换热器的强化传热
(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。
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）。
强化传热技术及高效节能设备(华谊交流)
一、换热设备的强化传热技术
2
1 换热器的强化传热技术
近20年来，石油、化工等过程工业得到了迅猛发展。 各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，因此要求 提供尺寸小、重量轻、换热能力大的换热设备。 特别是始于20世纪60年代的世界能源危机，加速了当 代先进换热技术和节能技术的发展。强化传热已发展成为 第二代传热技术，并已成为现代热科学中一个十分引人注 目的、蓬勃发展的研究领域。 主要介绍工业化应用的、相对比较成熟的管壳式换热 器无功强化传热技术。
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表面多孔管结构图
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表面多孔管
强化传热机制
性能曲线对比
19
3.1 强化传热管元件
9） T形翅片管 T型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热 管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状T型隧道 。管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核，由于在 隧道腔内处于四周受热状态，气泡核迅速膨大充满内腔， 持续受热使气泡内压力快速增大，促使气泡从管表面细缝 中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量，并产生一 定的局部负压，使周围较低温度液体涌入T型隧道，形成持 续不断的沸腾。
8
3 管壳式换热器的强化传热技术
管壳式换热器的传热强化研究包括管程和壳程两侧的传 热强化研究。通过强化传热管元件与优化壳程结构实现。 3.1 强化传热管元件 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。改变传热面的形状有多种，其中用于强化 管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋 流管和螺旋扁管等。 另外，也可采用扰流元件，在管内装入麻花铁，螺旋圈 或金属丝片等填加物，亦可增强湍动，且有破坏层流底层的 作用。
菱形翅片管结构图
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3.1 强化传热管元件
关键热阻与换热器传热过程的强化措施
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关键热阻与强化换热器传热过程的措施徐忠娟(扬州化工学校， 扬州 225002)摘要： 本文阐明了强化换热器传热过程的最主要途径是降低关键热阻，分析了各种情况下的关键热阻，并对如何降低关键热阻提出了具体的措施。
关键词：关健热阻；换热器；传热系数；给热系数对于如何对换热器的传热进行强化，不少教科书和文献都作了分析，但在具体情况下采取何种措施，分析很少。
本文结合关键热阻［1］的概念进行了具体分析。
1. 强化传热途径分析：由传热速率方程式m t KA ∆=Q 可以看出换热器传热过程的强化可通过增大传热平均温度差m t ∆，增大传热面积A 和增大总传热系数Ｋ三个途径来实现。
1.1 增大传热平均温度差m t ∆传热平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件。
物料的温度由生产工艺决定，一般是不能随意变动，而加热介质和冷却介质的温度因所选介质的不同而不同。
显然这种方法受生产工艺、设备条件、环境条件及经济性等方面的限制，实际操作时有一定的局限性。
1.2 增大传热面积A增大传热面积A 可使传热量Q 增大，这对新设计的换热器而言，通常增大传热面积就意味着增加金属材料的用量，使设备投资费用提高，因此，我们在进行换热器的设计时应从设备结构入手，尽可能增加单位容积所具有的传热面积，有些措施见下面分析。
