(完整word版)强化传热技术
化工设备 强化传热
传热的技术。主要包括：涂层表面、粗糙表面、扩展表面、扰动元件、
涡流发生器、射流冲击、螺旋管以及添加物等手段。
5
二、扩面强化管技术
1）扩展表面强化管技术：扩大传热管内外有效的传热面积。 2）基本特点：将传热管的内外表面轧制成不同的表面形状 , 使管内外 流体同时产生端流以提高传热效率。 （一）螺旋槽纹管
2）扩大冷、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。此法受生 产工艺限制，不能随意变动，只能在有限范围内采用。
传热强化渠道之二:增大换热面积
1）采用小直径换热管；——在同样金属重量下总表面积增大； 2）改进传热面结构，设法提高单位容积内设备的传热面积，即：扩展 表面换热面，既增加换热面积，又提高传热系数。
增加平均传热温差 传热强化渠道
扩大换热面积 提高传热系数
3
传热强化渠道之一:增大平均传热温差
平均传热温差 t m 是传热过程的推动力，由冷、热流体最大无相变温差 决定，但一般生产工艺中已经确定。 1）当冷流体和热流体进出口温度一定时，利用不同的换热面布置来改 变平均传热温差；——逆流；多股流动换热。
（三）异形截面管 （二）缩放管
a b
6
元件是管式换热器强化 管程单相流体传热的有效措施之一，尤其是强化气体、低雷诺 数或高黏度流体传热更为有效。
四、折流栅代替折流板技术
以折流栅代替折流板的管壳式换热器又称折流杆换热器。
2
3
1
作用—管束支撑结构 特点—减轻折流板对换热管的剪切破坏和流体诱导 振动；避免折流板导致的传热死区，减小流 体阻力，提高传热效率。
4
传热强化渠道之三:提高传热系数
提高传热系数的方法
当前研究传热强化的重点
主动强化（有源强化）
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。
(完整版)强化传热技术及应用
导热及其强化
• 导热现象发生时，物体内部的热量会从 温度较高的部分传递到温度较低的部分， 温度较高的物体会把热量传递给与之接 触的温度较低的另一物体。
• 固体、液体、气体内部或之间都可能发 生导热现象。
导热及其强化
• 傅里叶定律
A dt
dx
• 面积热阻 x
t
(x / A)
导热及其强化
• 电子产品散热：导热（+电绝缘）。导热胶粘剂，特别 适合于不规则形状界面。
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
小结
• 1）减少导热热阻：使用导热系数较高的材料 作为导热介质。如纯银、纯铜、纯铝等。
• 2）减少接触热阻：.a. 提高接触表面光洁度 或增加物体间的接触压力，以增加接触面积； b.在接触面之间充填导热系数较高的气体（如 氦气）；c.在接触表面上用电化学方法添加软 金属涂层或加软金属垫片。
• 3）导热胶粘剂的应用。
辐射换热及其强化
辐射换热： • 0K以上物体都具有发射辐射能的能力； • 波长由短到长依次分为γ射线，Χ射线，紫外线，
可见光，红外线，无线电波； • 同温下黑体的辐射能力最大。
辐射换热及其强化
太阳辐射：
• 组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而 太阳只是其中中等大小的一颗；
导热及其强化
• 作为涂层或衬垫用的材料应该具有较低的硬度、 适当的熔点、及较高的导热系数。
• 垫片硬度必须低于基体材料。
• 垫片厚度应该与表面粗糙元高度相当，最好不 要超过粗糙元高度均方根值的两倍。
导热及其强化
• 涂层或衬垫材料的物理特性
导热及其强化
• 铜和铝的导热性能良好，并且价格便宜， 在温度不很高的情况下可用作垫片或涂 层材料。
强化传热原理
（4）横向绕流圆管
（5）横向绕流管束 顺列和叉列
第三章 管内单相流体对流换热的 强化
一、单相流体管内对流换热概述
影响因素: 自然对流、强制对流 层流、紊流、过度区域（流动雷诺数） 入口段、稳定段
– 管内换热强化的方法
