010年总目次

第２期
渤，宫晶坌，朱
栗
彬，等（０）１６
基于粗糙集一贝叶斯方法的分布式电网故障诊断 …………… 基于公共信息模型的 “ 组团式” 电网结构在线自动识别 …
…
…
然，高聪颖，张烈勇（１）
蔡秋娜，文福拴，王珂，等（８）
… …
基于多智能体免疫算法的配电网供电恢复 …………………
阎维平，李
钧，李
春（４）５
各级抽汽等效热降的简捷算法 ………………………………
变负荷下ｗ型火焰锅炉燃烧特性的数值模拟研究 …………
界面切应力和重力驱动下受热过冷薄膜的破断模型研究 …
…
…
韩中合，闰丽涛，史志杰（９）５
亮（３）３
１Ｖ雷击绝缘导线的理论分析与计算 …………………… ０ｋ
基于有限元的内置式永磁同步电机矢量控制性能分析 ……
…
雷永峰，赵
…
刘健夫，王艾萌，魏
… … … …
负荷模型对电力系统混合仿真误差的影响 ………………… 基于Ｍｍａｉａｄｎ型模糊推理的电压暂降源识别 ………………
计及暂态电压质量服务的统一输电定价模型 ………………
基于因子分析法的煤粉锅炉燃烧工况综合优化 … … …… …
…
…
杨俊新，马闫海鸥，叶
进（８）３猛（９）４
…
…
李国栋，丁宁，徐永海（３）４
… … … …
…

换热器表面多孔管及应用

能力、降低设备投资和运转费用等，是人们不断研究的课题。强化传热技术从２世纪６年代逐步兴起，前国内外研究的００当
粉末烧结法是国内外研究开发最早、较为成熟的一种表面多孔管制造方法。北京化工研究院于２０世纪７０年代后期进行了表面多孔管的试制，其多孔层由２００６￣３０目数的青铜粉烧结而成，多孔层厚度为０２～０５ｍ．５．ｍ，孔隙率为５％６％０￣０，以丙酮为工质进行了试验，结果表明在热负荷为２￣３ｋ５５Ｗ／ｍ范围内，沸腾换热系数可以达到普通管的７～８倍。美国ＵｉｎｎｏＣｒｉｅ公司的Ｈｇｌｘ（ＦａｂｄｉｈＦｕＨ）管表面多孔层颗粒直径为
本高，在高温下容易产生退火变形。２机械加工法．机械加工表面多孔管是用机械加工的方法在金属管壁上开出不同形状的孔。加工的一般方法就是在专用机床上用特殊设计的刀具在金属管（一般为铜或铝等易加工金属）外表面直接加工出各种形状的翘片、小孔隙及各种形状的螺旋形隧道或在金属管内表面拉制出Ｖ形等轴向沟槽；也可以用轧制或滚压法在金属管外表面直接加工出具有低螺纹形翅片、低肋形翅片或各种形状的表面花纹管。日本日立公司制造的ＴｅｅｃｌＥ管就是一种用机械ｈｍｏｘｅ－加工方法制造的强化沸腾传热管，从强化效果上看，Ｅ管的传热性能同管相似。同光滑管相比，同样热流量时Ｅ管所需过热度大约只有光滑管的１／ｌ左右，低过热度时，０强化效果