但是在既定的换热器上想增大传热面积是不现实的。
1.3 增大总传热系数Ｋ增大总传热系数Ｋ（即降低总热阻1/K ）是换热器强化传热的最主要的途径，无论是在换热器的设计时还是在换热器的运行中都必须设法提高K 值。
这也是当今世界上强化传热研究的重要工作。
那么如何提高总传热系数Ｋ呢？下面就这一问题笔者将作详细的分析。
2. 增大总传热系数Ｋ的措施分析由总传热系数Ｋ的估算公式：1110αλδα++++=A A i R R K i可见，传热过程是一较复杂的过程，传热的总热阻是串联各项热阻之和。
管壳式换热器传热强化及技术进展
。
何防止或延缓垢层 的形成或使污垢层清洗方便。当 ｈ和 ｈ 差别不大时 ，最好能同时提高两流体 的对流 ； 。
换 热 系数 ；而 当两者 差别 较 大 时 ，要 设法 增 大换 热 系数较 小 的一项 。 ２ 管壳 式换 热器传 热 强化 技术 进展
筒Ｉ １ １ ，增大有效传热面积。
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及管 内液体的沸腾和管外气体的冷却。其强化机理
是流体在管内流动时 ，沿螺旋槽运动产生局部二次 流 ，有利于减少边界层 的厚度 ，还有一部分流体沿 着轴 向运动 ，产生漩 涡引起边界层 的分层及边界层 分离 。其传热性能较光滑管提高 ２４ 。 ～倍
２２ 强 化壳 程换 热 ．
２ ）横纹管（。横纹管 其形 状为管壁被挤压成 ４ ， ５ １
与管子轴线成 ９ 。 ０的横纹 ，在管壁 内形成一圈一圈
突出的圆环。用以强化管 内气体和液体 的传热及管 内气体 的冷凝。当流体流经横纹管的圆环时 ，在管
壁上形成轴向漩涡 ，增加 了流体边界层 的扰动 ，有 利于通过边界层传递热量 。当漩涡将要消失时 ，流
６ ）锯齿形翅片和花瓣形 翅片１ ８ １ 。锯齿形翅片与 螺旋槽纹管相 比，翅片距更密 ，翅片外缘开有锯齿 缺 口，其传热面积更大 ，由于翅片顶部呈错开锯齿
状 ，促进 了冷凝液 体 的对 流换 热 ，是光滑 管 的 ６
倍 。花瓣形翅片是一种特殊的三维翅片结构强化传 热管。其形状是翅片从翅顶到翅根都被割裂开 ，翅 片侧 面呈 一定 的弧线 ，从侧面看 ，各翅片成花瓣 状 。其肋化系数是光滑管的 ２ 倍 ，增 大了换热面 ． ５ 积 ，冷凝传热系数为普通滑管的 ５ １ 倍 。 ～ ８
《强化传热技术进展》PPT课件
生元的结构 形状 大小 方位 数量以及不同发生元间的距
离相对传热壁面的位置等因素有关。
2 、 EHD强化传热
电水动力学(EHD)强化传热是在流体中施以外加电 场，利用电场与流场和温度场的相互作用而达到强化传 热目的的一种主动强化传热方法。EHD强化传热具有设 备简单、应用面广、功耗低和强化传热效果显著等一系
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 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效面积但
1) 在换热功率、工质流量与压力损失相同时，比较二者
的换热面积和体积；
2) 在换热器体积、工质流量与压力损失相同时，比较二
者的换热功率； 3) 在换热面积、换热功率与工质流量相同时，比较二者 的压力损失。但上述评价方法只考虑了单侧的换热效 果，虽有一定参考价值，但不可避免地带有片面性。
综合换热评价是在考虑了换热管内外侧换热(即总 传热系数)的情况下，综合考虑其换热功率、工质流量、 压力损失及换热器体积4方面因素，因而比上述方法更 能反映出强化传热的实际综合效果。而进行技术推广应
又不过分增大流阻的条件下，将加热管子内外表面扎制 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 沸腾传热，这种表面改良既要符合传热机理的要求，也 要充分发挥其特点，如表面多孔管、管内表面涂层等都
可以使汽化核心的数量大大增加，从而使沸腾传热系数
复合强化技术
传热实验(化工原理实验)