原则上分两大类： 第一类为增加管子内侧的换热面积； 第二类是使管内换热系数提高。
例如采用每台换热器全年的费用
六、传热研究方法
理论分析求解
经典方法，求解微分方程组及定解条件，只能解决简 单问题
数值求解
利用数值分析和计算机，可解决较复杂问题，近些年发展迅速， 但紊流模型不够完善。
实验求解
传统方法，可解决复杂问题，可分为直接实验和模型实验。实 验范围和结果适用条件受限
第二章 强化对流换热理论基础
1、对流换热的理 论基础
（1）边界层概念
速度边界层厚度δ和 温度边界层厚度Δ之 间的关系，取决于流 体普朗特数Pr的数值。 当Pr>1时，Δ＜δ；当 Pr＜1时，Δ＞δ
（2）流体流过平壁
当Re的数值达到3．5×1O5时，层流边界层开始向 湍流边界层转变．临界雷诺数的数值还取决于流动 工况、流经物体的几何状况和来流的湍流度．层流
的流动工况，使换热明显提高。
强化换热的特点：
管内翅片对管内层流和紊流均能起到强化作用； 肋片系数越大，强化传热效应均增加； 螺旋翅片的强化效果要好于直肋片； 内翅片管的强化传热效应随Re的增加而减弱； 将肋片开槽，做成分段翅片、弯曲翅片等可进一 步强化翅片的传热。
使用场合：
内翅片管主要适用于管内对流换热系数 相对较小，流体流动雷诺数较小时的场 合，它不适合于流体易阻塞，易结垢的 场合。
强化传热的措施
被动强化传热技术
扩展表面：通过增加传热表面的面积，如使用肋 片、鳍片或散热片等，以增加传热效果。扩展表 面可以增加传热表面的有效面积，从而提高传热 效率。
相变材料：利用相变材料在相变过程中吸收和释 放大量潜热的特点，强化传热效果。相变材料可 以在恒温下实现热量的储存和释放，从而提高传 热系统的整体性能。
01
微型化与集成化
随着微电子技术的飞速发展， 传热设备将越来越微型化、集 成化。未来传热技术需要在更 小的空间内实现高效传热，为 微电子设备的散热提供解决方 案。
03
02
智能化传热技术
04
多场耦合传热研究
在实际工程应用中，传热过程 往往伴随着流动、电磁等多物 理场耦合作用。未来强化传热 研究将更加注重多场耦合作用 下的传热机理与性能优化。
改进传热介质
04
通过改进传热设备的结构设计 ，提高设备传热效率。例如， 采用更高效的传热元件、增加 传热面积、优化流体流动路径 等，以降低热阻，提高传热效 果。
采用高强度传热材 料
选择具有高导热系数的材料，如 铜、铝等，用于制造传热设备， 可以显著提高传热效率。同时， 研究新型高热导率材料，如石墨 烯等，有望为强化传热领域带来 革命性突破。
采用扩展表面
通过增加辐射体的表面积，如采 用肋片、鳍片等扩展表面，可以 增加辐射传热面积，从而提高辐 射传热效率。
多层辐射面
设计多层辐射面结构，使热量在 多层辐射面之间反复传递，增加 辐射传热的有效面积。
提高辐射率
选用高辐射率材料
选择具有高辐射率的材料作为辐射传热介质，如黑体辐射 材料，可以显著提高辐射传热效率。
随着强化传热技术的不断发展和应用，将 推动工业生产设备和技术不断升级，提高 产业整体竞争力和可持续发展水平。
强化传热技术简介
强化传热技术简介强化传热技术是指能显著改善传热性能的节能新技术，其主要内容是采用强化传热元件，改进换热器结构，提高传热效率，从而使设备投资和运行费用最低，以达到生产的最优化。
发展早在18世纪初就提出让风吹过物体表面强化对流传热。
但该技术真正引起人们重视是在20世纪60年代后，由于生产和社会发展的需要，强化传热技术载30多年来得到了广泛的发展和应用。
迄今为止，强化传热技术在动力，核能，制冷，石油，化工乃至国防工业等领域中得到广泛应用，国内外公开发表的论文和研究报告超过6000篇，获得了数百项专利，已发展成为成熟的第二代传热技术。
能源存在形式：矿物核能，地热能，化石燃料的化学能，太阳辐射能，海洋温差能，潮汐能，生物能，江河水利能，风能等，能量实质上就是各种运动形式相互联结，作用，转化的唯一媒介和桥梁，而能量利用的本质则是人为的以自然发生的变化去促成人类所需要的变化。
