换热器强化传热技术的研究进展_李安军

收稿日期:2007-08-09李安军(1979～　),研究生;114051　辽宁省鞍山市。

换热器强化传热技术的研究进展

李安军　邢桂菊　周丽雯

(辽宁科技大学材料科学与工程学院)

摘　要　介绍了被动式强化传热技术的研究进展,简述了典型和新型传热元件的开发和应用,针对换热器传热管表面处理技术,管的内插件和管束支撑结构的发展状况展开分析和论述;探讨了强化传热技术的发展方向,数值模拟和场协同原理技术的应用使换热器结构趋于最优化,强化传热技术由单一型向复合型方向发展,逐渐形成第三代传热技术。关键词　强化传热　传热元件　管束支撑　换热器　节能技术

P r o g r e s s i n s t u d y o n t e c h n o l o g y o f h e a t t r a n s f e r e n h a n c e m e n t

f o r h e a t e x c h a n

g e r

L i A n j u n X i n g G u i j u Z h o u L i w e n (U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y L i a o n i n g )

A b s t r a c t P r o g r e s s i n s t u d y o nt e c h n o l o g y o f h e a t t r a n s f e r e n h a n c e m e n t w a s i n t r o d u c e d ,d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f t y p i c a l a n d n e wt y p e h e a t t r a n s f e r c o m p o n e n t s w e r e d e s c r i b e d b r i e f l y ,a n d t h e d e v e l -o p m e n t s t a t u s o f t h e t e c h n o l o g y o f h e a t e x c h a n g e t u b e 's s u r f a c e t r e a t m e n t ,t u b e p l u g g e d -i n o b j e c t s a n d t u b e b u n d l e s u p p o r t w e r e a n a l y z e da n ds t u d i e d .T h ed e v e l o p m e n t d i r e c t i o no f h e a t t r a n s f e r e n h a n c e -m e n t w a s d i s c u s s e d .T h ea p p l i c a t i o no f n u m e r i c a l s i m u l a t i o na n df i e l ds y n e r g yp r i n c i p l e sm a d et h e s t r u c t u r e s o f h e a t e x c h a n g e r o p t i m i z e d ,t h et e c h n o l o g yo f h e a t t r a n s f e r e n h a n c e m e n t d e v e l o p e df r o m s i n g l e t oc o m p o u n d a n dg r a d u a l l y f o r m e d t h e t h i r d -g e n e r a t i o no f h e a t t r a n s f e r t e c h n o l o g y .

K e y w o r d s h e a t t r a n s f e r e n h a n c e m e n t h e a t t r a n s f e r c o m p o n e n t s t u b eb u n d l es u p p o r t h e a t e x -c h a n g e r e n e r g y c o n s e r v a t i o n t e c h n o l o g y

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,节能是非常重要的,也是当务之急,世界各国都在寻找新能源和节能新途径。换热器作为换热设备,广泛应用于冶金、化工等各个工业领域中,强化传热技术的应用不但节能环保,而且节约了投资和运营成本,所以,换热器的强化传热技术一直以来都是一个重要课题,受到研究人员的重视,各种研究成果不断涌现。

20世纪80年代以来,强化传热技术被誉为

第二代传热技术〔1〕

,并得到充分的发展。它是

能够显著改善传热性能的节能技术,其主要内容是强化传热元件和改变壳程的支撑结构,用以提高换热效率,达到生产的最优化。

强化传热技术通常分为主动式和被动式两大类。主动式强化传热需要消耗外部能量,如采用电场、磁场、光照射、搅拌、喷射等手段。被动式强化传热则不需要消耗外部能量,是换热器强化传热主要采用的方法,如传热管的表面处理、传热管的形状变化、管内加入插入物,改变支撑物等

〔2〕

。这里主要介绍被动式传热。

1　传热管的表面处理

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〔3〕。这种传热管的特点是,结构简单,加工方便,传热面积增加,传热效果大大增强,换热器的结构更加紧凑,减小投资,节约成本。

(1)螺旋槽管

螺旋槽纹管是表面具有螺旋形凹槽的一种强化传热管,传热管内外表面的凸起或槽纹,干扰了管内流体的流动,破坏了层流边界层,流动状态达到充分的湍流,产生的漩涡又不断地扰动边界层的流体,促进了传热管同流体间的热交换;湍流度的增加也有助于避免污垢在传热管壁面的沉积,提高传热系数,增强了管内外流体的换热。螺旋升角对换热的影响很大,大螺旋升角更有利于换热〔4〕。研究表明,螺旋槽管换热器比光管的传热系数提高了2～4倍,在阻力损失和换热面积相同时,换热量可增加30%～40%〔3〕。

旋流管是螺旋槽纹管的衍生品,也叫异型螺旋槽管。其槽纹是半流线的勺形或W形,流体在其内流动呈波状特性,它的传热机理与螺旋槽管大体相同。这种传热管的传热面积和传热系数大大增加,传热系数比光管提高3.5倍,并且,在相同传热量下旋流管的换热系数比螺旋槽管高3%～8%,而压力损失低5%～10%〔5〕。

