新型强化换热方法的换热性能研究_郑慧凡

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换热新技术

换热新技术
标题：换热新技术
换热技术是工程领域中重要的应用之一，随着科技的进步，新的换热技术不断涌现。

本文将介绍一些最新的换热技术，旨在提高能源利用效率并降低能源消耗。

首先，介绍一种新型的换热器设计。

传统的换热器设计往往存在热量损失的问题，而这种新型换热器通过增加热传导面积和优化热量流动路径，有效地提高了换热效率。

相关实验表明，与传统设计相比，这种换热器可以节约至少20%的能源。

其次，介绍一种基于纳米材料的换热技术。

纳米材料具有较大的比表面积和良好的导热性能，因此可以用来增强换热过程中的传热效果。

研究人员将纳米材料应用于换热系统中，发现其热传导率大大提高，从而增加了换热器的效率。

另外，介绍一种利用流体动力学原理的换热技术。

该技术利用流体的压力和速度变化，实现了更高效的换热过程。

通过优化流体的流动路径和控制流体的速度分布，可以最大程度地提高换热效率。

实验证明，这种技术可以使换热器的能源利用率提高30%以上。

除了以上所述的技术，还存在许多其他创新的换热技术，例如利用太阳能进行换热、利用废热回收进行换热等等。

这些技术的出现不仅改善了能源利用效率，还降低了环境对能源消耗的负面影响。

总之，换热新技术的不断涌现为工程领域带来了新的发展机遇。

通过采用这些技术，可以提高能源利用效率、降低能源消耗，实现可持续发展。

未来，我们可以期待更多创新的换热技术的出现，为工程领域带来更大的进步。

热工换热设备实验中相关问题的研究

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收稿日期２００９—１２—１２修订稿日期２１００—０１—１５
基金项目：建设部“ ０ Fra bibliotek科学技术支持计划项目” ２０２０（０７一Ｋ１—
２；南省重点科技攻关项目（２０３０５）９）河７１２６００作者简介：慧凡（９６～）博士，师。郑１７，讲
Ｋｅｒｓ：ｒｎｓｅｑｉｍｅｔＣａｉｒｔＥｌｃｒｃｈａｉｍｂａｙｗｏｄＴａｆｒｅｕｐｎ；ｌｂａｅ；ｅｔｅｔｉｎｇｍｅｒｎｅ；ｔｏｅｓｎＤａａｐｒｃｓｉｇ
０前言
复合型、创新型人才是２世纪经济发展和社会１
ＺＨＥＮＧｉ— ｆｎ，ＷＡＮＧａＨｕａＸｉｏ— ｌＦｕ，ＡＮａ —ｗｅＸｉｏｉ
（ｎｒｎｎｉｎｎａＥｇｅｒｇＤｐ．ＺｏｇｕｎＩｓｆｅｈ，ｈｎｚｏ５０７ＣｉａＥｅｇａｄＥｖｏｍｅｔｎｉｅｎｅｔ，ｈｎｙａｎｔｃ．Ｚｅｇｈｕ４００，ｈｎ）ｙｒｌｎｉ．ｏＴ
ＡｂｔａｔＳｍｅｐｏｌｍｓａｏｔｔｎｆｒｅｕｐｎ，ｓｃｓｔｅＣＣｒｃｉｃｔｎ，ｃｎｅｔｎｍｏｅｏ — ｓｒｃ：ｏｒｂｅｂｕｒｓｅｑｉｍｅｔｕｈａｈＪｅｔａｉａｉｆｏｏｎｃｉｄｆｅｏ
ｌｃｒｃｈａｈｅａ，ｔｅｄａｉｇｗｉｈｅｐｒｍｅｔｌｄｔｒｎｌｚｄａｄｒｓａｃｅｅｔｉｅｔｔｃｈｅｌｎｔｘｅｉｎａａａａｅａａｙｅｎｅｅｒｈｄ，ａｄｓｍｅｅｆｃｉｅｎｏｆｅｔｖｍｅｓｒｓａｅｐｏｏｅ．Ｔｈｓａｕｅｎｌｄｅｅａｕｅｒｃｉｃｔｏａｕｅｒｒｐｓｄｅｅｍｅｓｒｓｉｃｕｅｔｍｐｒｔｒｅｔｆａｉｎ，ａｐｉａｉｎｏｃｌｉｅｌｎｉｐｌｔｆＥｘｅｎｄａｉｇｃｏｗｉｔｔｄａａ，ｅｃｈｔ．