能源不仅是人类社会生存与发展的最基本的物质基础，而且是发展社会生产力的基本条件。
由于多年来对能源进行了不适当的开发利用，自20世纪70年代初中东石油危机爆发以来，以能源为中心的环境，生态和社会经济问题日益加剧，世界各国从发认识到节能的重要意义，能源的合理利用已成为当今世界各国应如何良性发展工业的核心问题，各种节能技术如雨后春笋般竞相出现。
强化传热技术的分类强化传热技术分为被动式强化技术(亦称为无功技术或无源强化技术)和主动式强化技术(亦称为有功技术或有源强化技术)。
前者是指除了介质输送功率外不需要消耗额外动力的技术; 后者是指需要加入额外动力以达到强化传热目的的技术。
2.1被动式强化传热技2.1.1 处理表面包括对表面粗糙度的小尺度改变和对表面进行连续或不连续的涂层。
可通过烧结、机械加工和电化学腐蚀等方法将传热表面处理成多孔表面或锯齿形表面, 如开槽、模压、碾压、轧制、滚花、疏水涂层和多孔涂层等。
此种处理表面的粗糙度达不到影响单相流体传热的高度, 通常用于强化沸腾传热和冷凝传热。
6.5 强化传热
U T U T cos
Nux f (Rex, Pr,cos )
【注：参见思考题99】
第6章 6.5节（20）
5
管内充分发展的层流换热差，一个重要原因
是其夹角 几乎为90°。这时导热成为主要传
热方式，而对流的作用微弱。
速度与温度梯度剖面的饱满程度提高将导 致对流换热的 Nu 上升。
应用实例：交叉缩放椭圆管
图1. 网格划分
第6章 6.5节（20）
6
图2. 不同截面位置的速度矢量图
第6章 6.5节（20）
7
第6章 6.5节（20）
应用实例2：
Twisted tube bundle for a shell-and-tube exchanger.
Adapted from “Fundamental s of Heat Exchanger Design” by R K. Shah and D P. Sekulic, John Wiley & Sons Inc.
t,x 0
cp
u
t x
v
t y
dy
t y
w
qw
改写为矢量形式：
第6章 6.5节（20）
4
t,x c p
0
U T
dy
t y
w
qw
无因次化后得出
1
Rex Pr U T dY Nux
0
强化单相对流换热，除Re，Pr 之外还存在另一个因素， 即速度矢量与温度梯度矢量的夹角 ，即速度场与温
第6章 6.5节（20）
17
几种单相强化波节管
第6章 6.5节（20）
18
管内、管外强化管 及各种螺旋盘管
强化传热技术
辐射换热及其强化
• 光谱选择性辐射表面：某些光谱选择性辐射表面能够比较 完全地吸收来自高温物体短波长的辐射能，同时在自身较 低温度下（因而辐射波长较大）保持不高的发射率，所以 可获得较大的净辐射能。 • 通常，太阳能集热器采用价格便宜且容易获得的黑漆作为 辐射的吸收率和在集热器 传热管的涂层。但黑漆并非光谱选择性涂料，它对太阳能 壁面温度下的辐射率都很 高，可达０.９５。为了减 少集热器壁面的散热损失， 集热器外要加装一种廉价 的选择性材料－玻璃。
强化冷凝传热：减薄或消除冷凝液膜；疏 导冷凝液膜迅速流开壁面；减小冷凝传热热阻 等等。
冷凝传热强化
传热系数:珠状冷凝＞＞膜状冷凝
滴状冷凝:冷凝液不能润湿壁面，只能在壁面上形成液珠。 液珠长大后，受重力的作用不断地携带着沿途的其他液珠 沿壁面流下。与此同时，新的液珠又会在原来的途径上重 新复生。
实现滴状冷凝的途径有： 在金属表面涂上憎水基有 机化合物涂层；金属硫化 物涂层；贵金属涂层；高 分子聚合物涂层；往蒸汽 中注入不润湿性介质等。
电子产品散热：导热（+电绝缘）。导热胶粘剂，特别适合于不规则形状界 面。
对流换热及其强化
对流：由于流体的宏观运动，使流体各部 分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混， 从而引起的热量传递过程称为对流换热。 分为自然对流和强迫对流。
Nu 0.664 Re
Nu C Re Pr
n
1/ 2
辐射换热及其强化