(2)波纹管

波纹管是表面有波纹状突起的强化传热管,由于波纹管的壁很薄,传热管可以自由伸缩。流体在管内流动时,截面不断的变化,扰动流体,破坏层流边界层,以强化传热。波纹管的传热效率通常是光管的2～4倍,同时还具有除垢能力强,温差应力小,结构紧凑轻巧等特点〔6〕。

波纹管的壁薄,有波纹突起,可以有效地消除纵向应力,但是波纹管的强度问题没有很好的解决,应用范围受到限制。

(3)横纹管

横纹管由光管的外表面被滚压成一圈圈有序的环形凹槽而成,与管子轴线成90°角。影响横纹槽管综合传热性能的主要结构参数为肋节距和肋形,而肋高影响较小,并且传热综合因子随流动R e数增大而迅速降低。横纹抗垢能力要优于光管,渐近污垢热阻值约为光管的0.83,污垢状态下横纹管的强化比约为1.4,说明横纹管其性能比光管要好〔7〕,也比螺纹管好,在同样传热效果下,阻力增加比螺旋槽管少。

(4)螺旋椭圆扁管

螺旋椭圆扁管是把圆形光管压成椭圆形,然后扭曲而成,流体在管内处于螺旋流动状态,因而破坏了管壁附近的层流边界层,提高了传热效率。这种管束结构的特点是:两个并行排列的相邻管子的椭圆长轴相互接触,互相支撑,应用这种管的换热器取消了附加的管束支撑物,节约了材料和成本。

研究表明,螺旋椭圆扁管换热器具有较好的强化传热性能,管径大小和螺旋导程对传热和阻力性能均有影响。从综合性能来看,大管径优于小管径;对于相同规格的管子,导程增大,传热性能降低,流动阻力减小〔8〕。这种结构的换热器与光管换热器相比,热流密度高50%,容积小30%。

1.2　有相变传热

有相变传热是指在对流换热中发生蒸汽凝结或液体沸腾的换热过程,有相变传热常用的异形管有:锯齿形翅片管、花瓣形翅片管、T形管和表面多孔管(麻坑管)等〔3〕。

(1)冷凝传热的锯齿形翅片管和花瓣形翅片管

锯齿形翅片管是一种新型传热管,其翅片外缘有锯齿缺口,加强了流体的扰动,促进对流换热,换热面积增大,增强了换热量,锯齿管的传热系数是光管的6倍,是低肋管的1.5～2倍。花瓣形翅片管是一种特殊的三维翅片结构强化传热管,从截面上看,各翅片像花瓣状而得此名。花瓣形翅片管既能显著地强化低表面张力介质及其混合物和含不凝性气体的水蒸气的冷凝传热,又能显著地强化空气和高粘性流体的冷却传热,有研究表明:自然对流条件下,其传热系数比锯齿形翅片管提高了8%～10%,在强制对流下,是光管的5～6倍。

(2)强化沸腾传热的T形管和表面多孔管

T形翅片管是由德国的W i e l a n d公司于1978年开发的,管子的外表面具有多条螺旋的T形翅片,以增加汽化核心,并显著的增大了传热面积,具有优良的传热性能。表面多孔管同T形管的传热原理相同,它是北京化工设计院在1978年通过烧结法试制的,实验用丙酮作工质,测定了在以烧结法制成的表面多孔管上沸腾时的给热系数,约为光滑管的7～8倍。尽管这种表面结构具有很好的换热特性,但是,这种管的加工工艺十分复杂,在实际工程应用中并不普遍。

1.3　新型传热元件

(1)斜针翅管〔9〕

斜针翅管是中国石化建筑公司与华南理工大学联合研制的一种新型高效换热器。这种传热管的优点是扩大了二次传热面积,保持较小的管距,利用流体的不断扰动,破坏流体的层流边界层,增加了紊流度,使得传热效率提高,达到强化传热的效果。它主要应用于壳程为油介质的换热器中。

流体流经换热管壁面时总存在一层滞留内层,该层传热仅为热传导,导热热阻很大,流体的流速和温度分布都属于抛物线形,只有使滞留层消除或变薄才能够减小热阻,加强传热。斜针翅管强化传热的机理是在扩大二次传热面的同时,利用流体的扰动,提高湍流度,破坏了边界层,也阻止了污垢的积累,强化了传热。

研究表明,壳程的流体纵向流动,有效的避免了流体诱导振动的发生,防止管子的振动破坏,具有折流杆换热器的特点;这种传热元件的换热面积能够有效地被利用,不存在换热死区〔6〕,并且增加了换热面积,同等条件下,换热面积可提高10%以上。

(2)新型钉翅管

新型钉翅管〔10,11〕的结构是在光管的外表面交错的排列一个个钉翅。通过理论和实验研究表明,这种新型钉翅管的传热效果明显增强,传热效率大大提高,与光管相比它所消耗的比功并不大,但其传热系数是普通光管100倍左右,是翅片管的10倍左右,是百叶窗翅管的5倍左右,努塞尔数N u是光管的65～105倍。可见,这种传热元件与其它翅片管相比传热效果是最好的,其开发和应用潜力巨大。2　传热管内插件

