(完整版)强化传热技术及应用
(完整)管壳式换热器强化传热技术概述
管壳式换热器强化传热技术概述马越中国矿业大学化工学院,江苏徐州，221116摘要:总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展，从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比，概括了各式换热器的强化传热特点。
最后指出了换热器的研究方向。
关键词:管壳式换热器；强化传热;研究方向Overview of the Shell and Tube Heat Exchangers about Heat TransferEnhancement TechnologyMA YueCUMT,Xuzhou，jiangsu，221116Abstract:Abstract : The research progress of shell and tube heat exchanger were summarized. The development structural improvement and heat transfer enhancement of the heat exchangers were introduced through three aspects e. g. tube pass shell pass and the whole tub bundle etc. Compared with the traditional segmental bame heat exchanger various types of heat exchangers'characteristics about heat transfer enhancement were epitomized。
At last，the studying directions of heat exchangers were pointed out.Key words：shell and tube heat exchanger;heat transfer enhancement；studying direction1引言《“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。
(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。
强化传热的方法原理及应用
强化传热的方法原理及应用引言强化传热是一种提高传热效率的方法，它可以在不增加传热面积的情况下增加传热速率。
在许多工程和科学领域中，强化传热被广泛应用，如石油化工、核能工程、食品加工等。
本文将介绍几种常见的强化传热方法，并详细解释它们的原理和应用。
1. 使用导热剂增强传热导热剂是一种能够传递热量的物质，通过选择合适的导热剂可以增强传热效果。
常用的导热剂有液体、气体和固体等。
导热剂的选择要考虑其传热性能、安全性和成本等因素。
•液体导热剂：液体导热剂具有较高的导热性能和流动性，可广泛应用于换热设备中。
常见的液体导热剂有水、有机液体和矿物油等。
•气体导热剂：气体导热剂适用于一些特殊工艺，如高温换热和气体传热。
常用的气体导热剂有空气、氮气和氢气等。
•固体导热剂：固体导热剂具有优良的导热性能和稳定性，适用于高温、高压和易燃的工艺。
常见的固体导热剂有金属、陶瓷和载热盘等。
2. 使用增强换热表面换热表面的结构和形状对传热效率有重要影响。
通过改变换热表面的形态和表面特性，可以增加传热面积和传热速率。
•换热增强剂：换热增强剂是一种可以增加换热表面粗糙度的物质，常见的换热增强剂有翅片、肋片、孔洞和螺旋管等。
这些增强剂可以增加传热表面的有效面积，从而提高传热效果。
•换热增强技术：除了增加换热表面粗糙度外，还可以通过其他方式增强换热效果。
例如，采用湍流流动、喷雾冷却和聚焦太阳能等技术可以改变传热表面的流动模式，增强传热效果。
3. 使用传热增强器件传热增强器件是一种可以改变传热介质流动状态的装置，通过改变流动状态来增强传热效果。
•钳流器：钳流器是一种可以制造涡流效应的装置，可以增加传热介质的湍流程度。
通过将钳流器置于传热介质的流动路径上，可以产生涡流，增强传热效果。
•换热螺旋管：换热螺旋管是一种将流体带到螺旋孔中来增加流体流动路径长度的装置。
在换热螺旋管中，流体沿着螺旋孔流动，增加了传热介质与换热表面的接触时间，提高了传热效率。
强化传热技术的原理及应用实例
强化传热技术的原理及应用实例传热技术广泛应用于各个领域，包括发电、工业生产、环境控制和家庭生活等方面。
随着科技的不断发展，传热技术也在不断更新和完善，其中强化传热技术被认为是一种高效、节能的传热技术，得到了越来越多的应用。