《压力容器》杂志第23卷目录索引

… … … ●‘ ● ‘… … … … … … … … ● ‘… … … … … …
７
石灰石一石膏法脱硫装置吸收塔衬里橡胶的应用
… … … ● … … … ● ・・‘ ●… … … … … … ‘ ●・ ● … … … ●●
７
１９
Ｊ缺陷管的抗弯强度评价 ……………………… ５５换热器用烧结型复合粉末多孔涂层管研究 …… ３６不锈钢酸洗工艺及耐点蚀性能研究 ……… １Ｌ
工程球罐的实测应力分析 ………………………
∞
∞ 勰＂鲳悖
２３３
４
加；乌
球罐整体结构水平刚度及支柱拉杆应力分析 …
非标准矩形截面容器的应力分析和数值计算 … ３４０不锈钢半管爽套焊接部位残余应力有限元模
设计计算
特种设备安全监察法规标准体系 ………………
试验研究
１２， “ ｌ． ‘
２
‘
立式储液罐象足屈曲的准静态数值模拟 ……… Ｎ对压力容器用高强度钢ＢｌＥ组织和性能的ｂ６Ｏ
影响 ……………………………………………
纵流壳程换热设备装配仿真的研究与实现 …… 硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率ｄ／Ｎ的ａｄ研究 ……………………………………………
分析设计中若干重要问题的讨论（） ………… 一基于ＡＳＳＷｒｅｅ多层有加强ｕ形波纹管ＮＹ／ｏｂｎｈｋ固有频率的计算 ………………………………
ｍｍｍＵｎｎｎ
． … … … … … … … …
长期高温服役后ｃ № 炉管的寿命预测 ……… ｒ９８８８９９９双层管液压胀合过程的试验研究 ………………

烧结型多孔表面管外池沸腾传热特性

烧结型多孔表面管外池沸腾传热特性郭兆阳;徐鹏;王元华;徐宏;曾宪泰;杨胜【摘要】实验研究了热通量为0.1～160 kW·m-2时,去离子水在光管及烧结型多孔表面管管外的池沸腾传热特性,分析了换热管布置方式(垂直与水平)、管径大小(20、25和32 mm)与多孔层颗粒尺寸(30～105 μm)对池沸腾传热特性的影响规律.结果表明:去离子水在多孔管表面的起始沸腾过热度小于光管,比光管低3K左右;多孔表面管可明显强化核态沸腾传热,其沸腾传热系数可达光管的3～4.5倍;大热通量下,换热管水平布置时的传热效果较垂直布置佳,且布置方式对多孔管换热效果的影响比对光管的影响小;随管径增大,光管与多孔表面管的沸腾传热系数降低;大颗粒尺寸多孔层的强化效果优于小颗粒尺寸多孔层.%This paper presents an experimental investigation on nucleate pool boiling of saturated deionized water from uncoated and self-made sintered coated porous tubes with the heat flux from 0. 1 to 160 kW · m-2. The influences of the orientation (vertical and horizontal) and diameter (20,25 and 32 mm) of the heating tube and the coating particle size (between 30 and 105 μm) on the nucleate pool boiling were investigated. The results show that the sintered porous coatings can lower the incipient boiling superheat and enhance nucleate boiling heat transfer coefficient compared with smooth surfaces. The incipient boiling superheat of deionized water drops from 4-5 K with the smooth tubes to 1-2. 5 K with the porous coated tubes. And the nucleate heat transfer coefficient on porous coating tubes are 3-4. 5 times those of smooth tubes. It is found that,at high heat flux,the horizontal tube presents better boiling performance than the vertical tube due to thedecrease in bubble slug formation on the tube surface and easy access of liquid to the surface. In addition,the influence of tube orientation on boiling performance is smaller for the porous tube than for smooth tubes. The heat transfer coefficients on smooth tubes and porous tubes decrease as the tube diameter increases. The data for different porous coatings suggest that small particle has slight effect on boiling heat transfer and greater enhancement is found with larger particle size.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2012(063)012【总页数】7页(P3798-3804)【关键词】烧结多孔表面;核态沸腾;起始沸腾过热度;强化传热【作者】郭兆阳;徐鹏;王元华;徐宏;曾宪泰;杨胜【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院,化学工程联合国家重点实验室,上海 200237;华东理工大学机械与动力工程学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TK124池核沸腾传热广泛用于食品、化工、石油、核动力和电站等许多工业部门和技术领域。