管内插入物可以扰动管内的流体,增强湍流度,有效地清除污垢,提高传热系数;形成旋转流和二次流;插入件在管内扰动流体,破坏了层流边界层,加快了流体同传热管的换热。常用的内插件有:扭带、间隔扭带、错开扭带、螺旋片、螺旋线、静态混合器等〔1〕。不同内插件增强传热的效果也不同,W a n g L等〔12〕通过实验研究比较螺旋线圈和扭带的综合强化性能表明,管内插物扭带扰动管内整个流场的流动,而螺旋线圈主要干扰管壁附近的流体,所以当螺旋角和直径比相同时,螺旋线圈的性能要好于扭带。

近几年,又出现了弹性圆珠内插件〔13〕。流体流过弹性珠时易在其后面形成卡门涡街,增加了流体与壁面的剪切力,同时,弹性珠不断的敲击管壁,导致刚刚形成长大的污垢层脱落,提高了传热效率,污垢热阻大大降低,有时甚至出现负热阻,传热性能明显优于光管。

3　管束支撑

管束支撑是管壳式换热器的重要原件,主要起到支撑管束,减小管束振动和引导壳程流体流向的作用,一种好的管束支撑,能够强化壳程热交热,因此开发新型的管束支撑是非常重要的。工程中应用的管束支撑主要有:弓形折流板、折流栅、螺旋隔板、空心圆环和螺旋折流片等。3.1　弓形折流板

弓形折流板〔14〕包括单弓形折流板和双弓形折流板。双弓形折流板由双弓形隔板和中心隔板组成。两种隔板沿管束方向交替排列,引导流体波浪式前进。双弓形隔板换热器与间距和缺口相同的单弓型隔板换热器相比,虽然其压降为后者的0.3～0.5,传热系数为后者的0.6～0.8,但总体的传热性能是提高的。

3.2　折流杆支撑结构

折流杆纵流式换热器是1970年美国菲利浦石油公司首先提出的,是为了解决传统折流板换热器中管子与折流板的切割破坏和流体诱导振动,这种结构是将管壳式换热器中的折流板改成杆式支承。折流杆式换热器压降很低,低于弓形隔板的1/4,传热特性比也高,传热强化达1.3

～2.4倍〔14〕。在相同设计条件下,双壳程折流杆换热器的壳程流速提高了1倍,壳程的给热系数可提高52%～74%〔1〕。另外,折流杆与换热器的接触面积很小,传热面积得到充分利用,消除壳程滞留区,改变了壳程流场的温度分布。

3.3　螺旋隔板支撑

L u t c h a J和N e m c a n s k y J〔15〕于1983年提出壳程流体作螺旋运动可以有效地清除污垢死角、强化换热器壳程传热,其壳侧支撑结构是用一系列的扇形面,相间连接,从而在壳侧形成近似的螺旋面,亦称螺旋折流板换热器。这种换热器折流板形成一种特殊的螺旋形结构,与常规折流板的布置方式不同,它使得壳程的流体做螺旋运动。通过已知实验研究可以看出这种换热器的优良性能〔16〕,对于以压缩空气为工质,在相同的R e 下,光滑管螺旋隔板换热器的管外膜传热系数是光滑管弓形隔板换热器的1.25～1.8倍,压降随着螺旋角的不同大约可降低26%～60%。

3.4　空心圆环

空心圆环支撑结构是采用小直径金属短管以一定间隔布置在换热管束之间,起到支撑传热管和导流作用。这种结构的特点是:壳程间隙率大,流阻小,流速变化小,流体在空心环处可以充分形成湍流,增强传热;节约钢材,减轻设备重量,钢材的消耗量大大减少,所以,与传统换热器相比,空心圆环换热器在投资费用方面有很大的竞争力,可节省25%〔17〕。

3.5　螺旋折流片

螺旋片传热管是在光管上均匀布置螺旋片,有左旋片管和右旋片管之分。换热器的换热管布置情况是螺旋片管与光管交错排列,左右两根管是螺旋片管,螺旋方向分别是左旋和右旋,上下两根管是光管,放置在螺旋片上,不需要附加管束支撑〔18〕。

螺旋片能诱导生成涡旋流体,形成二次流,增强流体的湍流度,强化流体微团混合,使壁面附近的流速梯度增大,从而减薄粘性边界层底层的厚度,有效地提高传热系数。同时螺旋片形成的通道还增加了流体的流动路径,提高了流动速度。数值模拟结果表明,螺旋片管的传热系数随着螺旋角的增大而平缓增加,流动阻力损失加大,传热性能明显优于光管,传热系数可提高40%～100%〔19〕。

4　换热器强化传热技术的发展方向

4.1　管程

强化传热技术正在蓬勃的发展,异形强化传热管的研究和探索已经进入高层次发展阶段。传统的异形管加工难度大、成本高,加工设备也比较复杂。改进各种高效换热管的制造技术,或开发结构简单的新型高效换热管,实现高效换热管结构和制造技术的简单化,降低成本,提高设备的使用寿命,是推广和应用各种高效换热管的前提条件,也是换热器的重要发展方向〔3〕。

对螺旋管等槽纹管的研究也有待进一步深化,这种传热管可以适用于除水和空气以外更多的介质中,在其它工质中的工况如何还有待研究,另外,强化管的槽深、节距、螺旋角等特性的最优化,会使强化管具有较好的传热与流体动力学特性。