一、强化传热技术的原理强化传热技术是指在传热过程中通过改变传热界面的形态或热介质的流动来提高传热效率的一种方法。
其主要通过增大传热界面的面积或者提高传热过程中的传热效率来实现强化传热。
具体来说，强化传热技术可以分为以下几种类型：1. 内部强化传热技术内部强化传热技术主要是通过改变流体流动方式来提高传热效率。
常见的方法包括增加流速、改变流动方向、引入强制对流以及改变传热介质的物性等。
这些方法可以增强壁面的传热效率，减少传热过程中的局部热阻，提高传热效率。
2. 外部强化传热技术外部强化传热技术则是通过在传热表面上引入一定的扰动来增大传热界面的面积，从而提高传热效率。
常见的方法包括在传热表面上安装翼片、鳍片等结构以及改变传热表面的形状等。
这些方法可以强制流体沿着传热表面运动，增加热传递的表面积，提高传热效率。
3. 相变强化传热技术相变强化传热技术是指通过改变传热介质的相变状态来提高传热效率的一种方法。
常见的方法包括利用相变材料的相变热来增加传热介质的热容量、引入超声波等对相变过程进行控制等。
这些方法可以提高相变介质的传热效率，从而提高传热效率。
二、强化传热技术的应用实例1. 飞机发动机冷却飞机发动机的高温环境对于发动机的正常运行至关重要。
传统的发动机冷却方式是通过空气流动来降低温度，但是这种方法无法在高速飞行时提供足够的冷却。
因此，强化传热技术被应用到了发动机冷却中，通过引入冷却介质的流动和内部强化传热技术来提高冷却效率，从而保证发动机在高温环境下正常运行。
2. 化工反应器化工反应器在工业生产中扮演着重要的角色，而其中的传热过程对于反应器的效率和稳定性也至关重要。
利用外部强化传热技术，可以将反应器表面增加摩擦力，增大传热面积，提高传热效率。
强化传热技术在石化工程中的应用
强化传热技术在石化工程中的应用1. 引言石化工程是指利用化学方法和工程技术，将天然气、石油等可燃或可转化为可燃物质的矿石、矿物和杂质等资源，进行一系列的生产和加工过程，最终生产出各种石油化工产品的工程领域。
在石化工程中，传热技术起着非常重要的作用，它直接影响到生产过程中能量利用的有效性和产品质量的高低。
本文将重点探讨在石化工程中应用的强化传热技术。
2. 传热原理传热是指热量从一个物体传向另一个物体的过程。
在石化工程中，传热主要通过传导、对流和辐射这三种方式进行。
2.1 传导传导是指热量在物质内部的传递，其传热速率与物体的导热性能有关。
石化工程中，常见的传导热交换设备有换热器和蒸馏塔等。
2.2 对流对流是指热量通过流体的传递。
石化工程中，常用的对流传热设备有冷却塔和水冷式换热器等。
2.3 辐射辐射是指热量通过电磁波辐射的方式传递。
石化工程中，常用的辐射传热设备有辐射加热炉和辐射换热器等。
3. 强化传热技术种类强化传热技术是指通过某种方式增强传热效果的技术手段。
在石化工程中，常用的强化传热技术有以下几种：3.1 增加传热面积增加传热面积可以增加传热介质与工艺物料之间的接触面积，从而提高传热效果。
常见的增加传热面积的设备有多管分离器和环管多效式蒸发器等。
3.2 提高传热介质的速度提高传热介质的速度可以增加传热系数，从而提高传热效果。
常见的提高传热介质速度的设备有气体分离塔和流化床等。
3.3 增加传热介质的湍流增加传热介质的湍流可以提高传热系数，从而提高传热效果。
常见的增加传热介质湍流的设备有湍流强化换热器和旋流器等。
3.4 使用传热增强剂传热增强剂可以通过改变传热介质的物理性质和结构特点，从而提高传热效果。
常见的传热增强剂包括纳米材料和微胶囊等。
4. 强化传热技术在石化工程中的应用案例强化传热技术在石化工程中得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。
以下是几个应用案例：4.1 环管多效式蒸发器环管多效式蒸发器是一种利用多效原理进行蒸发的设备，其通过增加蒸发器的效果，提高了传热效果和能源利用率。
强化传热及其新技术及其应用 第二章
第2章螺旋槽纹管研究与应用螺旋槽纹管．亦称螺旋槽管，是一种优良的高效异形强化传热管件，对流体的换热过程有着显著的强化作用，其结构简图见图2-1．管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中显著地提高管内外的给热系数，起到双边强化的作用．用滚轧冷加工的方法，可在光管壁上加工出各种不同的螺旋槽．与其他异形管相比，具有制造工艺较简单，加工方便等优点．螺旋槽纹管为美国拔柏葛公司于1956年首次试验成功【1】，这种管子是在研究电站锅炉管子烧坏现象的基础上产生和发展起来的．研究者发现锅炉管于烧坏是在其内壁上已形成连续的汽膜而中心仍有汽水混合物流动的情况下产生的．这种低速汽膜导热性能很差，热阻极大，不能保证管子有足够的冷却．