• 利用辐射板增强高温通道内的传热。 • 例如在高温气冷管中插入一块沿轴向放置的高粗糙度烧结 板，烧结板接近黑体，几乎可以完全吸收来自高温管壁的 辐射能，使板温迅速升高，而且还由于它是粗糙壁面，对 流换热系数很高，即使 板面温度略低于管壁温 度，也能使高温壁面的 输热量增加一倍左右， 但压降将增加４倍左右
强化传热原理
增强对流换热系数α是关键
原理
（1）减薄温度边界层 （2）增加边界层内的扰动 强化对流换热的新概念，既流线和等温
线的夹角可以强化传热。
强化单相介质对流换热
（1）采用提高工质流速
（2）使流体横向冲刷管束，消除流体流动时出现的旋涡死滞区
（2）增加流体的扰动和混合、破坏流体边界层或层流底层的发展、 改变换热面表面状况等。例如采用粗糙表面（螺纹管、螺旋槽管、 波形板 ），扩展表面 （翅片管、内肋管 ），旋涡发生器 （扭带、 螺旋线圈、导流叶片 ）
强化有相变的沸腾传热过程
增加换热面上的汽化核心及生成汽泡的频率 。例如采用高效多孔换 热表面可以将沸腾换热系数提高近十倍 （表面渗层、表面喷涂、表 面滚花 、开槽表面 ）
强化有相变的凝结传热过程
实现珠状凝结（表面镀层）
减薄凝结液膜厚度 （内肋管，外肋管，扭带、螺旋线圈等）
四、强化传热技术的分类
按强化手段分类，传热强化可分为被动式和主 动式两大类
（1）主动式（需要外部能量消耗 ），可分为 换热面振动、流体振动、电场作用、注入或吸 出、冲击射流等
（2）被动式（不需要外部能量 ），主要有处 理表面、粗糙表面、扩展表面、旋涡发生器， 利用表面张力的结构和在流体中加添加剂等
五、强化传热技术的效应评价原则
强化传热被誉为“第二代传热技术”，是上世 纪六十年代以后发展起来的一种改善传热性能 的先进科学技术。四十多年来，强化传热的研 究一直十分活跃。国内外众多的科研机构、高 等院校和生产部门都进行了大量卓有成效的工 作，迄今为止，单就工程意义重大的对流换热 方面就每年发表了近千篇以上的论文和报告， 研究领域几乎涉及到工业的所有部门。大批强 化传热研究成果投入商品化运营，已取得了显 著的经济效益和社会效益。
强化传热技术进展
3)
目前设计均是根据经验或半经验,以作为估算K值
的依据。有时为满足工艺传热要求,认为选取较大的污
垢热阻比较安全可靠,这就要加大传热面积,但这将使介
质流速降低,从而反会降低传热效率。
三、 强化传热技术概况
从强化的传热过程来分，分为导热过程的强化、单
相对流传热过程的强化、沸腾传热过程的强化、凝结传
热过程的强化和辐射传热过程的强化。从提高传热系数
均面传热的计算公式为：1/K=1/α1+R1+δ/λ+R2+1/α2式
中1/K为传热总传阻， α 1、α2为传热面两侧的对流传 热系数，R1、R2为两侧污垢热阻。
1) 减小对流传热的热阻。即提高两侧的对流传热系数 α 1 、α2，具体改变 α 1 (或α2)方法。
2) 减小污垢热阻。运行中的传热设备期表面常有结垢或 结灰,这会导致传热速率降低,严重时效率降幅可达30%
的各种强化传热技术来分，可分为有功技术和无功技术，
也将其称为有源强化技术和无源强化技术，主动式强化
技术和被动式强化技术。
强化对流传热，它主要在扩大加热管的有管子内外表面扎制
成各种不同的表面形状,促进流体产生湍流,提高传热性
能。
强化沸腾传热是通过改良传热表面的性能，来强化
2) 提高热流体温度或降低冷流体温度。若条件允许，提 高热流体的温度T或降低冷流体t，都能加大其温差T-t， 从而加大△tm。但要防止当温度过高或过低可能出现的 结垢、物料沉淀或结晶等现象，导致传热恶化。因此在 设计中必须考虑该问题。
3、 提高总传热系数
提高总传热系数K是当今传热强化研究的重点。平
三要素来考虑强化传热过程。
1、 采用高效能传热面
强化传热
强化传热一.实验目的：考察两种强化传热方式对对流传热的影响。
二.实验原理：1.如图：实验原理图：2．1能量横算式：Qh=Qc,Wh*r=Wc*Cpc*(t2-t1),即：热流体放出的热量在不计热量损失是全部用于冷流体吸收升温。