表面多孔管用于相变换热能够有效的提高传热系数,增加换热量但是由于加工工艺的复杂性,至今没能够被推广,随着加工技术的提高,如果能够简化加工过程,减少加工成本,相变传热应用这种传热管是一种理想的选择。

4.2　壳程

纵向流换热器的优良特性,已经引起更多的学者和工程技术人员的普遍关注。如果纵向流换热器与不同型式的强化管组合使用,能够同时实现壳侧与管侧的传热强化。这种为实现不同强化传热技术的优化组合仍需要进一步的研究。纵流式管束支撑物对壳程流体流速的调节作用较小,只有在大流量下才能显示出其优越性。因而,在小流量或低雷诺数下如何提高纵流式换热器的性能,是今后研究的一个重要方向〔20〕。

随着计算流体力学(C F D)和数值传热学的发展,各种数值模拟技术不断地被应用到强化传热技术中来,对各种支撑结构的性能和壳程流场的特性的研究可以通过计算机模拟来完成,这种方法简单、快捷,具有广阔的应用前景,这也促使了更优化的传热组合的研究。

4.3　纳米传热介质

以前对传热介质的研究主要是针对它的流动特性,对增强介质换热系数的研究很少。增强介

质的换热系数是近些年新开辟的领域,并迅速受到重视,成为热点课题。研究表明纳米流体具有很好的传热功能,E a s t m a n J A等人〔21〕对纳米流体导热系数的实验研究显示,以不到5%的体积比在水中添加氧化铜纳米粒子形成的纳米流体导热系数比水提高60%以上;L e e等人〔22〕用纳米流体和微型热交换器构成了冷却强度可达30M W/m2的高效冷却系统。影响纳米流体导热系数的主要因素有四种〔23〕:(1)非限域传递的影响;(2)布朗运动的影响;(3)液膜层的影响;(4)颗粒聚集的影响。

换热器中如果利用纳米介质换热,传热效率将大大提高,与之相匹配的各种换热器将相继开发出来,并可以节约能源,降低成本。

此外,换热器的场协同原理也是今后强化传热技术发展的重要方向,并在此基础上开发第三代传热技术〔24〕。

参考文献

1　林宗虎,汪军,李瑞阳等.强化传热技术.北京:化学工业出版社,2007,1

2　钟理,谭盈科.国外强化传热技术的研究与进展.化工进展,1993,4:1～5

3　崔海亭,彭培英.强化传热型新技术及其应用.北京:化学工业出版社,2006,1

4　余珉,郭莹,杨茉等.螺旋升角对凝结换热特性影响的研究.工程热物理学报,2007,28(3):549～501 5　G a r i m e l l a S,C e i s t e n s e n RN.H e a t t r a n s f e r a n d p r e s s u r e

d r o pc h a r a c t

e r i s t i c so

f s p i r a l l yf l u t e da n n u l i:P a r tⅠ-

H y d r o d y n a m i c s.J o u r n a l o f H e a t T r a n s f e r,F e b r u a r y,

1995,117:54～60

6　李志安,任克华等.波纹管换热器设计标准介绍及相关问题的探讨.压力容器,2007,24(4):61～65 7　徐志明,杨善让等.横纹管污垢性能的实验研究.中国电机工程学报,2005,25(5):159～163

8　黄德斌,邓先和,王扬君,黄素逸.螺旋椭圆扁管强化传热研究.石油化工设备,2003,32(3):1～4

9　高丽萍.斜针翅管强化传热元件的研究与应用.石油化工设计,2004,21(3):50～6010　S a h i t i N,D u r s t F,D e w a n A.H e a t T r a n s f e r E n h a n c e-m e n t b y P i n E l e m e n t s.I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f H e a t a n d M a s s T r a n s f e r,2005,48:738～4747

11　杨传健,江楠,廖晓懿.新型高效强化传热元件———钉翅管的传热性能.石油化工设备,2007,36

(2):15～17

12　Wa n gL,S u n d e nB.p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no f s o m e t u b e i n s e r t s.I n t.C o m m.H e a t M a s s T r a n s f e r,2002,

29(1):45～56

13　张锁龙.弹性流体诱导振动阻垢技术的研究.江苏工业学院学报,2003,15(3):40～43

14　陈姝,高学农,徐娓等.管壳式换热器壳侧在强化传热方面的进展.广州化工,2006,33(5):18～21

15　L u t c h aJ,N e m c a n s k yJ.P e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n t o f t u b u l a r h e a t e x c h a n g e r s b yh e l i c a l b a f f l e s.T r a n s I c h e m

E,P a r t A,1990,68(5):263～270

16　K a r l D,S t e h l i kPe t a l.H e l i c a l B a f f l e sS h e l l-a n d-T u b eH e a t E x c h a n g e r s,P a r t1:E x p e r i m e n t a l V e r i f i c a-t i o n.H e a t T r a n s f e r E n g i n e e r,1996,17(1):93～101

17　马有福,袁益超等.管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究与进展.电站系统工程,2005,21(3): 41～43