从而使壁温急剧升高，导致管子烧坏，采用螺旋槽纹管能够推迟传热恶化区的产生和降低管壁温度．这是因为螺旋槽纹管的管壁槽道能造成汽水混合物的强烈旋转和扰动，破坏汽膜的形成，增大其传热系数，同时能降低管壁的温度．螺旋槽纹管自问世以来，国内外很多学者对其传热与流动性能进行了许多深入的研究【2~5】，螺旋槽纹管用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液体的沸腾或管外蒸汽的冷凝．其强化机理为，流体在管内流动时受螺旋槽纹的引导使靠近壁面的部分流体顺槽旋流，有利于减薄边界层厚度；还有一部分流体顺壁面轴向流动，通过螺旋槽纹凸起处便产生轴向漩涡，引起边界层分层及边界层中流体的扰动，从而加快由壁面至流体主体的热量传递．螺旋槽纹管是将光滑管在车床上轧制而成．主要结构参数有槽深e、节距p和螺旋角β。
可分为单头和多头．螺旋槽纹管的应用以液—液型为主；其次是液—气(冷凝或蒸发沸腾)。
这种管不仅可强化传热且其抗污垢性能又高于光滑管，因而广泛用于动力、海水淡化、船舶、炼油、石油化工等换热没备上．2．1 蝇旋槽纹管强化传热研究2．1.1 螺旋槽纹管管内对流换热及阻力特性研究(1)国外的研究现状自1966年美国橡树岭国立实验室的Lawson发表了第一篇有关螺旋槽纹管的研究报告以来，引起了世界各国的高度重视和广泛研究．国外学者对螺旋槽纹管的实验研究见表2—1．此外，Srinivasan【15】等人分别对螺旋波纹管和螺旋肋片管的结垢问题进行了研究，结果表明，结垢状态下的螺旋型表面强化管传热性能仍优于同状态下的光管式传热管．针对螺旋槽纹管的结构参数对传热与流动特性的影响，Mof—fat【16】和Zimparov【17】分别对卧式冷凝器中的螺旋槽纹管进行了研究，Moffat对11种不同槽距和槽深的螺旋槽纹管进行了实验，总结出了管的几何尺寸对传热与摩擦的影响．同时．建立于总传热系数、冷凝侧的传热系数的相关准则方程．Zimparov测定了11种不同结构参数的传热性能和压降损失．得到了螺旋槽纹管内外侧的传热系数和总传热系数。
强化传热新技术及其应用第四章
第四章 波纹管强化传热及术及应用传统管壳式换热器的换热管都是由直壁碳钢或不锈钢管所构成，使用一段时间后，管壁就会出现结垢，是传热系数降低，影响设备的传热效率和使用寿命。
20世纪90年代初波纹强化换热管问世后，在传热技术领域中出现了波纹管式换热器。
他是在继承传统管壳式换热器诸多优点的基础上，对传热元件作出改进，研制出的新型强化换热设备。
这种换热器采用波纹型强化换热管代替管壳式换热器中的直管，由于波纹管的波峰与波谷之间有一定的高度，管内流动呈等直径流束型和弧形流束型导致流速和压力周期性的变化，冷热流体流动时产生强烈扰动，使流体的流动状态达到充分湍流，从而破坏了边界和污垢层的实际厚度，故比直管的传热系数明显提高，成为一种新型，高效能的换热器。
近年来波纹管型换热器以其传热效果好，同时具有原传统的固定管板换热器结构简单，适用性强等优点在热点系统、化工、医药、食品等行业获得了广泛的应用。
[1、2]4.1 波纹管强化传热机理4.1.1 提高换热器传热系数的方法【3~7】对于管可是花惹起来说，强化传热主要是强化换热表面，波纹管是换热器是用波纹管取代原列管式换热器的光滑管来达到强化传热的目的。
为了解决传热系数低的问题，首先必须从理论上搞清传热系数低的原因，找出影响传热系数的主要矛盾。
根据传热学的基本公式Q=KF Δt m可知，增强传热的途径由3条：提高换热器的传热系数K ；加大换热器的换热面积F 和加大对数平均温差Δt m 。
加大换热器的换热面积和加大对数平均温差都不是最佳途径。
前者与换热器的结构关系较大，对一个换热系统来说，如一味地增加换热面积，势必会造成设备体积的庞大及成本的大幅度增加；而后者与流体进出换热器的工况有关，用热力学来分析，若只选择高对数平均温差，势必导致能耗的大幅度增加，因此这两条路径有时是得不偿失的。
传热系数K 是换热器的主要参数之一，长期以来，各国的科技共醉着一直致力于提高换热器传热系数的研究。
强化传热传质技术在化工工艺优化中的应用
强化传热传质技术在化工工艺优化中的应用在现代化工生产的过程中，传热传质技术的重要性不言而喻。
传热传质过程是热力设备中的核心环节，直接影响到化工工艺的效率和产品质量。
因此，强化传热传质技术在化工工艺优化中具有重要的应用价值。
一、强化传热传质技术的概念和发展强化传热传质技术是指在传热传质过程中，通过各种改进措施，提高传热传质效果的技术。
它是热力设备设计、制造和运行的重要技术。
强化传热传质技术是从传统传热传质技术中衍生出来的一种新型技术，随着现代工业的高速发展，其发展也日趋成熟。
二、强化传热传质技术的应用1. 对换器强化传热传质技术的应用对换器是化工生产中最基础的传热设备之一，在化工工艺中应用广泛。