3.1总传热方程式：Q=K*A*Δtm, Δtm是冷热流体总的凭据温差，Δtm=(Δt2-Δt1)/ ㏑(Δt2/Δt1)，对于逆流流动:Δt1=T1-t2, Δt2=T2-t1。
3.2.牛顿冷却定律：对冷流体,dQ=α*A*(tw-t)。
当取平均对流传热系数α，温差取壁面与流体间的平均温差时，牛顿冷却定律可近似写成Q=α*A*Δtm，实验中Δtm=tw-t-, t- =(t1+t2)/2。
3.3总传热系数K:对于清洁管路不考虑污垢热阻，1/Ko=1/αo+b*do/λ*dm+do/(αi*di),实验中金属管的传热热阻很小可忽略不计，传热面可看做平壁面，则do≈di≈dm,1/=≈1/αo+ /αi，有有相变时对流传热系数增大即αo>>αi,则K≈αi。
4.对流传热的努赛尔准数Nu=0.023Re^0.08*Pr^n,当流体被加热时n=0.4,当流体被冷却时n=0.3。
5对于Nu=A*Re^m*Pr^n,两边取对数，㏒（Nu/Pr^n）=㏒A+m*㏒Re。
做㏒（Nu/Pr^n）—㏒Re图，则直线斜率为m，A=Nu/(Pr^n*Re^m)。
三. 实验装置与实验方案：1.1实验装置：1.2装置参数：①普通管：内管内径di=20.00mm, 内管外径d0=20.00mm;外管内经Di=50.00mm, 外管外经D=50.00mm;测量度（紫铜内）长度L=1.00m。
②强化管：内管内径di=20.00mm, 内管外径d0=20.00mm;外管内经Di=50.00mm, 外管外经D=50.00mm;测量度（紫铜内）长度L=1.00m；强化内管内插物丝经h=1mm;(螺旋线圈)尺寸节距H=40m。
换热器强化传热技术
换热器强化传热技术摘要: 介绍了管壳式换热器壳程强化传热方面所展开的研究工作及取得的成果, 指出了强化传热技术的研究方向。
关键词: 管壳式换热器; 壳程; 强化传热引言管壳式换热器在化工、石油、动力、冶金、制冷、原子能、造船、食品等工业部门中有着广泛的应用。
近40 年来, 国内外对管内强化传热进行了大量的研究, 取得了丰硕的成果,目前已有的强化传热管技术不下百余种。
相比之下, 壳程强化传热方面的研究远远没有管程研究的广泛和深入。
直到20 世纪70 年代, 壳程强化传热技术才开始受到重视, 并取得了较大进展。
壳程强化传热的途径主要有 2 种: 一种是改变管子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, 如螺纹管、螺旋槽管、外翅片管等强化传热管技术; 再一种是改变壳程挡板或管间支撑物, 以减少或消除壳程流动与传热的滞留死区, 使传热面积得到充分的利用。
第一种途径与管内强化传热技术机理一致, 已有很多文献报道。
管壳式换热器壳程挡板或管束支撑物的发展表现为折流板的改变, 其目的是将泵功最大程度用于增强传热方面, 而不是消耗于管间支撑物。
现有的支撑形式有板式支承、杆式支承、空心环支承和管子自支承。
1板式支撑结构传统的管壳式换热器采用单弓形折流板支承, 壳程流体易产生流动死角, 传热面积无法被充分利用, 因而壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大。
并且当流体横向流过管束时,还可能使管子产生诱导振动, 破坏管子及其与管板连接的可靠性。
因此, 为了消除它的弊端, 近20 年来出现了许多新型的壳程折流板支承结构, 如多弓形折流板、整圆形板、异形孔板、网状板、弓形折流板加平行分隔板、螺旋折流板等。
这些新型折流板支承结构的共同特点是尽可能地改善壳程流体流动和传热死区, 降低壳程流体流动阻力, 而且管束的抗振性也能得到增强。
1. 1双弓形及三弓形折流板双弓形折流板在换热器壳侧将流体分成两股平行束, 横向流动的长度(即横流经过的列管数) 大致为具有同样缺口的单弓形折流板的一半, 与具有相同折流板间距和缺口的单弓形折流板相比, 双弓形折流板的压降为可比设备相应值的30 %～50 % , 而传热系数是可比设备相应值的60 %～80% [1 ]。