传热实验一、实验目的1、熟悉套管换热器、列管换热器的结构及操作方法；2、通过对套管换热器空气-水蒸汽传热性能的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法；3、确定套管传热管强化前后内管中空气的强制湍流换热关联式，并比较强化传热前后的效果；4、通过对列管换热器传热性能实验研究，掌握总传热系数K 的测定方法，并对变换面积前后换热性能进行比较。
二、实验原理1、普通套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定：(1)对流传热系数i α的测定：对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，通过实验来测定。
i i i mQ S t α=⨯⨯∆(1)i i m iQ t S α=∆⨯(2)式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；i Q —管内传热速率，W ；i S —管内换热面积，m 2；m t ∆—壁面与主流体间的温度差，℃。
平均温度差由下式确定：m w t t t∆=-(3)式中：t —冷流体的入口、出口平均温度，℃；w t —壁面平均温度，℃。
因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，w t 用来表示，由于管外使用蒸汽，所以w t 近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i iS d L π=(4)式中：i d —内管管内径，m ；i L —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：21()i i pi i i Q W c t t =-(5)其中质量流量由下式求得：3600i i i V W ρ=(6)式中：i V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3/h ；pi c —冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；i ρ—冷流体的密度，kg/m 3；pi c 和i ρ可根据定性温度查得，122i i m t t t +=为m 冷流体进出口平均温度；1i t 、2i t 、w t 、i V 可采取一定的测量手段得到。
(2)对流传热系数准数关联式的实验确定：流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为：m ni i i Nu ARe Pr =(7)其中：i i i i d Nu αλ=，i i i i i u d Re ρμ=，pi i i ic Pr μλ=。
传热学-影响间壁式换热器性能的因素及强化措施
传热学-影响间壁式换热器性能的因素及强化措施间壁式换热器主要以热传导、对流形式传热。
但管壁导热热阻较小，对传热影响不大.影响其传热过程的因素主要来自对流传热过程，其中影响较大的有以下几方面。
1)流体的种类和相变:不同的液体、气体或蒸汽的对流传热系数都不相同，牛顿型流体和非牛顿型流体也有区别。
流体有相变的传热过程，其传热机理不同于无相变过程，所以传热系数不同。
2)流体的特性:对对流传热系数影响较大的流体物性有导热系数、乳度、比热容、密度以及体积膨胀系数。
对同一种流体，流体的物性不同，对流传热系数亦不同。
3)流体的流动状态:由层流和湍流的传热机理可知，流体处于层流状态，对流传热系数较小，流体处于剧烈的湍流状态时，对流传热系数大。
4)流体流动的原因:按引起流动的原因分，对流传热分为自然对流和强制对流。
强制对流的传热系数较自然对流的传热系数大几倍甚至几十倍。
5)传热面的形状、位置和大小:传热面的形状(如管、板、环隙、翅片等)、传热面方位和布置(水平或垂直放置，管束的排列方式等)及管道尺寸(如管径和管长等)都直接影响对流传热系数。
6)流体的温度:流体的温度对对流传热的影响表现在流体温度和壁面温度之差、流体物性随温度变化的程度以及附加自然对流等方面。
此外，由于流体内部温度分布不均匀，必然导致密度的差异，从而产生附加的自然对流，这种影响又与热流方向及管子排列情况等有关。
此外，换热器在实际操作中，传热表面上常有污垢积存，对传热产生附加热阻，所以生产用的换热器要防止和减少污垢层的形成，降低其对传热效果的影响。