对于对换器强化传热传质技术的应用，主要体现在两个方面：（1）增加传热传质面积强化传热传质技术可以通过增加传热传质面积，提高对换器的传热传质效率。
比如，采用多组管束或片式换热器等新型设计，均可使换热面积得到增加，提高传热传质效率，从而减少工业生产中的耗能和成本。
（2）提高传热传质强度在对换器传热过程中，流体的速度对传热传质强度有着重要的影响。
通过增加流体的流速、采用波纹管和微孔板等结构，可以增加交换器内壳程或管程的传热传质强度，提高对换器的传热传质效率，从而实现节能降耗的目的。
2. 强化传热传质技术在反应器中的应用在化工反应器中，强化传热传质技术可以通过增加反应器的传热传质效果，提高反应器效率和产品品质。
其中，常用的强化技术包括：（1）增加混合效果通过增加反应器内的混合效果，可以将反应区的温度、质量分布均匀化，从而使反应速率和反应产物的质量达到最佳状态。
同时，也可以将混合后的热浆液送入外冷凝器中进行冷却，以恒定反应温度，提高反应速率和反应品质。
（2）增加传热传质面积通过使用波纹板、微管、多孔板等强化传热传质结构，可以增大反应器内的传热传质面积，从而提高反应效率和反应产物的质量。
三、强化传热传质技术对化工工艺优化的影响传热传质是化工工艺中不可或缺的环节，对工艺效率和产品品质有着直接的影响。
强化传热技术及其应用
强化传热技术及其应用
强化传热技术是一种通过改进传热介质（如流体）以及加入某些物理、化学或结构因素来提高传热效率的技术。
它的应用范围非常广泛，包括化工、制药、石油、电力等行业。
以下列举一些常见的强化传热技术及其应用。
1. 换热器增强传热技术：通过改善换热器的结构设计、增加传热面积或使用辅助传热器件等方式来提高传热效率。
应用于化工、石油等行业中的冷却、蒸发、蒸汽管路等工艺中。
2. 湍流增强传热技术：通过增加流体的湍流度、改变流体流动状态等方式来提高传热效率。
应用于化工、制药、石油等行业中的传热、冷却、加热等工艺中。
3. 热管增强传热技术：利用热管中的工作流体的相变过程来增强传热效率。
应用于电子、航空航天等领域中的散热、温控等技术中。
4. 纳米材料增强传热技术：利用纳米材料的特异性能来增强传热效率。
应用于电子、计算机等领域中的散热技术中。
5. 超临界流体增强传热技术：利用流体处于超临界状态下的特异性质，以及超临界状态下的相变过程来增强传热效率。
应用于石油、化工等领域中的提取和分离过程中。
管壳式换热器强化传热技术概述
管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。
为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。
本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。
在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。
管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。
强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。
这些因素共同影响着传热效率。
增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。
提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。
降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。
增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。
强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。
例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。
（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。
例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。
（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。
采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。
强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。