烧结316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能研究

烧结316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能研究许飞;田晨超;焦磊【摘要】以316L不锈钢粉末为原料,采用模压成形与烧结工艺,制备出孔隙度为20％～45％的烧结316L不锈钢粉末多孔材料,分别采用了1 150℃和1 200℃烧结温度.研究了烧结温度、孔隙度对烧结316L不锈钢粉末多孔材料的断裂韧度的影响.结果表明:断裂韧度随孔隙度的升高呈下降趋势,但断裂韧度与孔隙度是一种非单调的函数关系.表面裂纹总是沿着烧结颗粒边缘、孔隙等结构薄弱环节扩展.【期刊名称】《西安文理学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(021)006【总页数】4页(P93-96)【关键词】烧结;金属多孔材料;孔隙度;断裂韧度【作者】许飞;田晨超;焦磊【作者单位】西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016【正文语种】中文【中图分类】TB383断裂韧度是材料应力强度因子的临界值，它表征了材料阻止裂纹扩展的能力，是衡量材料韧性好坏的一个定量指标[1].断裂韧度往往受到加载速度、试验温度、第二相离子或夹杂、晶粒尺寸大小的影响[2].对于烧结金属粉末多孔材料，由于材料中存在大量连通或半连通的孔、封闭的孔，材料的强度、韧性相比致密材料下降很多，虽然当裂纹通过时孔洞可能会阻止裂纹在致密基材骨架中的扩展，但由于孔的存在实际上减小了材料的受力面积，材料中已存在的孔可以认为是已存在的微裂纹或裂纹，孔的尖角会导致应力集中，裂纹更利于扩展，所以烧结金属粉末多孔材料的断裂韧度会大幅降低.1 疲劳裂纹预制及裂纹的观察烧结316L不锈钢粉末多孔材料样品疲劳裂纹的预制是在长春仟邦产QBG-50高频疲劳试验机上进行的.图1 致密316L不锈钢表面裂纹金相图×200图1是对致密316L不锈钢板疲劳裂纹的观察，发现裂纹萌生后，扩展过程中表现为穿晶或沿晶扩展.裂纹的萌生一般在晶界处,或者夹杂物与第二相或基体的界面上. 图2是1 200 ℃烧结三种孔隙度316L不锈钢粉末多孔材料裂纹表面的SEM图.由于材料中存在大量的孔，大部分孔是不规则形的，角形孔或孔簇较多的地方在载荷作用下，尖角处会产生应力集中而成为裂纹萌生处，尤其在孔隙率较大的试样中，这种现象更明显.发现裂纹总是沿着烧结颗粒边缘、孔隙等结构薄弱环节扩展.(a) 23.5%孔隙度样品SEM图×40(b) 23.5%孔隙度样品SEM图×200(c) 27.8%孔隙度样品SEM图×40(d) 27.8%孔隙度样品SEM图×200(e) 31.6%孔隙度样品SEM图×40(f) 31.6%孔隙度样品SEM图×200图2 不同孔隙度样品表面裂纹SEM图2 孔隙度对试样KIC性能的影响将预制好裂纹的样品在Instron 1185试验机上进行拉断实验，拉伸速率0.5mm/min，采用COD引伸计记录位移的变化，记录的P-V曲线图如图3.将拉断后的试样用读数显微镜测量其裂纹长度，共测5组，最大值和最小值与平均值的偏差应在10%以内，否则试验无效.将FQ、B、W等参数带入公式(1)计算材料的KQ值.(1)式中：FQ——特定的力值/kN；B——样品厚度/m；W——有效宽度/m.试验结果须同时满足Fmax/FQ≤1.10，a≥2.5(KQ/Rp0.2)2的判据，此时KIC=KQ.(a) 1 150 ℃烧结(b) 1 200 ℃烧结图3 不同孔隙度样品的载荷-位移曲线图4为1 200 ℃烧结7个孔隙度下试样的KIC平均值.虽然随着孔隙度的升高，样品的KIC值表现出下降趋势，但并不呈线性下降.孔的存在对断裂韧度的影响可以理解为夹杂物与第二相的尺寸及间距的影响.孔的形状越大，孔与孔之间的间距越小，样品的断裂韧度就越低.烧结316L不锈钢粉末多孔材料的微观结构包括晶粒尺寸和形状、气孔大小和分布、杂质缺陷及晶界等.