18　陈亚平,梅娜,施明恒.螺旋折流片强化壳侧传热的四管模型数值模拟.工程热物理学报,2007,28

(1):119～121

19　梅娜,陈亚平.螺旋折流片强化壳侧传热研究.石油化工设备,2004,23(5):1～4

20　吴金星,董其伍等.纵流式换热器的结构研究进展.化工进展,2002,21(5):306～309

21　E a s t m a nJ A,C h o i U S.N o v e l t h e r m a l p r o p e r t i e so f n a n o s t r u c t u r e d m a t e r i a l s.M a t e r S c i F o r u m,1999,

313:629～634

22　L e e S,C h o i US.M e a s u r i n g t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f f l u-

i d s c o n t a i n i n g o x i d e n a n o p a r t i c a l s.A S M EJ H e a t T r a n s-

f e r,1999,121:280～289

23　李强,宣益民.纳米流体强化导热系数机理初步分析.热能动力工程,2002,17:568～571

24　过增元,黄素逸等.场协同原理与强化传热新技术.北京:中国电力出版社,2004,12

张长保　编辑

换热器的研究发展现状

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2009年第28卷增刊·338· 化工进展 换热器的研究发展现状 支浩，汤慧萍，朱纪磊 （西北有色金属研究院，陕西西安 710055） 摘要：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。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。 换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。本文主要介绍了现有换热器的分类，各种换热器的特点工作原理及应用情况，对目前换热器的存在问题和发展趋势进行分析。 关键词：换热器；强化换热；研究现状 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。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现[1-4]。 1 换热器的分类方式 随着科学和生产技术的发展，各种换热器层出不穷，难以对其进行具体、统一的划分。虽然如此，所有的换热器仍可按照它们的一些共同特征来加以区分[5-6]，具体如下。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。 按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。 按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。 按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。 按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等。 2 管式换热器 管式换热器主要有套管式换热器和管壳式换热器两种。 2.1套管式换热器 套管式换热器是将不同直径的两根管子套成的同心套管作为元件、然后把多个元件加以连接而成的一种换热器，工作时两种流体以纯顺流或纯逆流方式流动。套管式换热器的优点是：结构简单，适用于高温、高压流体，特别是小容量流体的传热。另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体。他的主要缺点是流动阻力大；金属消耗量多；管间接头较多，易发生泄露；而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器[5,7]。 2.2管壳式换热器 管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，

换热器文献综述

相变换热器文献综述 学院：材料与化学工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级：2011-01 姓名：*** 学号：***

相变储热换热器文献综述 ***（郑州***化工学院） 摘要：本文通过对换热器发展历史的回顾，总结相变储热换热器的理论技术和结构设计，对其物性数据，相变储热材料等做了简要评述。1引言 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10~20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的85~40%。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。另外，在化工生产中，有时换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一个工艺设备中的组成部分。其他如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。 2换热器发展历史简要回顾 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管

制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新材料料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。 节能和环保已经成为当今世界的两大主题，经济高速发展、人口不断增长、过度开采和能源的利用率过低导致能源供需矛盾越来越大．能源紧缺受到人们越来越多的关注，能量存储随之引入了人们的生活。近年来,相变储换热器在太阳能利用、工业废热利用及暖通空调蓄冷和蓄热等领域获得了广泛的应用。相变储换热器有多种形式如管簇式、球形堆积床式和平板式,一些研究者对其热性能进行了模拟和实验研究。 3实验研究的主要成果 3.1相变储能材料的导热强化

(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。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。

板式换热器的换热计算方法

板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷

热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量） 在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； m h,m c-----热、冷流体的质量流量，kg/s； C ph,C pc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：

换热器开题报告

丙烯冷凝器(E-301)设计 ———— 摘要：本文先简单阐述了换热器的研究背景，并附带介绍了换热器的重要作用及其型式的发展过程。然后结合课题设计方向，由于本次设计方向为丙烯冷凝器（E-301）的设计，该冷凝器属于浮头式换热器的一种；在介绍浮头式换热器常见通用结构过程中，讲述一些用于该丙烯冷凝器的元件结构。最后，简单讲述了本次设计所用的技术路线，大致介绍了冷凝器设计的相关步骤和方法。 关键字：浮头式换热器，冷凝器，技术路线 1研究背景 换热设备是化工、炼油工业、医药、冶金、制冷等工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传送给低温流体。在实际生产过程中，为了满足工艺的要求，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。一般换热器需要满足如下的基本条件：合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；利于安装、操作、维修；经济合理[1]。 管壳式换热器的使用已有很悠久的历史；在二十世纪30年代，开始出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。近年来，由于能源消耗引起了人们的广泛重视，能源价格的逐渐上升，循环回收再利用观念已开始深入人心，工厂中废热回收也越来越具有吸引力。通过换热器的使用，回收生产过程中产生的废热来提高工厂的效率以减少国家的能源需求，节省资源，对于国家长久的发展来说具有重要的意义。同时，通过对换热器的优化设计，提高各类换热器的工作效率，减少因工作而造成的更多的能源浪费，也是设计换热器的重中之重。

换热器1文献综述

换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。 换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。 换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。 进入80 年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 目前在发达的工业国家热回收率已达96 % ,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的35 %～40 %。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势, 约70 %。其余30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备, 其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化, 并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技术、强化传热技 术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。 管壳式换热器： 管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。以下是几种常见的管壳式强化换热器。 螺旋槽管换热器，横纹管换热器，螺旋扁管换热器，螺旋扭曲管换热器，波纹管换热器，内翅片管换热器，缩放管换热器，波节管管