2·间壁式换热器传热过称的强化路径换热器传热过程的强化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尽可能增多。
其意义在于:在设备投资及输送功耗一定的条件下，获得较大的传热量，从而增大设备容量，提高劳动生产率;在设备容量不变的情况下使其结构更加紧凑，减少占地空间，节约材料，降低成本:在某种特定技术过程中使某些特殊工艺要求得以实施等。
管壳式换热器的强化传热技术及展望
提 高液 体 的导热 系数 的一种 有 效方式 是 在液体
中添加金属 、 非金属或 聚合物 固体粒 子。由于固体
１ ・ 究 与 应 用 ・ ８ 研
纺织机械
２１ ０ ２年 第 １ 期
得 导流筒成 斜 口形 状 ， 证 流体 沿 周 向均匀 进 入 壳 保
体 ， 图 ２所示 。这种 结 构 基本 可 以克 服 等直 导 流 如 简 装置存 在 的介 质进 入 壳 程 时 流 体 阻 力 不 同 的缺
图 １ 多孔 介质 材 料 及 空 隙 表 面
减少传热死区及防止进 口段可能 出现的流体振动。
夹套 式 变 截 面 导 流 筒 折 流 杆 换 热 器 由杆 圈 （ 栅 、 杆
１ ３ 流 动 介质 强化换 热 ］ ．
圈） 支撑 、 变截面导流筒 与夹套三个元件组合而成。
在很 大程 度上 ， 套 式 变 截 面 导 流简 装 置 是对 传 统 夹 的导 流筒 结构 的简 化 。该 装 置 采 用 变截 面结 构 ， 使
时可提高 流速 ， 利 于 在较 低 处 理 量 ： 下 纵 流 壳 有 Ｉ 况
程换 热器 传热性 能 的提 高 。 ３ ２ ４ 流量变 化 时 ， 同直径 的管 内传 热 系数 的变 ．． 不 化是不 同 的 ， 其 是 在 流 量 突 降 ， 内 的 流璇 足 尤 管
点 ， 流体能 够 比较 均 匀 的进 入 壳 程 。工业 实 际应 使 用证 明 ： 与传 统折 流板换 热器 相 比 ， 该新 型纵流 壳程 换 热器 的综合 指 标 ａＡ ／ ｐ提 高 了 ５ ％左 右 ， 备 重 ０ 设 量减 轻 了 ２ ％－４ ％。同时传 热 效 率 大 幅度提 升 。 ０ － ０ 目前 ， 该新 型纵 流壳 程 换 热器 已广 泛 应用 于 各 种 生 产实 践 中 ， 时取得 了显著 的经济 效益 和社会 效益 。 同
《强化传热》课程教学大纲(本科)
强化传热Enhanced heat transfer课程代码：(02410109)学分:2.0学时：32 (其中：课堂教学学时：32实验学时：。
上机学时：0课程实践学时:0 )先修课程：工程传热学、工程流体力学适用专业：能源与动力学工程教材：(强化传热技术、林宗虎等编著、化学工业出版社、第1版)一、课程性质与课程目标(-)课程性质强化传热是一门涉及强化传热领域前沿技术和展示最新研究进展的概论性课程，是能源与动力工程专业四年制本科的专业选修课。
通过对该课程的学习，学生能够了解强化传热领域的最新科技进展，拓展学术视野，培养学生分析和解决工程实践问题的综合能力。
(二)课程目标课程目标1:拓展学生在强化传热领域的知识面，了解学科前沿成果与进展课程目标2：培养学生具备跟踪强化传热领域最新科技进展的能力和意识课程目标3：培养学生利用理论知识分析和解决工程实践问题的综合能力二、课程内容与教学要求第一章(-)课程内容通过对本章学习，让学生能够了解强化传热在国民经济和社会发展中的重要意义，激发学生对这门课程的学习热情。
理解强化传热的基本概念及分类，掌握强化传热的基本原理及有效途径，让学生对这门课程的学习有初步的了解认识。
（二）教学要求1. 了解强化传热课程的背景及意义；2.理解强化传热的基本概念及分类；3.掌握强化传热的基本原理及有效途径。
（三）重点与难点1.重点：强化传热的基本概念及分类2.难点：强化传热技术的基本原理及有效途径第二章（一）课程内容通过对本章学习，让学生能够了解管内单相流体强制对流换热在国民经济和社会发展中的重要意义，理解管内单相流体强制对流换热的基本概念，掌握管内单相流体强制对流换热的基本原理及有效措施（途径），了解管内单相流体强制对流换热的相关研究进展和学术动态。
（二）教学要求1. 了解管内单相流体强制对流换热的意义；2.理解管内单相流体强制对流换热的概念；3.掌握管内单相流体强制对流换热的原理；4. 了解管内单相流体强制对流换热的研究进展。