气孔为脆性第二相，尽管分布杂乱无章，但有部分会沿变形方向分布，降低了材料局部塑性变形能力，使得裂纹更容易扩展，从而降低了断裂韧度.此外，孔的形状也影响断裂韧度.球形孔的边缘呈弧状，导致应力分散；针状或长条状孔的边缘有些为锐角，它们周围的应力比球形孔的集中，所以球形孔对断裂韧度的影响远比针状或长条状孔的小[3-4].1 200 ℃烧结的316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能高，这是由于其烧结颈发育情况更好.相同烧结温度下，烧结316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能随孔隙度的升高而呈下降趋势，但断裂韧度与孔隙度是一种非单调的函数关系[5-6].假定孔为球形且分布均匀，当裂纹通过孔洞时有可能会阻止裂纹在基材骨架中的扩展，因此除了总孔隙度之外，还应考虑孔结构的其他特征量，如孔的大小、孔的形状、孔的分布等.3 烧结温度对试样KIC性能的影响虽然烧结316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能与孔隙度是一种非单调的函数关系，但如图5烧结温度的提高仍显示出对断裂韧度的提升.烧结温度的提高会改善烧结颈的发育情况，增强烧结体的结合强度，不易产生应力集中，裂纹形核和扩展的驱动力小，所以裂纹穿过晶界扩展时阻力大，扩展困难[7].图4 1 200℃烧结温度下不同孔隙度样品的KIC性能图5 不同烧结温度样品的KIC性能较低的烧结温度会造成烧结体发育不完整，1 150 ℃烧结样品烧结体边缘不完整，很松散.这相当于作为脆性第二相的孔隙沿烧结体晶界分布较多，在受到往复作用的载荷时，裂纹在这些应力集中部位萌生，随着裂纹的萌生，由于多孔材料内部分布着大量的孔，使得载荷作用在面积很小的烧结体上，使烧结体承受很大的载荷，进而影响KIC性能.4 结论采用高频疲劳试验机对试样进行预制裂纹，通过扫描电镜观察表面裂纹扩展路径.通过比较不同孔隙度、不同烧结温度下烧结316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能，对其断裂机制进行分析，得出以下结论：(1)利用高频疲劳试验机在小载荷、高频率下预制样品裂纹操作简便、效率高、裂纹两边平齐.对于烧结316L不锈钢粉末多孔材料，裂纹在角形孔或孔簇较多的地方萌生，表面裂纹总是沿着烧结颗粒边缘、孔隙等结构薄弱环节扩展.(2)1 200 ℃烧结的316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能高，这是由于其烧结颈发育情况更好.相同烧结温度下，烧结316L不锈钢粉末多孔材料的KIC性能随孔隙度的升高而呈下降趋势，但断裂韧度与孔隙度是一种非单调的函数关系.[参考文献]【相关文献】[1] 石德珂，金志浩.材料力学性能[M].西安：西安交通大学出版社，2005：79.[2] 沈莲.机械工程材料[M].北京：机械工业出版社，2007：110-115.[3] 蒂克斯切 H P，克雷兹特 B.多孔泡沫金属[M].左孝青，等译.北京：化学工业出版社，2005：147-164.[4] 奚正平.烧结金属多孔材料[M].北京：机械工业出版社，2008：52-62.[5] HEINZ A,HASZLER A.Recent development in Aluminum alloys for aerospace applications[J].Mater Sci Eng,2000,A28:102-107.[6] HARTE A M,FLECK N A,ASHBY M F.Fatigue failure of an open cell aluminum alloy foam[J].Acta Mater,1999,47(8):2511-2524.[7] ARMSWORTH R A.Taking the stress out of fracture toughness[J].MaterWorld,2003,6(2):86-87.。