强化辐射传热技术及应用
强化辐射传热技术及应用辐射传热技术是一种通过热辐射传递热能的方式，是热传导和对流传热的重要补充和扩展。
它利用物体表面的热辐射作用将热能传递给其他物体，无需通过介质传导或对流。
辐射传热技术在很多领域都具有重要的应用价值。
首先，在工业生产过程中，辐射传热技术可以应用于高温炉窑的热能回收。
传统的炉窑燃烧过程中，大量的热能通过烟气排放被浪费掉。
而利用辐射传热技术，可以在炉窑周围加装辐射传热器，通过将高温炉窑辐射出的热能吸收并转化为热水、蒸汽等载热介质，从而实现了热能的回收和再利用。
这不仅可以降低能源消耗，减少环境污染，还可以节约生产成本。
其次，在建筑节能领域，辐射传热技术也有广泛的应用。
在冬季取暖方面，传统的采暖方式一般采用对流传热，即通过对流将暖气对室内空气进行加热，然后再通过空气对室内物体进行传热。
这种方式存在热能损失大、温度不均匀等问题。
而利用辐射传热技术，可以在室内铺设辐射地板、辐射墙面等辐射面，并通过给辐射面提供适当的辐射温度，使其向房间内物体放射热能，从而实现室内温度的稳定和均匀加热。
这种方式不仅可以节约能源，提高热效率，还可以改善室内空气质量，减少对流传热带来的空气干燥和灰尘悬浮等问题。
此外，在太阳能利用方面，辐射传热技术也有重要的应用价值。
目前，太阳能热能利用主要采用的是热水、蒸汽等介质对太阳能进行吸收和传导。
但是，在高温太阳能利用中，介质的选择和运输成本等问题制约了太阳能的广泛应用。
而辐射传热技术可以直接利用太阳辐射的热能，无需介质传导，从而降低了能源成本。
利用太阳热能发电的精细化生产、航天器上的高温导热、太阳热能空调等都是辐射传热技术的应用领域。
最后，在航空航天领域，辐射传热技术也发挥着重要作用。
航空航天器在飞行中面临着真空、高温、高辐射等极端环境，传统的对流传热方式存在许多局限性。
而辐射传热技术可以直接通过热辐射将热能传输到航天器表面，从而提高热能的传导效率。
此外，辐射传热技术还可以用于航空航天器的温度控制和热保护，避免航天器在进入大气层或进行重返等过程中受到过高温度的影响。
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
强化传热的方法原理应用
强化传热的方法原理应用引言传热是指热量从一个物体或者系统传递到另一个物体或者系统的现象。
在很多工程和科学领域，例如化工、能源、环境等，强化传热的方法是一项重要的技术。
强化传热指的是通过各种手段来提高传热效率，减少传热阻力，从而实现更好的传热效果。
本文将介绍几种常用的强化传热方法，包括换热器技术、流体增强技术和材料表面处理技术。
换热器技术换热器是一种用来实现热量交换的设备。
它通常包括热传导介质、热源、冷却剂和传热面等组成部分。
换热器技术通过设计和优化传热面积、传热面结构以及流体流动方式等参数来提高传热效率。
以下是几种常见的换热器技术：•管壳式换热器：管壳式换热器是一种常见的传热设备，它由内外两根管道组成。
热源和冷却剂通过内外管道中流动，通过传热面实现热量交换。
通过增加传热面积、优化管道布置和流体流动方式，可以提高传热效率。
•管束式换热器：管束式换热器是一种将多根管子束在一起并与传热面接触的设备。
通过将管子束在一起，可以增加传热面积，提高传热效率。
•管板式换热器：管板式换热器是一种将多根管子与壳体中的固定板相连接的设备。
通过固定板上的孔洞，使得热源和冷却剂可以通过管子进行热量交换。
通过设计孔洞形状和布局，可以优化传热效果。
流体增强技术流体增强技术是一种通过改变流体流动方式来增强传热效果的方法。
以下是几种常见的流体增强技术：•涡流管：涡流管是一种具有特殊内部结构的管子，通过其内部结构可以产生涡流，增加热传导。
在流体流过涡流管时，会产生旋转的特殊流动方式，从而增强传热效果。
•翅片管：翅片管是一种在管子外表面增加翅片的传热设备。
通过增加翅片的表面积，可以增加热量传递的表面积，提高传热效率。
•螺旋管：螺旋管是一种将管道呈螺旋形布置的传热设备。
螺旋管的优势是能够增大流体流动的路径长度，从而增加传热效果。
材料表面处理技术材料表面处理技术是一种通过改变材料表面性质来实现强化传热效果的方法。
以下是几种常见的材料表面处理技术：•表面纳米结构：表面纳米结构是一种通过制备纳米级的表面结构来增强传热效果的方法。
关于简析强化传热技术及一些典型的应用
关于简析强化传热技术及一些典型的应用由于生产和科学技术发展需要强化传热从80年代起就引起了广泛的重视和发展。
表现在设计和制造各类高性能热设备，航空，航天及核聚变等尖端技术，计算机里密集布置电子元件的有效冷却。
正是上述原因促使人们对强化传热进行及为广泛的研究和探讨，从80年代到现在近20多的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热研究报告举不胜数。