如何提高板式换热器传热效率

如何提高板式换热器传热效率 很多人对智能换热设备不是很了解，其实智能换热设备的功能是非常大的，传热效率也非常高，尤其是在冬季，它的作用就越发的明显。下面艾瑞德板式换热器有限公司就来说一下如何进一步提高智能换热设备的传热效率。 第一，选用热导率高的板片。板片的材质可选择不锈钢、钛合金、铜合金等等； 第二，提高板片的表面传热系数。由于智能换热设备的波纹能使流体在较小的流速下产生瑞流，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关； 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHE GASKET）、换热器板片(PHE PLATE)并提供板式换热器维护服务（PHE MAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。 ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。

管壳式换热器强化传热综述

管壳式换热器强化传热综述 摘要根据国内外强化侍热技术的研究现状，着重介绍了管壳式换热嚣在壳程强化待热方面开展的工作及取得的成果。 关键词管壳式换热器壳程强化传热 Abstract In the light of the present statns of study of the technology for intensification of heat transfer both at home and abroad．The work on the intensification of heat transfer in the shell side of the shell and tube heat exchanger is mainly presented as well as the result obtained．Keywords shell and tube heat exchanger shell side intensification of heat transfer 中图分类号：TE965文献标识码：A 随着现代工业的快速发展，对能源的需求越来越大．而利用高效换热器可以吸收化工、石油生产过程中存在的大量余热，既节约了能源，又减少了污染。与板式、板翅式换热器相比，管壳式换热器由于其适用性广、坚固耐用、密封性较好以及其结构简单、清洗方便是石油、化工等领域应用最普遍的一种换热器(占整个换热器设备的70％以上)[1]。因此．如何最大限度地利用热能和回收热能，强化管壳式换热器成为人们所研究的重点之一。 (一)强化传热的途径 单位时间内的换热量Q与冷热流体的温差△t及传热面积F成正比，即：Q=k·F·△t．可见强化传热可以通过增加传热面积F、加大传热温差△t，提高传热系数K3个途径来实现。 1．1增加传热面积F 增加传热面积不应理解为单一扩大设备体积或台数，而应是采用改变传热表面结构或材料性能合理提高设备单位体积的传热面积．使设备高效、紧凑、轻巧。如采用螺旋螺纹管、翅片管、波纹管、粗糙表面管、异形管等方法都能使传热面积增加。 1．2加大传热温差△t 在考虑到实际工艺或设备是否允许的情况下，改变冷热流体温度或改变换热流体同的流动方式如逆流、错流等，就可改变传热温差血，但这种方法受生产工艺、设备条件、环境条件及经济性等方面限制，实际操作时有一定局限性。 1．3提高传热系数k 提高传热系数小的一侧传热面之传热系数．就可使设备总传热系数大幅度提高。当今世界上强化传热研究的重点就是提高传热系数，有一种趋势是改善流体自身流动状态，加强湍

工业锅炉文献综述

燕山大学 本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：SHL20-1.25/130/70-A热水锅炉设计 学院（系）：车辆与能源学院 年级专业：热能与动力工程 学生姓名：吕志鹏 指导教师：王华山 完成日期：2015年3月17日

一、课题国内外现状 工业锅炉是重要的热能动力设备,而我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。特别是改革开放以来,随着国民经济的蓬勃发展,全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业,可以生产各种不同等级的锅炉[1]。 在未来相当长的一段时间内,燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品,且以中大容量(单台蒸发量≥10t/h)居多。但燃煤锅炉会产生严重的环境污染,随着能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格,天然气开发应用将进入高速发展时期。小型燃煤工业锅炉将退出中心城区。因此采用清燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。 工业锅炉每年的总能源消耗和污染排放均位居全国工业行业第二,仅次于电站锅炉,煤炭消耗量远高于钢铁、石化等高耗能工业行业。工业锅炉的发展直接影响国家建设资源节约型和环境友好型社会的经济发展和社会发展目标的实现。“十一五”期间,降低单位GDP能耗将成为我国政府宏观调控的重点,工业锅炉行业面临重大发展机遇,工业锅炉行业应该以高效节能降耗为中心,洁净减排环保为目标,认真制定工业锅炉行业发展规划,引导行业传统技术的改良,核心技术和关键技术的创新,提升工业锅炉系统节能效果;推动行业和企业结构与产品结构调整,促进工业锅炉行业跨越式发展和全面技术进步[2-4]。 二、研究主要成果 为了进一步提高工业锅炉的效率和减少污染物的排放，国内外研究人员分别从燃烧方式、炉膛布置、运行维护等方面进行研究，取得了不少成果。 在链条锅炉上增加风扇磨煤机直吹系统,采用复合燃烧技术,可大幅度提高锅炉的出力和锅炉热效率。能够适应制浆、造纸企业热负荷波动频繁及波动幅度大的特点。风扇磨煤机集吸风、干燥、磨煤、送粉等功能于一身,新增设施少、投资省、见效快、占地面积小,完全适合于旧锅炉的改造,是值得推广的一种燃烧技术[5-6]。 使用分层燃烧技术可以提高锅炉的经济型，改进分层燃烧技术的实现将对我国的锅炉行业产生深远的影响，使之在锅炉运行中发挥更重要的作用。