涡流发生器应用发展进展

涡流发生器应用发展进展黄红波;陆芳【摘要】This paper presents the basic concept of votex generator and its application in aviation, fluid mechanic, metallurgic industry and chemical engineering field.What’s more ,the application of vortex generator in transportation is mainly introduced.The vortex generator changes the flowing around propeller,which can rapidly reduce the pressure fluctuation and vibration of the ship.%介绍了涡流发生器原理、种类、用途以及涡流发生器较成熟地应用于航空、流体机械、冶金、化工等领域,并取得巨大成绩.重点介绍拓展涡流发生器新功能,成功应用于船舶交通领域,通过改变船舶尾部流场,能大幅度减低船舶螺旋桨空泡诱导的脉动压力,从而有效降低船舶尾部振动水平.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】5页(P611-614,618)【关键词】涡流发生器;流体分离;脉动压力【作者】黄红波;陆芳【作者单位】中船重工集团第七0二研究所无锡214082;中船重工集团第七0二研究所无锡214082【正文语种】中文【中图分类】U671.99涡流发生器（vortex generator）自1947年首次被美国联合飞机公司的Bmynes 和Tayler提出，到目前已广泛应用于航空、流体机械、冶金化工、汽车、船舶等领域.涡流发生器实际上是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比小机翼，所以它在迎面气流中和常规机翼一样能产生翼尖涡，由于其展弦比较小，翼尖涡的强度相对较强.这种高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层流动混合后，就把能量传递给边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离.1 涡流发生器应用分类1.1 涡流发生器尺寸大小分类涡流发生器按大小分三类，即普通涡流发生器（VG）、亚附面层涡流发生器（SBVG）和微型涡流发生器（MVG）.普通涡流发生器初期多布置于飞机外翼段，也有布置于机翼根部和机翼中部，由于其外形尺寸较大，其高度与当地附面层的厚度相当甚至略大，对附面层分离的控制效果较好，但带来的附加阻力也相应增加，特别是在非工作状态，即附面层不分离情况下，产生较大的额外附加形状阻力，正是由于此原因，普通涡流发生器应用较大局限性，逐渐淡出人们的视野.亚附面层涡流发生器和微型涡流发生器主要是指其高度是当地附面层厚度的1／10～1／2，大量试验结果表明，亚附面层或微型涡流发生器延迟附面层的分离效果与普通涡流发生器效果相当，而附加阻力仅是普通VG的1／10.特别是MVG在许多增升装置中成功应用，如美国NASA Langley研究中心的J.C.Lin［1］等研究的微型涡流发生器应用在三段翼型的襟翼上，在相同的迎角下，分别把升力系数和升阻比提高10%和80%.1.2 涡流发生器应用形式分类根据涡流发生器控制附面层分离情况，可以分为被动型和主动型.目前应用最为广泛的是固体式的被动型涡流发生器.此类涡流发生器安装在特定位置，针对特定工况下，可以很好的延缓湍流附面层的分离，起增升降阻作用，但当不存在流动分离的情况下，被动式涡流发生器会增加形阻.主动式涡流发生器是指涡流射管（vortex generator jet），在易产生流动分离区域前方一定距离处，安装特定管径、特定偏航角度（与主流方向间夹角）、特定俯仰角度、特定射流速度（与主流速度比值）的射管，根据运行工况，可以调节涡流射管射流速度，达到合理利用涡流发生器控制流动分离的目的.2 被动式涡流发生器应用2.1 被动式涡流发生器在增升降阻中的应用早在20世纪60年代，Schubauer，Lachmann，Pearcey［2］对涡流发生器控制平板湍流附面层的流动机理进行了研究，研究了涡流发生器流动的湍流结构、流向涡的发展等.进入20世纪90年代，涡流发生器应用于飞机部件流动控制的研究进入高潮，Klausmeyer［3］，J.C.Lin，Wheeler，Broadley［4］，Fulsang Ashill［5］等对用于翼型和机翼湍流附面层控制的涡流发生器原理作了大量试验研究工作.国内对涡流发生也进行了大量研究，如段卓毅［6］等简要回顾了涡流发生器在飞机增升装置中的应用.倪亚琴［7］研究涡流发生器及其对边界层的影响.阎文成［8］对涡流发生器进行系统性研究总结，并针对一超临界翼形，在西北工业大学国防重点试验室NF－3低速风洞试验室中进行了超临界翼型的转捩特性，压力分布特性及气动力特性等.涡流发生器，关键因素之一是其高度与当地附面层厚度之间的关系.因为湍流边界层速度特性如图1所示，边界层厚度0.2δ以下，是粘性作用的主要区域，速度从零增长到外流速度的75%左右，在粘性和逆压梯度双重作用下，导致边界层在该区域发生分离，可见，只要该区域的流动速度得到提高，边界层抵抗分离的能力就增加，因此涡流发生器控制流动分离的机理是：涡流发生器产生的涡流应尽可能地注入到边界层厚度0.2δ（δ为边界层厚度）以下，靠近物面边界层的底部.