换热器的强化传热技术综述
化工原理换热器的强化传热技术综述班级：卓越11-2班姓名：1.化工行业能源现状简介1.1中国石油化工发展概述经过几十年的发展，我国石油化工的生产规模已逐渐扩大，自动化水平也有较高发展，是中国的支柱产业之一，也是保证国民经济稳定持续发展重要要素之一。
但是由于在研发新产品和技术创新方面有所欠缺，石油化工产品结构不合理，发生供过于求或资源浪费的现象，针对目前石油化工产业发展情况，需要掌握更多先进生产技术，优化生产设备的配置，提高产品的产出率和资源的循环利用。
本文就石油化工行业中最为常见的设备——换热器来探讨一下能量的利用过程中如何来提高其利用率。
1.2换热器强化传热技术研究的必要性由于温室效应导致全球气候变暖，为了改善我们的环境，需要我们节能减排，单位GDP所消耗的能量减少，而整个石化行业又是我们国家的一个耗能大户，所以我们需要对整个化工生产中的热量进行合理配置。
这对于节约能源和保护环境都有重要的意义强化传热技术是采用强化传热元件，对换热器的结构进行改进，从而提高传热效率同时提高余热利用率，以期达到最优生产目的先进技术。
换热器是保证石油化工生产和石油炼制的生产和加工过程能正常进行的重要设备之一。
石油化工生产过程中会有大量的余热产生，通过应用强化传热技术，使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最大量，这就可以高效回收生产过程中的余热，并且加以充分利用，达到循环利用资源的目的。
2.换热器强化传热的途径2.1理论依据根据总传热速率方程Q=KAΔt m可知，要想强化换热器的传热过程，我们可以从三个方面入手，提高传热系数K，提高传热推动力Δt m，增大传热面积A。
2.2换热器结构的改进2.2.1传热管的表面结构处理2.2.1.1无相变传热无相变传热是指在对流换热中不发生蒸汽凝结或液体沸腾的换热过程。
工业生产中, 主要应用的异形管有: 螺旋槽管、旋流管、波纹管、缩放管、横纹管、螺旋椭圆扁管、变截面管、内肋管等。
《强化传热技术》课程教学大纲
1
讲授
2
作业
8
2.3
场协同理论
M1
2
讲授
4
自学
9
3
常用对流传热强化技术介绍
本章重点与难点：各种常用强化传热的原理及应用
/
/
/
/
/
10
3.1
主动强化方法
机械辅助、表面震动、流体震动、静电场、注射、抽吸，冲击射流
M1
4
讲授
8
自学
11
3.2
被动强化方法
加工处理表面、扩展表面、粗糙表面、旋流装置、螺旋盘管
D、实验过程中不能完成实验要求，不能得到正确的实验结果，不能从技术角度
优选解决方案获得有效的结论；
评分等级说明：
[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];
六、教材与参考资料
序号
教学参考资料明细
1
图书|强化传热技术,林宗虎，汪军，李瑞阳等,化学工业出版社, 2007.（*主教材）
是
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M2
目标2：通过课程学习，掌握典型的传热问题实验的原理与操作方法，开展实验，正确地采集实验数据。
是
三、课程内容
序号
章节号
标题
课程内容/重难点
支撑课程目标
课内学时
教学方式
课外学时
课外环节
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绪论
本章重点难点：强化传热的技术性能评价准则
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1.1
强化传热研究的目的与意义
M1
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讲授
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自学
3
1.2
B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；