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孔涂层管对水、氟利昂、氮、烃类、、液烯苯乙醇等多
各类换热器中占有非常重要的地位。它广泛地用于各种物料的蒸发、冷凝、加热及冷却、冷冻等过程… １，
它的用量可达全部换热器的７％ｌ。其主要的换０＿２Ｊ
热元件就是各种规格的换热管。一般来说，它结构
化生产，品性能优良。产
关键词：热器；换复合粉末；多孔涂层管；强化传热
中图分类号：ＥＴ６文献标识码：Ａ文章编号：０１４３（０６ｏ —０ｌ —０１０ — ８７２０）８ｏ７４
ＳｕｙｏｉｔｒｄＰｒｕａｉｇＴｕｅｔｍｐｓｔｏｅｔｄｆＳｎｅｅｏｏｓＣｏｔｂｓｗｉＣｏｏｉｅＰｗｄｒｎｈ
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换热器用烧结型复合粉末多孔涂层管研究
刘阿龙，徐宏。王学生，学贵，戚张莉２０３）０２７（东理工大学机械与动力工程学院，华上海
摘要：究了在连续式烧结炉中烧结铜基复合粉末多孔涂层管的新工艺，研并对其性能进行了测定。所制作的多孔涂层管厚度为０２ｌ．ｎｍ左右，孔隙率在５％一００７％之间，当量半径６一０／，ｏ９ａ多孔涂ｎ层管的沸腾传热系数达到光滑管的２左右。此方法最大优点是安全、效，且可以进行工业Ｏ倍高并
ｈｏｔｍｔｖａｔｓｅｏｆｅｆｉｍｔｄｉｓｅａｄｈｇｆｉｔＡｅａｌｔｅｉｉｅｙｏｄｓａｏａａｎｇｏｈｈｓａｎｈｆｅｉｈｔＳＴｉｔｓｓｆｉｒｅｉ
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１引言
管壳式换热器普遍应用于各种换热装置中，在
或对管子进行表面处理来强化传热，以提高换热器的效率，已经取得了显著效果。多孔涂层管有多种加工方法，电镀法ｌ、学如＿化３Ｊ
腐蚀法［喷涂法［机械加工法［和烧结法ｌ８、５、５］６］７，Ｊ等。烧结型表面多孔强化管是２世纪７年代发展ＯＯ起来的高效强化沸腾传热的一种换热管。它是在金属管表面敷一层多孔性金属，形成多孔涂层管。多
ｒｄｕｅａｇｒｍ０ｎｔ０ｎａｄｔｅｂｉｎｅｔｒｎｆｒｃｅｃｅｔａｅｉｃａｅｂｕ０ｔｓａｉｓｓｒｎｅｆｏ６ｏ９ｏｌｇｈａ —ｔｓｅｏｆｉｓｒｎｒｓｄａｏｔｉ．ｎｈｉａｉｎｅ２ｍｅ
ｐｏｕｔｎａｄｈｏｄｑａｉ．ｒｄｃｉａａｇｏｕｔｏｎｓｌｙ
Ｋｅｒｓｈａｘｈｇｒｏｏｓｔｗｅ；ｒｕｏｔｇｔｂｓｅｔｔｓｒｎｎａｃｍｅｔｙｗｏｄ：ｅｔｅｃａｅ；ｃｍｐｉｐｄｒｐｏｓｃａｉｕｅ；ｈａａｆｒｇｅｈｅｎｎｅｏｏｎｒｅｉｎｎ
简单易于制造，本低，应性强，成适处理能力大，尤其
ｉｂｓｂａｅｙｔｅｒｅｓａｅａｈｒｉ，ｅｉｎｓｅａｏｔ．Ｉ，ｈｉｅｕａｎｎｔｅｏｔｎｄｂｅｎｗｐｏｓｈｖｉｐｏｔｔｉｔｃｅｓｒｂｕＯ２Ｉ１ｔｅｉｅｔｇｕｉｈｃｏｓｙｈｒｈｋｈｇａＴＩＴｒｑｖｌ