图1 湍流边界层速度剖面2.2 被动式涡流发生器在加速热交换中的应用涡流发生器由于其能加速后方湍流附面层内流体的流动速度，使边界层厚度变薄，从而减小热阻，起到强化热交换的目的，因此逐步应用于冶金、化工、石化、能源等领域进行强化换热，提升热能利用.如周国兵［9］，郑慧凡［10］等进行了涡流发生器对强化换热的试验.结果表明，涡流发生器能明显改善换热效果，而且影响换热效果关键因素为迎流夹角及排列方式等.2.3 被动式涡流发生器在船舶领域的应用涡流发生器由于其能延缓流体分离，加速附面层内流体的流体速度，因此，近年来船舶工作者将其引入，收到意想不到的效果.Lee Pyungkuk［11］等人利用CFD计算技术，探讨了三角形涡流发生器对低速船舶尾流场的影响.他们在划分网格时，在涡流发生器附近进行加密处理后，共计算了涡流发生器在船舶不同纵向位置、不同高度（横向位置）、不同迎流夹角等螺旋桨处流场特性，即计算涡流发生器后流线，轴向伴流分数以及速度分布云图，计算结果表明，安装合适的涡流发生器后轴向速度可增加10%左右，如图2，图3.图2 螺旋桨0.7R处伴流曲线图3 涡流发生器在不同纵向位置速度分布2008年，中船重工702研究所陆芳、黄红波［12］等人遇到某大湖型船螺旋桨存在严重的桨船连体涡空泡，试验中螺旋桨空泡诱导脉动压力极为剧烈，超出此类船舶脉动压力可接受范围，为了解决脉动压力引起船舶振动问题，重新设计多个螺旋桨（增大侧斜，改变纵倾，叶梢部御载等）均未解决螺旋桨连体涡空泡，随后利用CFD的计算分析发现，该船尾有严重的流动分离现象，如图4a）所示，通过在船体尾部合适位置安装优化的涡流发生器后，船尾流动分量消失，如图4b）所示，随后在船模尾部合适位置安装合适涡流发生器，在大型循环水槽进行了原桨空泡脉动压力试验，在涡流发生器条件下，螺旋桨连体涡空泡完全消除，并大幅度降低螺旋桨激振力大小，如图5所示.渤海重工建造实船按此方案安装涡流发生器后，大幅度降低船舶振动，受到船东，船厂多方高底赞扬.这是涡流发生器首次在国内船舶减振上成功应用.图4 大湖型船涡流发生器安装前后船尾流动比较图5 涡流发生器对脉动压力影响2010年，某多用途船［13］在实船首次试航时，实航航速满足要求，但其船尾部振动剧烈，各舱室、房间及办公场所振动、噪声几乎全超标，无法顺利交船.分析此船轴向伴流场发现，此船伴流场分布形式与2008年大湖型船伴流场极为相似，因此考虑使用涡流发生器作为该多用途船减振手段，在大型循环水槽进行了涡流发生器优化试验方案研究，试验结果表明：合适的涡流发生器能大幅度降低螺旋桨空泡诱导脉动压力大小，如图6所示.图6 涡流发生器安装前后脉动压力实船预报结果对比实船按模型试验优化方案安装涡流发生器后进行了第二次实船试航，实船航速几乎无变化（两次航速变化在0.2%以内），但船尾部分测点（主机房、主甲板、二层甲板、三层、四层甲板的房间以及办公场所、驾驶室以及雷达桅杆处甲板等）处振动明显减小，如图7所示.实船二次试航结束半月后，船厂圆满完成了交船任务. 图7 涡流发生器安装前后振动测量结果比较3 主动式涡流发生器应用主动式涡流发生器（vortex generator jet）可以实现主动流动控制，在不同运行工况均能工作，并取得较好效果.特别是在流体机械领域，叶轮和扩压器内流动分离失速直接关系到压缩机的运行安全，人们在对流体机械内流动机理进行研究的同时，逐渐将目光转到对流体机械内部流动控制方面的研究上.在过去用于流动分离控制的技术设备中，最成功的策略是向将要发生分离的边界层内吹入高动量的流体，以抑制流动分离的发生，提高压缩机性能.与固体涡流发生器相比涡流喷管具有实现主动流动控制的潜力.主动的直接作用于湍流的微细涡流控制方法，可以随着流动状态的变化适时地加以调整，是一种非常灵活的控制策略.通过调节阀门，控制诱发涡的强度，在适当的流动条件下，当分离失速控制不需要实施时，只要关闭喷射管就可以了，采用涡流喷管不会象固体涡流发生器那样产生阻力损失.涡流喷管的性能主要包括以下参数：安装位置、管径、射流管与流动方向所形成的前向倾斜角、射流管与壁面所形成的侧向倾斜角、射流速度与主流速度之比，如果布置多个射管，还需要考虑涡流射管的个数与间隔，常见涡流发生器配置如图8所示.图8 涡流发生器配置示意涡流射管技术最初于1952年被Wallis作为一种主动的控制方法引入，主要用于推迟湍流边界层激波分离的目的.2003年，Rixon［14］和Johari在水筒中利用粒子成像技术对涡流发生器控制边界层的效果进行实验测量，实验得到主流涡的流通环量、峰值强度及在壁面法线上的位置与喷射速度成线性关系，旋涡的位置、强度和影响范围与向射流的前向偏斜角、速度比有着密切关系，在了一个最优位置和尺寸参数使得流动分离控制效果达到最佳状态.郭婷婷［15］等人研究了射入均匀横流中单股湍动射流对流场的影响，认为倾斜角度和速度比对流场影响很大，射流对主气流的影响主要集中在射流发生弯曲直至与主流平行的区域中.孙得川［16］等人对平板单股射流干扰流场和喷管扩张段二次射流干扰流场进行了数值研究，数值结果显示射流／主流总压比的升高使射流穿透深度增加，分离点远离射流处，并且射流与主流的夹角、射流宽度对干扰流场的主要特征有一定影响.Linu［17］和Nishi等人采用雷诺平均N－S方程结合紊流模型对4种类型的扩压器在带有和不带有涡流发生成器时内部流动进行了数值分析.