简述强化传热的方法
强化传热的方法1. 引言强化传热是指通过各种方法和技术提高传热效率和传热速率的过程。
在工程和科学领域中，传热是一个重要的研究方向，它涉及到能源利用效率的提高、设备性能的优化以及节能减排等方面。
本文将探讨几种常见的强化传热方法，包括换热器设计、传热表面改性、流动增强和相变传热等。
2. 换热器设计换热器是一种常用的传热设备，用于实现两种介质之间的热量传递。
通过优化换热器的设计，可以提高传热效率，减少能量损失。
以下是几种常见的换热器设计方法：2.1. 管束换热器管束换热器是一种常见的换热器类型，它由一组平行排列的管束组成。
为了增加传热面积，可以采用多层管束设计。
此外，可以通过增加管束的弯曲程度或采用螺旋形管束来增加流体的流动路径，从而增强传热效果。
2.2. 多层板式换热器多层板式换热器是一种紧凑型的换热器，具有较大的传热面积和较小的体积。
通过增加板间距和采用交错排列的板式结构，可以增强传热效果。
此外，还可以在板间设置流体分配器和流动阻力器，以优化流体的分布和流动状态，提高传热效率。
2.3. 螺旋换热器螺旋换热器是一种紧凑型的换热器，具有较高的传热效率和较小的压力损失。
螺旋换热器采用螺旋形的流道设计，可以增加流体的流动路径，增强传热效果。
此外，还可以通过调整螺旋角度和螺旋半径来改变流体的流动状态，进一步提高传热效率。
3. 传热表面改性传热表面的改性是一种常见的强化传热方法，通过改变传热表面的形态和性质，可以增加传热系数，提高传热效率。
以下是几种常见的传热表面改性方法：3.1. 翅片增强翅片增强是一种常用的传热表面改性方法，通过在传热表面上安装翅片，可以增加传热表面积，提高传热效率。
翅片的形状和尺寸可以根据具体需求进行设计，常见的翅片形式包括直翅片、弯曲翅片和扭曲翅片等。
3.2. 微细结构表面微细结构表面是一种通过在传热表面上制造微小的凹凸结构来增强传热效果的方法。
这些微细结构可以增加传热表面积，提高传热系数。
强化传热的措施
Q=KA△tm 为了减少集热器壁面的散热损失，集热器外要加装一种廉价的选择性材料－玻璃。 1）减少导热热阻：使用导热系数较高的材料作为导热介质。 多孔体吸收火焰辐射能后温度较高，也将向工件发射较多的辐射能并反射火焰的辐射能。 表面粗糙化及氧化膜：增加固体表面辐射率能够有效地提高物体表面的散热或吸热能力； 热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上，从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。 导热垫片是填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙，它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。 提高换热器综合效率、降低其寿命周期费用的最有效措施是强化传热。 辐射翅片的应用：设置辐射翅片以增大辐射散热面积。 通常，太阳能集热器采用价格便宜且容易获得的黑漆作为传热管的涂层。 利用热辐射特性减少能量损失：多孔体应用 圆管外加翅片，增大了换热面积。 在高温设备中，辐射换热是换热的主要形式。 提高换热器综合效率、降低其寿命周期费用的最有效措施是强化传热。 多孔体吸收火焰辐射能后温度较高，也将向工件发射较多的辐射能并反射火焰的辐射能。 表面粗糙化及氧化膜：增加固体表面辐射率能够有效地提高物体表面的散热或吸热能力；
HGST（原日立环球存储科技公司，现为西部数据 （NASDAQ: WDC）旗下子公司）将推出一款氦气充 填式硬盘驱动器（HDD）平台，它运用当今最先进的 技术，可提升存储容量，并大幅降低企业和云客户的 总拥有成本（TCO）。氦气较低的剪切力和更加高效 的热传导特性还意味着，驱动器的运行温度将会更低， 噪音也更小。
表面粗糙化及氧化膜：增加固散体表热面辐器射率采能够用有效铝地提合高物金体表的面的散散热热或吸片热能，力；底部则采用纯铜工艺，