强化传热 文献综述

华北电力大学研究生结课作业 学年学期：2014—2015第二学期 课程名称：强化传热 学生姓名： 学号： 提交时间：2015.3.26

强化传热文献综述 摘要：研究各种传热过程的强化问题来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，因而研究和开发强化传热技术对于发展国民经济的意义是十分重要的。本文主要总结了管内强制对流换热和强制对流沸腾换热、管束中强制对流换热、大容器沸腾换热和凝结换热的强化方法。以及管壳式换热器和管内置扰流元件的强化传热的研究进展。 关键词：强化传热；粗糙表面法；扩展表面法；扰流元件；机械强化法;静电场法 引言 工质的流动和传热在动力、核能、制冷、化工、石油乃至航空、火箭和航空等工业中是常见的。这些工业的换热设备中广泛存在着各种传热问题。以动力工业中的火力发电厂为例，蒸汽锅炉本身就是一个大型复杂换热面。燃料在炉膛中燃烧生产的热量，需要应用多种传热方式，通过炉膛散热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤器加热工质，是工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。此外，在锅炉尾部还装有利用排出烟气加热燃烧所需空气的空气预热器。在电厂的热力系统中还装有各式给水加热器、蒸汽凝结器、燃油加热器等。在这些设备中也都存在各种各样的传热问题。换热器的合理设计、运转和改进对于节省资金、能源、金属和空间而言是十分重要的。 1 强化传热的目的和意义 1.1目的 减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；减少换热器的阻力，以减少换热器的动力消耗。 1.2意义 研究各种传热过程的强化问题来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，因而研究和开发强化传热技术对于发展国民经济的意义是十分重要的。 2换热器中强化传热的途径及分类 2.1途径： 增加平均传热温差；扩大换热面积；提高传热系数。 2.2分类 从被强化的传热过程来分，可分为导热过程的强化、单相对流换热过程的强化、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两类。有功强化传热技术包括：机械强化法、振动强化法、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、装置强化元件法和加入扰动流体法等。 3提高传热系数来强化传热的技术 3.1单相流管内强制对流换热的有效强化方法 使管内流体发生旋转运动。流体发生旋转可是贴近壁面的流体速度增加，同时还改变了整个流体的流动结构。在采用各种有效的使流体旋转的措施后，增加了旋转流体的流动路

新型换热技术

换热器最新换热技术 换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。 换热器的种类繁多，有多种分类方法。 一、按原理分类： 1、直接接触式换热器 这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量，这类换热器的介质通常一种是气体，另一种为液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。 2、蓄能式换热器(简称蓄能器)，这类换热器用量极少，原理是热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之到达传热量的目的。 3、间壁式换热器 这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质，这类换热器我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。 二、按传热种类分类 1、无相变传热 一般分为加热器和冷却器。 2、有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。 三、按传热元件分类 1、管式传热元件： (1)浮头式换热器 (2)固定管板式换热器 (3)填料函式换热器 (4)U型管式换热器 (5)蛇管式换热器 (6)双壳程换热器 (7)单套管换热器 (8)多套管换热器 (9)外导流筒换热器 (10)折流杆式换热器

板式换热器换热系数或传热系数

板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。尽管其发展已有近百年历史,且在国民经济的少数部门(如食品、制药)有着比较广泛的应用,但是由于耐温、耐压、耐腐蚀能力而制约其在各个部门的全面推广和应用。进入80年代以来,由于制造技术、垫片材料的不断进步以及传热理论的不断完善,板式换热器的应用越来越受到工业生产部门的重视。 要确定一项强化传热新技术是否先进,必须对其进行评价。但在实际的使用中,出现了多种评价强化传热的方法与评价指标。有人主张采用换热量Q与消耗的泵(或风机)的功率N的比值,即能量系数作为评价指标,类似的也广泛采用K/ΔP以及无因次化的Nu/ζ来进行评价,为了更准确地反映强化传热的性能,进一步也可以使用K/ΔP1/3及Nu/ζ1/3作为指标。随着传热技术的发展,换热器日益向体积小、重量轻的方向发展,同时在提高效率的前提下,要求操作费用降低。在综合分析的基础上,提出了一套较为完整的性能评价数据,即维持输送功率、传热面积、传热负荷3因素中的两因素不变,比较第3因素的大小以评定传热性能的好坏。 这些评价都只是分析换热器的能量在数量上转换、传递、利用和损失的情况,即以热力学第一定律为基础。为了更准确地反映热量交换过程能量在质量上的损失,在理论研究中也提出了许多基于热力学第二定律的评价方法,即分析换热器中火用的转换、传递、利用和损失的情况。而进行技术推广应用时,还应考虑采用强化换热技术后管子等价格的增加和运行费用的变化,运用经济核算的方法进行评价,即热经济学的评价方法。 而在实际的使用过程中,进行强化传热新技术、新方法的研究更多采用简单易用的单一参数K,ΔP以及单一参数组合而成的K/ΔP,K/ΔP1/3来进行评价[9～11]。而基于热力学第二定律的方法在设计过程中可用来判断换热器的性能,作为进一步改善的依据,但在工程上缺乏实用性。 a.提高板片的表面传热系数 由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流( 雷诺数一1 5 0时 )，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，波纹断面形状为三角形 ( 正弦形表面传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难…) 的人字形板片具有较高的表面传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，表面传热系数越大。 b.减小污垢层热阻 减小换热器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为1mm时，传热系数降低约10％。因此，必须注意监测换热器冷热两侧的水质，防止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。有些供热单位为防止盗水及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意水质和黏性药剂引起杂物沾污换热器板片。如果水中有黏性杂物，应采用专用过滤器进行处理。选用药剂时，宜选择无黏性的药剂。 c.选用热导率高的板片 板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、铜合金等。不锈钢的导热性能好，热导率约14.4W／( m·K)，强度高，冲压性能好，不易被氧化，价格比钛合金和铜合金低，供热工程中使用最多，但其耐氯离子腐蚀的能力差。 d.减小板片厚度 换热器板片的设计厚度与其耐腐蚀性能无关，与换热器的承压能力有关。板片加厚，能提高换热器的承压能力。采用人字形板片组合时，相邻板片互相倒置，波纹相互接触，形成了密度大、分布均匀的支点，板片角孑L及边缘密封结构已逐步完善，使换热器具有很好的承压能力。国产可拆式板式换热器最大承压能力已达到了2.5M P a 。板片厚度对传热系数影响很大，厚度减小 0.1mm，对称型板式换热器的总传热系数约增加 6 0 0W／( m ·K)，