数值结果考察了速度比、涡流发生成器配置数目、位置、孔径等参数对扩压器性能的影响以及纵向涡、二次涡在扩压器内的生成、发展和衰减过程.在一定的速度比范围内，压力恢复系数随射流速度比增大而增大.随着流动向下游发展，诱发涡的强度迅速衰减（非线性的），涡的尺寸（流动影响区域）增大.关于涡流发生器流动控制的研究，大多数都提示了其在流动控制领域的应用价值和巨大潜力.通过对涡的生成、迁移和耗散过程及其对边界层内部流场的研究，为进一步提高其控制性能打下坚实的基础.美国、日本等发达国家在涡流发生器机理及其在湍流边界层分离控制中的应用等方面进行了卓有成效的研究.目前我国关于涡流发生器的研究处于发展阶段，对于涡流发生器在叶轮机械中的应用，特别是在抑制叶轮机械内流动分离、扩大稳定工况范围等方面还没有进行实际有效的研究，还有许多问题有待解决.4 结论1）船舶振动噪声问题日益增多，绿色环保船舶是未来发展趋势，涡流发生器是解决船舶尾部振动最为简便有效措施之一，值得深层次分析研究，拓展其应用广度. 2）涡流射管作为一种主动控制手段，可广泛应用多个行业领域，但其控制参数众多且相互影响，需要归纳主要控制参数影响规律，扩大其在工程应用可靠性.3）涡流发生器涡生成机理，涡运行过程，是认识涡流发生器功效最根本原因，需理论分析并试验验证.参考文献［1］Lin J C.Control of turbulent boundary－layer separation using micro－vortex generators［R］.AIAA paper NO.99－3404，1999.［2］Peake D J，Henry F S，Pearcy H H.Viscous flow control with air－jetvortex generators［R］.AIAA paper NO.99－3175，1999.［3］Klausmeyer S M，Papadakis M，Lin J C.A flow physics study of vortex generators on a multi－element airfoil［R］.AIAA Paper NO.96－0548，1996.［4］Broadley I，Garry K P.Effectiveness of vortex generator position and orientation on highly swept wings［R］.AIAA paper NO.97－2319，1997. ［5］Ashill P R，Fulker J L，Hackett K C.Research at dera on sub boundary layer vortex generators（SBVGS）［R］.AIAA paper No.2001－0887，2001. ［6］段卓毅，陈迎春，赵克良，曹旭.微型涡流发生器在飞机增升装置中的应用［J］.国际航空，2004（3）：58－59.［7］倪亚琴.涡流发生器研制及其对边界层的影响研究［J］.空气动力学学报，1995（1）：110－116.［8］阎文成.超临界翼型附面层分离及控制方案研究［D］.西安：西北工业大学工程力学系，2004.［9］周国兵，张于锋，齐承英.几种翼型涡流发生器强化换热及流组性能的实验研究［J］.天津大学学报，2003，36（6）：735－738.［10］郑慧凡，高平安.新型强化换热方法的换热性能的研究［J］.四川化工与腐蚀，2003，6（4）：52－55.［11］Lee Pyungkuk，JeongYoungjun，Byun Taeyoung.A study on the stern flow affected by vortex generator for low speed vessel［C］／／Proceedings of 3rd PAAMES and AMEC，2008：63－68.［12］Lu Fang，Huang Hongbo.Cavitation observation and pressure fluctuation measurements for model propellers of××D WT bulk carrier ［R］.无锡：702所科技报告，2008.［13］黄红波，陆芳.涡流发生器在民船减振上的应用研究［R］.无锡：702所科技报告，2010.［14］Rixon G S，Johari H.Development of a steady vortex generator jet in a turbulent boundary layer［J］.Transaction of the ASME，2003，125：1006－1015.［15］郭婷婷，徐忠，李少华.2种角度横向紊动射流的实验分析［J］.西安交通大学学报，2003，37（11）：1 207－1 210.［16］孙得川，蔡体敏.超声速流动中横向射流场的影响参数［J］.推进技术，2001，22（2）：147－150.［17］Liu X M，Nishi M.Time－averaged flow in a conical diffuser with vortex generator jets［C］／／The Fourth Internation Conference on Pumps and Fans.Beijing（Invited Paper），2002.。