物体表面粗糙化可以引起物体辐射率的增大。
提高接触表面光洁度或增加物导体间热的接性触压非力，常以增好加接，触面有积；利于迅速带走热量，同时还采用了
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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。
8、轧槽管强化换热的机理是什么？
轧槽管有强化换热效果是因为管内存在两种流动。
一是轧槽管内的凸起对近壁区流体起限制作用，使其产生附加旋流运动，从而减薄了传热边界层的厚度，提高了传热效率。
二是轧槽管内的凸起导致逆向压力梯度，使边界层分离，而使流体径向混合加强，提高了传热效率。
9、管内插入纽带达到强化换热效果的原因是什么？
（1）纽带的插入使得圆管的水力直径dh减小，从而导致换热系数增大。
（2）纽带的存在使得流体产生一个切向速度分量，其流动速度增大（尤其是靠近圆管管壁面处）。
由于壁面处剪切应力的增大和二次流导致的流体混合的增强，使换热得以强化。
（3）如果纽带与管子壁面处紧密接触，他们之间的接触热阻较小，则可增大有效的换热表面面积。
10、何谓错开扭带？强化传热的机理是什么？
答：（1）将扭率为y的扭带剪成长度为H/2（即扭转180°的轴向长度）的一系列短扭带元件，然后使每一元件互相错开90°并保持同一旋转方向做点焊连接，便形成了错开扭带。
（2）错开扭带在管内流体中引起的旋转、流体的不断分割和掺混使得中心流体与管壁流体产生较强的径向混合，破坏边界层的发展，从而强化传热过程。
11、在管内插入螺旋线圈的传热强化机理是什么？什么情况下宜采用？答：（1）在管内插入金属螺旋线圈是一种有效且简易可行的传热强化方法。
将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成螺旋线圈强化传热管。
在内插螺旋线圈管子的近壁区域，流体一方面由于螺旋线圈的作用发生旋转，一方面还周期性的受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。
（2）由于绕制线圈的金属丝较细，流体旋转强度较弱，因此这种强化管的流动阻力相对较小。
在管内流体流速较大的情况下，为了防止强化管阻力过大，可采用这种螺旋线圈强化管。
12、采用横纹槽管强化纵向冲刷管束的换热有哪些优点？
答：一，横纹槽管不像外肋管那样会由于肋片的存在而增大管子的周边尺寸，使管子难以紧凑布置，采用横纹槽管可使管束布置紧凑，适用于紧凑式换热器。
二，横纹槽管是一种双面强化传热的管型，其内、外壁被轧制成环状波纹凸肋，使内壁能改变流体边界层的状态，外壁能增大扰动，因此，横纹槽管不仅使管外换热得以强化，而且可同时强化管内换热过程。
三，制造及装配工艺简便。
13、管束采用肋片扩展表面如何达到强化传热的？
当换热器俩测流体的换热系数相差较大时，在换热系数较小的一侧应用肋片管，可扩大换热面表面积，并促进流体的扰动而减小传热热阻，有效地增大传热系数，从而增加传热量，或者在传热量不变时减小换热器的体积，达到高效紧凑的目的。
14、在板式换热器中，肋片的作用是什么？
（1）增大传热面积，并利用比隔板大得多的比表面积提高换热器的紧凑性；（2）由于肋片的特殊结构，特别是采用各种异形扩展换热面后，流体在流道中产生强烈扰动，使边界层不断破坏、更新，从而有效地降低热阻，提高传热效率；（3）由于
肋片在隔板之间起着加强肋的作用，使板束形成牢固的整体，提高了换热器的强度和承压能力。
15、在气体中加入液体添加剂是如何强化单相流体对流传热的？
在气体中加入液体通常是指向气流中喷入小液滴，换热面为液滴湿润，在换热面上形成的液膜发生蒸发，并对流动边界层产生扰动。
如果换热面能被加入的液体完全湿润，则可大大增强传热。
在换热面不为喷入的水滴湿润时，也可取得一定得传热强化效果。
在这种情况下，由气体上游喷入的液滴将气流冷却至湿球温度，然后液滴在气流流经换热面时与其发生换热。
当液滴温度低于气流温度时，可获得较好的传热效果。