一、强化传热技术的分类（一）导热过程的强化导热是热量传递的三种基本方式之一，它同样也存在着强化问题。
导热是依靠物体中的质量（分子，原子，或自由电子）运动来传递能量。
固体内部不同温度层之间的传热就是一种典型的导热过程，但固体之间接触存在着接触热阻，降低了能量的传递，在高热流场合下，为了尽快导出热量必须设法降低接触热阻，一般可采用以下方法：1、提高接触面之间光洁度或增加物体间的接触压力以增加接触面积2、在接触面之间填充导热系数较高的气体（如氦气）3、在接触面上用电化学方法添加软金属涂层或加软技术垫片（二）辐射换热的强化辐射换热普遍存在于自然界和许多生产过程中，只要物体温度高于绝对零度，它就能依靠电磁波向外发射能量，所以物体之间总是存在着辐射换热，在物之间温度差别不是很大的情况下，辐射换热可以忽略，但在高温设备中辐射却是换热的主要方式。
而影响辐射换热的因素主要有：表面粗糙度，固体微粒，材料。
（三）对流换热强化对流强化传热与流体的物理特性，流动状态，流道几何形状，有无相变发生以及传热壁面的表面状况等许多因素有关。
其中对流换热的有源强化又可分为：利用机械搅动加强流体与壁面间的传热，流体脉动和传热面震动时的对流换热，电磁场作用下的对流换热，经过多孔壁有质量透过时的壁面换热。
而对流换热的无源换热又可分为：管内插入物对传热的增强，涡旋流动的强化传热，添加物对流换热，流化床与埋管间的传热，射流冲击。
二、强化传热的途径在热设备中应用强化传热技术的目的一般有：（1）增加输热量；（2）减少换热面积和缩小设备体积；（3）降低载热剂输送功率的消耗；（4）降低高温部件的温度。
强化传热的途径及应用
强化传热的途径及应用强化传热是指通过改变传热介质以及传热方式，提高传热速率和效率的技术手段。
在许多领域中，如能源、材料、环保、化工等，都有广泛的应用。
以下将详细介绍强化传热的途径及应用。
一、增大传热面积1. 翅片传热：通过在传热面上添加翅片，增大传热面积，提高传热效率。
翅片传热广泛应用于换热器、冷凝器等金属热交换器中。
2. 换热管束：将多根换热管进行编织、组合，形成换热管束，增大传热面积。
换热管束被广泛应用于提高换热器的传热能力，如汽轮机末级预热器、蒸汽发生器等。
二、改变传热介质1. 晶化传热：将传热介质改为固体晶体，通过晶体生长和相变的过程，实现传热增强。
晶化传热可以应用于冷却系统、冷凝器中。
2. 相变传热：利用传热介质的相变过程，实现传热的强化，如蓄热材料的相变传热可以应用于太阳能蓄热器，高温储热等领域。
三、改变传热方式1. 振动传热：通过对传热面的振动，实现传热方式的改变，振动传热可应用于换热器、蒸发器等领域。
2. 射流传热：利用高速射流对流体进行冷却或加热，实现传热效果的提高，射流传热可以应用于煤气轮机等领域。
四、应用实例1. 高效换热器：在化工、能源领域中，高效换热器被广泛应用于提高传热效率和能源利用率。
如换热管束、翅片传热技术等，可以用于提高工业锅炉、空气处理设备、石油化工等设备的传热效率。
2. 太阳能热水器：在太阳能领域中，太阳能热水器是一种利用太阳能进行加热的设备。
通过强化传热技术，如相变传热、晶化传热等，可以提高太阳能热水器的传热效率和热水供应能力。
3. 电子散热：在电子器件散热领域，通过振动传热、射流传热等技术手段，可以提高电子器件的散热效率，减小电子器件的温度，提高工作稳定性。
4. 超导体散热：在超导体领域中，超导体的制冷是关键的技术问题。
通过应用振动传热、相变传热等技术手段，可以提高超导体的制冷效率和稳定性。
总结起来，强化传热的途径及应用多种多样，涉及的领域广泛。
通过增大传热面积、改变传热介质、改变传热方式，可以提高传热效率和热交换设备的传热能力。
强化传热技术及其应用
强 化 传 热 技 术 及 其 应 用
李 洪 亮
（ 州工业大学化 工学院 ，河南 郑州 ４００ ） 郑 ５０２
摘 要 本 文说 明 了采 用 强 化 侍 热技 术 的意 殳 ，介 绍 了强化 侍 热 的 连 径 ， 强 化 侍 热 的 分 娄 、原 理 、使 用 的 范 围 ，
评 价强化 侍热方法的基本原 则，以覆在推广使 用过程 中存在的 问题 。
和重量 ；（ ） 高 现有 换热 器 的换 热 能力 ；（ ） 换 ２提 ３使 热器能 在较低 温 差 下工作 ；（ ） 少换 热 器 的 阻力 ， ４减
增大传热温差经常 受到生产工艺 、设 备条件 、 环境条件 以及经济性等方面的限制。例如生产中被 加热 物料 的温度是 由生 产工艺 确 定 的 ，不能 随 意改 变。加热或冷却物料的工质温度 ，虽然有一定的调 整 范 围 ，但 也不 是任 意 的 。采用 逆流 布 置 时 ，冷 热 流体的最高温度发生在换热器的同一端 ，使得该处 的壁温 特 别高 ，对 于高 温换 热器 则受 到 材料 高 温强