强化传热技术与新型高效换热器研究进展_方书起

强化传热技术与新型高效换热器研究进展方书起祝春进吴勇牛青川赵银峰(郑州大学)摘要简述了国内外实用强化传热技术的研究状况。

介绍了国内外开发的强化传热元件以及国内外推出的各种新型高效换热器。

关键词强化传热传热元件管壳式换热器新型高效换热器中图分类号 T Q051 5 文献标识码 A 文章编号 0254 6094(2004)04 0249 05换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。

据统计,在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30%,在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40%左右,海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的[1]。

上个世纪70年代初发生的世界性能源危机,有力地促进了传热强化技术的发展。

为了节能降耗,提高工业生产的经济效益,要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备[2]。

而强化传热元件的研究是新型高效换热设备设计制造的基础。

因此,二十余年来,强化传热技术和换热器的开发与研究始终是人们关注的课题[3]。

当今换热器的发展以计算流体力学、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发形成了一个高技术体系[4]。

1 强化传热技术换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内,单位传热面积传递的热量达到最多[5]。

应用强化传热技术的目的是:提高现有换热器的换热能力;减小设计传热面积,以减小换热器的体积和质量;减小换热器的阻力,以减小换热器的动力消耗;使换热器能在较低温差下工作。

强化传热主要有3种途径:提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差。

2 管壳式换热器目前,管壳式换热器仍是石油、化工、冶金和制冷等工业部门中应用最普遍(约占70%),理论研究和设计技术最完善,运用可靠性良好的一类换热器。

其研究包括了管程和壳程两侧的传热强化研究。

2.1 管程强化传热研究人们想尽各种办法实施强化传热,归结起来不外乎两条途径:改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。

强化传热技术与新型热交换器

2、改变壳程挡板或管间支撑物，以减小或消除壳程流动和传热的滞留死区，使传热面积得到充分利用。
折流板也有不同的形式，由于折流板形式不同，壳侧折流的情况也不一样。
折流板与折流型式-1
折流板的作用：
1）作为管子的支撑结构； 2）使壳侧流体提高流速并横掠管束，从而强化传热。
折流板的缺点：
1）壳侧流动阻力大； 2）存在流动死区和折流板孔隙的漏流，使实际传热效果低于理论值； 3）引起诱导振动，从而导致管子断裂。
管壳式换热器
典型折流板管壳式换热器有不同的管子排列方式。正方形排列
三角形排列
三角形排列
在管壳式换热器中与管内的换热相比，壳程的换热往往要弱得多，因此强化壳程的换热就显得很重要。
强化壳程的换热的途径有两种：
1、改变管子的外形或在管外加翅片，即通过管子形状和表面特性的改变来强化传热,如螺旋槽管、横纹管、外翅片管等；
改进板式支撑结构
双弓形及多弓形折流板螺旋折流板整圆形隔板花隔板
折流板与折流型式-2
折流板与折流型式-3
螺旋折流板是将传统的垂直弓形板换成螺旋状或近似于螺旋状的折流板，折流板与换热器壳体的横断面有一个倾斜角度，从而使流体在壳程沿螺旋通道流动
将壳程流体由横掠管束改为纵掠管束就能完全消除流动死区并防止管子产生诱导振动。但众所周知流体横掠管束的换热高于纵掠管束。因此为了实现流体纵掠管束并使换热得以强化，就出现了各种整圆形隔板。最初出现的整圆形大孔隔板就是在圆形隔板上钻比管子大的圆孔，既让管子通过，又有足够的间隙让流体通过。
花隔板换热器与折流板换热器综合性能Kቤተ መጻሕፍቲ ባይዱΔp比较图
由图可知，在壳侧流体体积流量相同的情况下，花隔板换热器的综合性能K/Δp 比折流板换热器综合性能K/Δp高10％～30％。