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。
传热期末复习资料A(有答案)
传热测验1．传热的基本方法有传导传热、对流传热和辐射传热。
2．在厚度相同，面积相等的两层平壁稳定导热过程中，已知导热系数λ1>λ2，则各层的导热速率Q1> Q2，温差Δt1 < Δt2 （>、=、<）。
3．为减小热辐射，应选用黑度较小的材料作为热屏。
4．列管式换热器中，若两流体的温度差大于50℃以上就应考虑热膨胀（热补偿）的影响，其补偿方法有补偿圈、浮头补偿、U形管补偿。
5．热传导的基本方程式是Q= λm·A·(T1-T2)/ ；。
6．换热器强化传热的途径有（1）一、扩展传热面积（2）二、增大传热平均温差Δtm（3）三、提高传热系数K。
7．列管换热器中安装折流挡板的目的是加长流程、提高流体的流速。
8、气固分离的目的：净化气体、除去灰尘、回收固体颗粒、保护环境。
9、工业上常用的气—固分离的方法有：沉降法、过滤法、湿法、静电除尘法。
10、常用的气体过滤设备有袋滤器、颗粒层除尘器等。
11、工业上常按分离因素给离心机分类。
α＜3000 称常速离心机；α= 3000-5000 称高速离心机；α＞5000 称超高速离心机12、常用离心分离设备有（1）三足式离心机（2）卧式刮刀卸料离心机13、SGZ1000N——1200N型；（三足式自动下卸料离心机）14、GKF1200-N型（密闭防爆卧式刮刀卸料离心机）15、传导、对流、辐射，就是传热（热传递）的三种基本方式。
16、化工生产中经常见到的对流传热有: 两种；热能由流体传到固体壁面；固体壁面传入周围流体;17、冷热两种流体通过一层间壁进行换热，热量从热流体传至间壁，再从间壁传至冷流体，这种传热过程叫给热传热。
18、在流体流动过程中，靠壁面处会产生一个边界层，叫层流内层。
层流内层的流体处于滞流（层流）状态。
19、给热过程包括边界层外的对流和边界层内以及固体壁的导热两种方式的传热过程。
20、给热（对流传热）过程的阻力主要在层流内层。
提高换热器的传热系数的方法总结
提高换热器的传热系数的方法总结1、改变流体的流动情况（1）增加流速增加流速可改变流动状态，并提高湍流脉动程度。
如管壳式热交换器中管程、壳程的分程就是加大流速、增加流程长度和扰动的措施之一。
管内湍流时增加流速对增强传热能收到较显著的效果，但又须注意增加流速也受到各种因素的限制。
因此，在设计或实际使用中应权衡各种因素，选择最佳流速或为流体输送机械所允许的流速。
（2）射流冲击这是使流体通过圆形或狭缝形喷嘴直接喷射到固体表面进行冷却或加热的方法。
由于流体直接冲击固体壁面，流程短而边界层薄，所以对流换热系数显著增大。
在用液体射流冲击加热面时，如热流密度已高至足以产生沸腾，则就成为两相射流冲击换热。
实验表明，此时不但可提高沸腾换热系数，而且可使烧毁点推迟，显著提高临界热流值。
（3）加插入物在管内安放或管外套装如金属丝、金属螺旋圈环、盘状构件、麻花铁、翼形物等多种型式的插入物，可增强扰动、破坏流动边界层而使传热增加。
如用薄金属条片扭转而成的麻花铁扰流子插入管内后，使流体形成一股强烈的旋转流而增强换热。
插入时若能紧密接触管壁，则尚能起到翅片的作用，扩展传热面。
大量的试验研究表明，加插入物对受迫对流换热等有显著增强的作用，但也会产生流动阻力增加、通道易堵塞与结垢等运行上的问题。
在使用插入物时应沿管道的全段流程，以保持全流程上的强化传热。
而且，在选择插入物的形式时，应考虑到在小阻力下增强传热。
（4）加旋转流动装置旋转流动的离心力作用将使流体产生二次环流，因而会强化传热。
上述的某些插入物，如麻花铁、金属螺旋丝等，除其本身特点外，也都能产生旋转流动。
在此要提及的是一些专门产生旋转流动的元件或装置。
例如，涡流发生器，它能使流体在一定压力下以切线方向进入管内作剧烈的旋转运动。
研究表明，涡旋强化传热的程度与雷诺数有关。
在一定的热源温度下，对流换热系数随着Re值而增加，且将达到某一个最大值然后下降。
在应用上应控制实际的Re值接近于使对流换热系数达最大时的临界Re值，以充分利用旋转流动的效果。
传热学 泡沫金属强化传热
传统的换热器形式
管壳式
紧凑度： <200 m2/m3 温度范围： -100-1100℃ 最大压力： 400bar
板式
紧凑度： 200~300 m2/m3 温度范围：-50~+350 ℃ 最大压力：20~60bar