强 化传 热技 术 。
扩大换热面积是增 加传 热量的一种 有效途径
扩 大传 热面积 以强化传 热 ，并 不是 简 单地 通过 增 大 设 备体 积来 扩大 传热 面积 ，而是 通 过 传热 面结 构 的
改进来增大单位体积 内的传热面积 ，从而使得换热
器高 效而 紧凑 。
收 稿 日期 ：２０ —６ — １。 ０１ ６ ４
度 的限制
１ ２ 扩 大 换 热 面 积 ．
以减少换热 器的动力消耗 上述 目的和要求是相互
制约 的 ，要 同 时达 到 这 些 目的 是 不 可 能 的 ，因此 ，
强化传热技术及应用共32页文档
•
d cr
2
ho
如果圆柱外径小于临界直径，加保温层
反会强化传热；如果大于临界直径，加
保温层才会减小热损失。
对流换热及其强化
加保温层一般情况:
0.1W/(mK )
ho 9W/(m2K) dcr 22mm
一般动力管道外径大于22mm
对流换热及其强化
增大换热面积（ β为肋化系数）
1
tfi tfo
1
hi Ai Ai hooAo
K A TK(tfA 1 tf2)
(tf1 tf 2)
1 1
h1A A h2A
对流换热及其强化
对流热阻分析
(
1
(tf1tf 2)
)( )(
1
)
h1A A h2A
(tf1 tf 2) R1 R2 R3
如果运行时间长，可能存在不能忽视的 污垢热阻。
对流换热及其强化
减小对流热阻方法：
(
1
(tf1tf 2)
时，当增大 ；
2
h
1
，K值增加很快，直至变
• 在h1 h2时，当增大h1 ，K值增加的速度很慢，
进一步增加 h 1，K值几乎不变。
对流换热及其强化
对流换热及其强化
表面传热系数 h（换热系数）的数值范围
对流换热及其强化
传热系数 K 的数值大致范围
对流换热及其强化
通过平壁的传热
K
1
1
1
h1 h2
对流换热及其强化
增大换热面积：
(
1
(tf1 tf 2)
)( )(
1
)
h1A1 Am h2oA2
K 1 A 1 T K 2 A 2 T
强化传热应用场合资料
管式换热器应用最为广泛。
一、列管式换热器1．列管式换热器的构造主要组成部分：壳体、管束、管板(又称花板)和顶盖(又称封头)。
为了提高管程流体的流速，常在管程安装分程隔板，使流体作多程流动。
为了提高壳程流体的流速j常在壳程安装折流挡析，使流体多次错流流过管束。
2．列管式换热器的基本形式根据热补偿方法不同，有以下几种主要形式。
(1)固定管板式换热器①结构特点：两块管板分别焊在壳体两端，管柬两端固定在管板上。
②优点：结构简单、紧凑、造价低、管内便于清洗。
④铷占．高程不佰千涪湍．当毒伙茸梳执管的溏薯掂女时．产生漏墓府由目．右耐怀作用。
④适用场合：壳方流体清洁不易结垢，两流体温差小于60～70℃，壳程压强小于588kPa的场合。
(2)U形管式换热器①结构特点：只有一个管板，管子成U形，管子两端固定在同一管板上，管子可以自由伸缩，管束可以从壳体中抽出。
②优点t结构简单，质量轻，不会产生温差应力，管间清洗方便。
③缺点：管内清洗困难，可排管子数少，管板利用率低。
④适用场合：管内流体清洁不易结垢和高温高压的场合。
‘(3)浮头式换热器①结构特点：两端管板中有一端不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，管束可以从壳体中抽出。
②优点：不会产生温差应力，便于管内和管外的清洗和检修。
③缺点：结构复杂，金属耗量多，造价高。
④适用场合：壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合。
二、其他间壁式换热器4管式换热器1)套管式换热器:常用于传热量或流体流量不大的情况。
因为可用膨胀接头结构,故适用于温度之差大的流体和高压流体,因为可将接头拆下来进行清洗,所以可处理易结垢流体。
而对低压气体则不适宜,但可用做盐水冷却器、氨等气体的冷却器。
因其结构简单,管的材质可以用非金属材料。
2)逆流多管式换热器:当程数增加,则产生并流流动,传热的有效温度差将减小,温度差的修正系数亦减小。
流量大时可将有效管长加长(有时可将几个换热器串联使用)从而可增加传热面积。
强化传热技术及应用讲解95页PPT
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
强化传热技术及应用讲解
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
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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。