新型换热器与强化传热技术

新型换热器与强化传热技术
1换热器与强化传热技术
换热器是工程技术领域中常见的一种设备，可以把输入进来的低温冷却介质加热，输出加热的介质。

随着技术的发展，换热器的性能也在不断改善。

换热器的新型材料以及强化传热技术有助于提高换热效果。

首先，新型换热器可以降低体积质量比，提高传热比，对于某些特殊环境下的安装非常有效，并有助于提高设备的整体能源效率。

其次，新型换热器的附加结构可以有效提高换热效率，让设备运行更加高效，更加稳定可靠。

最后，新型换热器材料因其独特的抗腐蚀能力和耐高温性能，可以提高换热效率，抵抗各种恶劣环境因素，从而延长设备使用寿命。

此外，强化传热技术也是极大提升换热器性能的另一种方法。

该技术充分利用物理结构，在用于换热器的热传导表面上加入许多小的助放孔，使进入换热器的介质能够充分接触内部换热表面，从而改善换热效率。

综上所述，新型换热器以及强化传热技术都能有效地提升换热器的性能，让设备在更低的能耗状态下得到更好的换热效果，从而为机电设备的使用提供质量保证。

强化单相对流换热技术研究进展

强化单相对流换热技术研究进展近年来，由于能源短缺和环境保护的压力日益增大，对于能源的有效利用和节约成为了热工研究的热点问题之一、在众多能源利用技术中，热传递技术被广泛应用于工业生产、建筑空调、核电站等领域。

在传统的热交换器中，由于传热管路的相对布局折流和换向导致压力损失，降低了传热效果，同时也增加了制造难度和成本。

为了克服这些问题，强化单相对流换热技术应运而生。

首先，在强化单相对流换热技术的研究方面，研究人员通过改变管道的布置形式来改善传热效果。

例如采用错位排列的螺旋通道结构，可以实现流体在管内的旋转，增加流体表面与管壁的接触面积，从而提高传热效果。

此外，还有一种多流路对流换热器，即将传热液体分流至多个平行流通的通道中，在保证流体流速的情况下，进一步增加了流体与管壁的接触面积，提高了传热效率。

其次，在传热性能的提升方面，研究人员还通过改变流体的流动状态来实现。

相比于传统的强制对流方式，自然对流方式具有低压降、低噪声、节能等优点。

通过改变流体与换热器之间的传热方式，如采用导热油和高分子溶液等媒体代替水，可以在保证换热效果的同时，减小流体的流动阻力，提高传热效率。

第三，研究人员还通过改变换热器的几何结构来优化传热性能。

如采用微小尺寸管道或将管道加工为波纹状，可以增加单位面积内的传热面积，从而提高传热效果。

此外，还可以通过优化流体入口和出口的设计，增加流体的流速，提高传热效果。

最后，在辅助技术方面，研究人员还通过加强换热器与其他设备的配合，进一步提高传热效率。

例如在核电站中，可以通过将换热器与核反应堆或蓄热器等设备结合，实现余热的回收利用；在工业生产中，可以通过连续换热技术，使废热在多个换热器之间传递，提高能量的利用率。