紧凑度：
板壳式
紧凑度： 200~300 m2/m3 温度范围： ≤350 ℃ 最大压力： 70 bar
泡沫金属的发现及概念
面包 泡沫金属宏观结构
海绵 泡沫金属微观结构
发现
1948年美国的SoSnik利用汞在熔融铝中气化 得到泡沫金属，打破了金属只有致密结构的 传统概念，1980s开始上市，常见的有铝、镍 、铜以及铁合金泡沫。
概念
泡沫金属是一种在金属基体中形成无数三维空 间网状结构的多孔金属材料，它实际上是金属与 气体的复合材料，既有金属的特性又有气泡特性， 受到国内外的普遍关注。
问题：泡沫金属的导热系数是否等同于同类金属的 导热系数？
泡沫金属内任意截面上，都是一部分孔隙，另一部分金属。 其导热系数也应是两部分的复合。
有效导热系数keff
金属泡沫内的有效导热系数
Authors Calmidi
Fourie and Du Plessis
Ashby Singh and Kasana
泡沫金属强化传热
换热器的应用
电厂
航空
航天
石化
制冷
电子 器件
换热器是国民生产中的重要设备
强化传热的手段
Q =KA∆T
强
增大平均传热温差
化
传
扩大传热面积
热
途
径
提高传热系数
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。
关于换热器传热过程的强化
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（3）减小垢层热阻。随着使用时间的增加，管壁处所 结的污垢会越来越厚。由于污垢的导热系数很小，热阻很 大。即使很薄的垢层，其热阻也可能很大，对易结垢流体 的传热，很容易成为关键的热阻。因此，应采用必要的措 施进行除垢。其主要措施有四条。①增大流速。可减少污 垢的沉积。②定期除垢。如蒸发操作，经常是蒸发一次， 清洗一次，清洗要求彻底干净。又如一年一度的大修，对 换热器进行的除垢。③采用化学的方法，如水中加入六偏 磷酸钠、三聚磷酸钠等除垢剂；又如进入锅炉的硬水进行 处理使其成为软水；再如对循环使用的水易生成生物污 垢，可用氯、溴、硫酸铜等作为生物杀菌剂等；④其他方 法，超声波除水垢，其原理是当超声波信号作用于液体中 时，使液体内形成许许多多微小的气泡（空化核），液体 中每个气泡的破裂会产生能量很大的冲击波，这种现象称 之为“空化效应”，超声波除垢正是利用液体中气泡破裂 所产生的冲击波来达到防垢除垢作用。
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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换热器的强化传热
0前言
换热器是工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。
如在化工厂用于换热设备的费用约占设备总费用的10%～20%;在炼油厂中换热设
备约占全部工艺设备的35%～40%;其它如动力、原子能、冶金、食品、交通、家电等工业部门也有着广泛的应用。
对一个传热过程而言,初投资与传热面积大小相关,因此,如何节约传热面积,研究换热器的强化传热技术
十分重要。
所谓强化传热技术就是当高温流体与低温流体在某一传热面两侧流动时,使单位时间内2种流体间交换的热量Ｑ尽可能增大。
由传热速率方程Ｑ=ＫＡｍΔｔｍ可知:增加传热面积Ａｍ、增大传热温差Δｔｍ、提高总传热系数Ｋ均可以提高传热速率。
1增大传热温差Δｔｍ
增大传热的平均温差Δｔｍ是强化传热的一种有效手段。
由Δｔｍ
=(Δｔ1-Δｔ2)/ｌｎ(Δｔ1/Δｔ2)可知:要提高Δｔｍ就要增加Δｔ1,减小Δｔ2。
由于流体的进、出口温度主要由生产工艺条件决定,要增加Δｔ1减小Δｔ2,其主要措施是:对无相变的流体,使冷、热流体逆流或接近逆流。
这样不但可以增大传热温差,还有助于减少结构中的温差应力。
2增加传热面积Ａｍ
增加传热面积不应靠加大设备外部尺寸来实现,应从设备内部结构考虑,提高换热器的紧凑性。
一般通过下述途径来增加单位体积设备的有效传热面积:(1)采用最合适的内外导流筒结构,最大限度地消除管壳式换热器
挡板处的传热不活跃区。
(2)热传递面采用扩展表面,尽可能增加它的有效传热面积,如在对流传热系数较少一侧的传热壁面上装翅片、筋片、销钉等。