强化传热技术及应用
李科群 上海理工大学热工程研究所
主要参考文献
• [1] 林宗虎等，强化传热技术，北京：化 学工业出版社，2007。
• [2] 顾维藻等，强化传热，北京：科学出 版社，1989。
• [3] 钱颂文等，管式换热器强化传热技术， 北京：化学工业出版社，2003。
• [4] 辛明道，沸腾传热及其强化，重庆： 重庆大学出版社，1987。
• 导热热阻 x
A
•、纯铜、纯铝等。
导热及其强化
• 接触热阻：两个固体之间发生导热时，由于两 固体表面实际接触面积不大以及两者之间气体 层的的导热系数很低，因此在两固体表面之间 将产生接触热阻。
• 接触热阻与表面加工精度及光洁度（表面不平 度与粗糙度）、表面硬度、作用于物体上的接 触压力、物体材料和气层的导热系数、及表面 上是否形成氧化膜等因素有关。
• 在无涂层时，表面粗糙度高的接触热导较低； 在同样涂层厚度下，具有高粗糙度表面的接触 热导比具有较低表面粗糙度的热导要低；为了 在同样接触压力下达到规定的接触热导值，对 于高粗糙度表面需要有较大的涂层厚度。
导热及其强化
• 银垫片（虚线）和银涂层（实线）接触 热导随其厚度的变化
导热及其强化
• 上图实验条件：P 2000kN / m2 h 4.27m • 随着厚度的增加，接触热导不断提高，
• 当热流密度不高时，可以略去接触热阻；但当 热流密度很高时，则接触热阻必须考虑。
• 在常规压力及表面粗糙度下的接触热阻：
• 不锈钢/不锈钢: (2.2-5.88)×10-4(m2k/w);
• 铝/铝:
(0.833-4.55)×10-4(m2k/w);
• 不锈钢/铝: (2.22-3.33)×10-4(m2k/w);
传热的三种方式
• 1. 导热：物体各部分之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运 动而产生的热量传递称为导热（或热传导）。
• 2. 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 引起的热量传递称为对流。
• 3.热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式 称为辐射。物体会因各种原因发出辐射能，其 中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
• 铜/铜:
(0.25-2.5)×10-4(m2k/w);
导热及其强化
• 强化导热方法二：减小接触热阻
• 接触热阻：名义接触面积与实际接触面 积。
• 接触点平均距离为b，接触点平均半径为 a。
导热及其强化
• 降低接触热阻的方法：
1.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； 2.在接触面之间充填导热系数较高的气 体（如氦气）； 3.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。
• 太阳已的年龄有五十亿岁，正处在它一 生中的中年时期；
• 地球上所有生物的生长都直接或间接地 需要它所提供的光和热。
太阳
美国天空实验室1973年拍摄 日饵
摄于H-alpha波段的太阳日饵照片 日饵
辐射换热及其强化
• 在高温设备中，辐射换热是换热的主要 形式。 比如在锅炉炉膛、工业窑炉、燃烧室和 发动机等高温能源转换系统中，辐射换 热占有主导地位。
导热及其强化
上述实验图表明： • 无论是否有无涂层或垫片，接触热阻都随着接
触压力的增加而降低； • 加设涂层或铜箔可以在较低接触压力下有效地
降低接触热阻。 • 加设涂层或铜箔可以降低接触热阻至1/2-1/10。 • 在氦气中基体表面间的接触热阻比真空要低到
1/15-1/20，此时主要是依靠气层导热，因此加 设铜箔对降低接触热阻作用不大，相反，可能 增大两者之间的辐射热阻。
• 银的导热性能更好，但价格较贵，故只 用于重要场合。
• 在高温情况下可用镍或铬作垫片或涂层 材料。
导热及其强化
• 涂层接触热导（kw/(m2k)）的变化
导热及其强化
由上图可知：
• 随着接触压力与涂层厚度的增加，接触热导不 断提高；
• 但是过分增加涂层厚度，热导的增加速率不大 （比较t=∞与t=18）；
但增加趋势减缓；
• 当涂层厚度大于10m，垫片厚度大于5 m
后，热导变化很小。
导热及其强化
• 不锈钢基体上的铜涂层：可使表面接触 热阻最多降至1/20。
导热及其强化
• 涂层或垫片降低接触热阻试验:
不同基体材料在不同机加工方法下与银、 铜、镍等涂层（或垫片）相配合，在不 同接触压力和不同温度下的实验结果。