总之，强化单相对流换热技术在传热领域具有广阔的应用前景。

通过改变传热器的结构和流体的流动方式，可以大幅度提高传热效率。

目前，国内外学者们还在深入探索和实验中，以更高效、更节能的强化单相对流换热技术为目标，为相关领域的发展做出更大的贡献。

基于强化传热的新型换热器研究

基于强化传热的新型换热器研究随着现代工业的发展，换热技术也不断得到了广泛的应用。

传统的换热器已经无法满足高效、节能、环保的要求，因此，各国科研人员不断地进行换热器的研究和改进，希望能够研发出更加先进、节能、低污染的新型换热器。

其中，基于强化传热的新型换热器就是目前现代换热技术研究领域的热点之一。

一、强化传热的意义传统的换热器在传热方面有很多不足之处，如传热效率低、易形成气泡和结垢、管壁污垢易产生压降等问题。

因此，研制更加先进、更高效的换热器已经成为了一项重要的研究课题。

基于强化传热的新型换热器能够有效地解决传统换热器存在的问题。

该类换热器主要利用流体流动的特性和流场的变化，从而提高传热效率，减少换热器结垢和气泡壁效应，使换热器保持长时间的高效运行状态。

同时，基于强化传热的新型换热器还具有节能、减少污染等优点，在现代工业中应用广泛。

因此，对于基于强化传热的新型换热器的研究具有相当的意义。

二、原理和技术强化传热原理是发挥流场的优势，通过改变流体的流动状态，提高传热的速率从而达到传热效率的提高。

下面列举一些基于强化传热的新型换热器技术。

1. 翅片式换热器翅片式换热器是应用比较广泛的一种换热器。

该种换热器的主要特点是在内、外筒的壁面上采用不同的形状的翅片来增加流体的流动路径，从而提高传热效率。

2. 螺旋流道式换热器该种换热器主要是利用流体在螺旋流道中的流动，达到传热效率的提高。

与传统管壳型换热器相比，螺旋流道式换热器能够显著增加传热表面积，降低压降，减少结垢和气泡效应，提高传热效率。

3. 微通道式换热器微通道式换热器将微通道技术应用于换热器中，采用微型的通道和复杂的表面几何结构，从而在有限的体积内获得大的传热面积。

因此，微通道式换热器能够提高传热效率，同时还有很好的抗污染性能。

三、应用与发展基于强化传热的新型换热器具有广泛的应用领域，如电子设备、空调系统、汽车散热系统、化学反应器等。

随着现代工业的不断进步，各种新型材料和新技术的发展，基于强化传热的新型换热器在应用领域与技术上也不断发展和完善。

换热器强化传热方法及研究进展

换热器强化传热方法及研究进展摘要：管壳式换热器的应用领域非常广泛，对其进行强化传热方面的研究具有显著的经济效益和社会效益，不仅符合国家对企业节能减排的要求，而且能够降低企业的生产成本。

无论换热器的管程还是壳程强化传热技术，都会朝着结构简单、传热效率高的方向发展。

关键词：换热器；强化；传热《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出，到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。

主要实施的措施是调整优化产业结构，加快淘汰落后产能，推动传统产业改造升级，加快节能减排技术开发和推广应用，重点推广高效换热器等节能减排技术。

我国石化行业的换热设备以管壳式换热器为主，而且传统弓形折流板换热器占到总量的70%～80%。

弓形折流板换热器固然有其优点，并在产业节能方面做出了巨大贡献，但在新的节能减排形势下，其缺点（压降大、存在大量流动死区、振动大、传热效率低等）严重限制了自身的生存和发展空间，同时也推进了强化传热理论和换热器的发展。

一、强化传热理论的工程应用根据强化传热理论，在管的两侧范围内，需要增大传热系数较小的一侧才能有效改进总传热系数。

由于无法确定所有工况下，需要增大管内或管外的传热系数以得到最高的总传热系数，因此，强化传热理论在工程中的应用不是单一的模式，而是呈现出3种趋势，即对管内、管外、管束整体的强化传热。

无论是那种类型的强化传热结构，都已经细化出许多更新类型，且其适用的工作环境和强化效果各异。

管程强化传热高效强化传热管的研究一直是传热领域最活跃和最有生命力的重要研究课题。

管程强化传热技术可归结为两个方面，其一是改变换热管形状以加大管程流体湍流程度或传热面积，如螺纹管、伸缩管、波纹管、翅片管等，其中研究较多、较典型的是螺纹管和翅片管；另一种是管内插物，用来增强管程湍流程度，常见的有管内插纽带、绕丝花环等，其中，内插纽带由于制造简单，传热效果优良，得到了国内外研究人员的广泛认定。

新型强化换热器

新型强化换热器
甘建衡
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】2000(21)2
【摘要】长期以来 ,换热器都是以光滑管为主 ,由于光滑管换热器的换热效率低 ,能耗高 ,因此 ,它们将被一种新型的换热器———强化换热器取而代之。