(3)改良热传递表面性能,将管子内、外表面扎制成各种不同的表面形状,
增加管内、外表面传热面积,如螺纹管、横纹管、周向波纹管、表面多孔管。
(4)采用螺旋式、板式等结构紧凑的新型换热器。
3提高总传热系数Ｋ
(1/Ｋ)=Ａ2/(α1×Ａ1)+Ｒｓ1×(Ａ2/Ａ1)+(ｂ/λ)×(Ａ2/Ａｍ)+Ｒｓ2+1/α2
式中:Ａ1———管内壁传热面积;Ａ2———管外壁传热面积;α1———管内侧对流传热系数;α2———管外侧对流传热系数;ＲＳ1———管内侧污垢热阻;ＲＳ2———管外侧污垢热阻;λ———管壁材料的导热系数;ｂ———管壁厚度。
从上式中可知:要提高传热系数,就必须减少各项热阻。
如尽可能减少管子壁厚ｂ,管子选用导热系数λ大、抗腐蚀性的材料,增大对流传热系数α,减小污垢热阻Ｒｓ。
(1)选用高强度限和屈服限、抗腐蚀性能高、导热性能好的材料,如渗铝管换热器、镀锌管换热器。
热管是一种新型传热元件,具有效率高、压降小、结构简单、紧凑性好等优点,发展较为迅速。
(2)增大对流传热系数α。
通过有源强化(即利用外部能量的机械和流体
振动,电场、磁场冲击的办法改善流动状态而强化传热)和非源强化(即
改变传热元件本身的表面形状和表面处理方法获得粗糙表面的扩展表面,
也有用内插物增加流体本身的扰流来强化传热)增强流体湍动程度,提高对流传热系数α。
目前换热器的强化传热多数采用非源强化传热。
常用方式有:①增加列管式换热器的管程程数和壳程中折流板数目,增大流速。
②采用强化传热管(如螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管),有利于减薄管子内部流体边界层厚度,使流体产生周期性扰动,并可以加快由壁面至流体主体的热量传递。
③在列管内插入绕花丝多孔体,一方面增加管内流体流速,另一方面扰乱管内流体流向,增加湍动程度。
④改变流体截面面积(如使用压偏圆管、缩扩管或在管内设置孔板等),增加流体湍动程度。
⑤应用新型壳程折流支承结构(如双弓形折流板、三弓形折流板、螺旋形折流板、折流杆),强迫壳程流体流向不断改变,增加湍动程度。
⑥妥善布置传热面,改进管子排列方式和管间距,尽量采用转角正三角形、转角正四边形排列。
在工艺条件许可的情况下尽可能采用小直径换热管并且密排,改善流动特性,增强壳程流体湍动程度。
⑦列管式换热管外套弹簧的螺旋圈结构及管外绕花丝多孔体结构能迫使流体作不规则径向、轴向运动。
⑧将热传递面特制成粗糙表面(如表面多孔管、Ｔ形翅片管等)。
(3)减小污垢热阻Ｒｓ。
换热器在运行一段时间后,单位时间内传热量Ｑ就会下降很多,这往往是由于有污垢积存,导致传热速率降低。
一般设计人员在计算传热系数Ｋ时,往往根据经验需要考虑垢层热阻。
因此防止流体结垢和及时清除垢层,对节约换热面积、延长设备寿命、节省初投资成本具有重要意义。
具体方法如下:①使用抗腐蚀、抗污垢性强的换热管,如聚四氟乙烯塑料管、有机涂层换热管。
②防止结垢。
在介质中加入阻垢剂类微量物质,可以保证设备在更长时间内高效运行,不但阻缓换热器结垢,而且减小
垢下腐蚀,延长设备使用寿命。
阻垢剂主要有:无机磷系药剂、ＬＨＥ聚合羟基羧酸盐等。
对换热管进行表面处理可以防止或减缓结垢。
在严重结垢和壁温恒定条件下进行光管、内翅片管和螺旋槽管的抗垢性能比较研究表明:在相同操作条件下,内翅片管和螺旋槽纹管的传热系数仍比光管高10%～90%,其中螺旋槽纹管的热阻比光管低20%～50%。
③定期清洗污垢。
清除污垢的方法有:机械清洗(凭借外力将污垢和腐蚀产物清除)、化学清洗(通过化学清洗剂与腐蚀产物和污垢发生化学反应生成可溶性盐从而除掉污垢)。
常用的机械清洗方法有:高压射流清洗、喷丸清洗、振动清洗、固体颗粒流态化清洗、钻、捅、刷等机械方法清洗除垢。
常用的化学方法有:碱洗、酸洗、氨洗、专用溶剂清洗、燃烧除垢等。
机械清洗一般与化学清洗联合使用,而化学清洗可单独使用,它具有清洗速度快、适用范围广的优点,但清洗费用高。
另外,有些清洗剂在溶解垢层的同时,对设备基本材料也有腐蚀作用,需加入缓蚀剂。
总之对于具体的换热设备要根据设备本身材质、介质性质、污垢种类等具体因素来确定使用何种方式。
随着能源的越来越紧缺,世界各国越来越重视强化换热技术的研究、开发和应用。
可以预料,随着对强化传热的机理、设备结构的改进不断深入地进行研究,必将开发出更多、更加完善的高效换热设备。