采用强化换热器 ,不仅提高了换热效率 ,并可缩小堆厅的尺寸 ,使其更加紧凑化 ,对核动力装置的小型化、紧凑化。

【总页数】4页(P131-133)
【关键词】核动力装置;换热器;热传递;强化换热
【作者】甘建衡
【作者单位】中国核动力研究设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TL353.13
【相关文献】
1.硫酸转化系统中新型换热器的强化传热研究 [J], 周水洪;邓先和;何兆红
2.管壳式换热器新型管支撑结构在传热强化方面的进展 [J], 陈姝;高学农;徐娓;王端阳
3.强化传热技术与新型高效换热器研究进展 [J], 方书起;祝春进;吴勇;牛青川;赵银峰
4.套管式换热器新型螺旋弹簧式强化传热元件传热实验研究 [J], 郭丽;朱鋆珊;王婷
5.新型聚丙烯中空纤维换热器的数值模拟及其强化传热分析 [J], 罗倩;王光龙;桑海涛
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相变蓄热强化换热研究方法郑炜博王伟斌范路孙东宋泓霖

相变蓄热强化换热研究方法郑炜博王伟斌范路孙东宋泓霖发布时间：2021-08-24T00:33:41.860Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期作者：郑炜博王伟斌范路孙东宋泓霖[导读] 对比了不同的换热器形式，给出了一些提高换热性能的方式：翅片的研究、管路的排布、合成材料、自然对流的研究等，本文主要对当前研究现状进行了简要介绍梳理。

胜利油田技术检测中心东营 257000摘要：为解决能源使用中的供需不匹配问题，蓄热的方式引起了各界注意。

在各种蓄热方式中，相变蓄热由于蓄热量大、换热稳定而成为了蓄热研究的热点，针对相变材料导热系数差的问题，各学者对影响换热器性能的因素进行了研究，对比了不同的换热器形式，给出了一些提高换热性能的方式：翅片的研究、管路的排布、合成材料、自然对流的研究等，本文主要对当前研究现状进行了简要介绍梳理。

关键词：相变储热；换热器；对比分析随着社会的发展，能源的供给和电能的使用与实际不匹配的问题日益严重，在用能供给低谷期造成了严重的能源短缺和浪费。

另外，太阳能、风能等可再生能源也存在着由于间歇性供应而无法提供持续电力的情况发生。

采用储热技术可有效纠正和解决此类综合利用问题，提高可再生能源系统的储热效率和能源综合利用率，因此，近些年在进一步纠正和有效解决可再生能源综合利用系统中能源供给不匹配的突出问题上，大多选择采用了相变储热的方式。

总的来说，对相变蓄热装置进行研究来提高蓄/放热速率具有重要的工程意义。

一、蓄热装置常用结构相变储热是一种利用材料的相变潜热进行换热的技术，相比显热储热其具有储热密度高、蓄放热过程温度变化小的优点，但相变蓄热材料普遍存在的导热系数低而换热慢的问题，严重限制了其实际的应用。

就相变储热而言，为保证换热过程中相变材料的性质与质量相对稳定，需采用装置将换热材料与换热介质进行分隔来防止相变材料的变质与损失。

另外，合理的装置结构可有效提高整体换热速度，因此为提高换热速率，各学者对不同相变蓄热装置结构换热性能进行了研究。

强化换热及其研究进展

1 前言当今世界，由于工业，经济的巨大发展，世界各国普遍面临着能量短缺问题，开发新能源以及如何高效利用现有能源得到了世界各国的普遍关注。

由于换热设备在工业生产中的广泛应用，提高换热器效率，研究强化换热的新技术成为人们日益关注的传热学新课题。

本文将从强化传热技术的发展过程、强化传热新技术以及强化传热技术的实际应用状况几个方面对近几年来强化传热技术的总体进展进行介绍。

[1]2 正文热量传递方式有导热、对流以及辐射三种，因此，强化传热方法的研究也势必从这三个方面来进行。

由于导热和辐射传热的强化受到的限制条件较多，所以对流换热的强化受到重视。

因此，强化换热方法中研究最多，涉及面最广的是对流换热的强化。

强化传热的研究从50 年代中期开始增多，近几十年来发展迅速，并成为传热学中重要的研究方向和组成部分。

[2]2.1 强化传热的意义在现代科学技术的许多领域,如动力、冶金、石油、化工、材料、制冷以及空间、电子、核能等,均涉及到加热、冷却和热量传递的问题。

换热器是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,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,以提高传热量来减小换热器的体积和重量。

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。

[3]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,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。

2.2 强化传热的目的和任务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:(1)减小换热器的传热面积,以减小换热体积和重量;(2)提高现有换热器的换热能力;(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。