暖通毕业设计文献综述

暖通毕业设计文献综述 【篇一：暖通毕业文献综述】 文献综述 题目家用中央空调的研究与发展前景 学生姓名 专业班级 学号院（系） 指导教师(职称) 完成时间 家用中央空调的研究与发展前景 1 家用中央空调具有的特点 1.1 家用中央空调的优点 （1）具有单台房间空调器的优势。如质量可靠、故障率低、使用灵活、安装方便、维护简单等。 （2）具有中央空调的优势，如房间内温度分布均匀，不占有房间的 使用面积，能和装修较好的配合，室内噪音低等。 （3）具有较好的个性化，～方面要体现在住户个人购买、个人使用，另一方面室内空调机布置能够灵活多样，可根据房间的布局、个人 喜好有多种方案可供选择。 （4）家用中央空调消费群体不光是针对高消费群体，而逐步针对普 通的工薪阶层。随着空调厂家大规模生产、开发，其价格会逐渐回落，使家用中央空调能落户于普通百姓家庭成为可能。 1.2家用中央空调的缺点 （1）比分体空调贵不少，但是配合装修效果非常好。 （2）耗电量比较大，不容易清洗。机组噪音比较大。噪音方面主要 影响的是夜间睡眠，可以调成最低风速运行。另外，在选择中央空 调品牌时可以关注室内机噪音值。 （3）不同品牌价格差距很大，制冷效果也有差距。 2 家用中央空调方式的分析比较 2.1几种家用中央空调输送介质方式的分析比较 中央空调是集中处理空调负荷的系统型式，其冷／热量是通过一定 的介质输送到空调房间里去的。按照家用小型中央空调的输送介质 的不同，常见的家用小型中央空调可以分成以下三种主要型式。 2.1.1风管式系统

风管式系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统 的原理基 本相同。它利用室外主机集中产生冷／热量，将从室内引回的回风(或回风和新风的混风)进行冷却／力d热处理后，再送入室内消除其 空调冷／热负荷。相对于其它的家用小型中央空调型式，风管式系 统初投资较小。如若引入新风，其空气品质能得到较大的改善。但 风管式系统的空气输配系统所占用建筑物空间较大，一般要求住宅 要有较大的层高。而且它采用统～送风的方式，在没有变风量末端 的情况下，难以满足不同房间不同的空调负荷要求。而变风量末端 的引入将会使整个空调系统的初投资大大增加。 2.1.2冷／热水机组 冷／热水机组的输送介质通常为水或乙二醇溶液。它通过室外主机 产生出空调冷，热水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末 端装置处冷，热水与室内空气进行热量交换，产生出冷／热风，从 而消除房间空调负荷。它是一种集中产生冷／热量，但分散处理各 房间负荷的空调系统型式。该系统的室内末端装置通常为风机盘管。目前风机盘管一般均可以调节其风机转速(或通过旁通阀调节经过盘 管的水量)，从而调节送入室内的冷／热量，因此该系统可以对每个 空调房间进行单独调节，满足各个房间不同的空调需求，同时其节 能性也较好。此外，由于冷／热水机组的输配系统所占空间很小， 因此一般不受住宅层高的限制。但此种系统一般难以引进新风，因 此对于通常密闭的空调房间而言，其舒适性较差。 2.1.3 vrv系统 变制冷剂流量(varied refrigerant volume，简称vrv)空调系统是一 种冷剂式空调系统，它以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换 热器、压缩机和其他制冷附件组成，末端装置是由直接蒸发式换热 器和风机组成的室内机。一台室外机通过管路能够向若干个室内机 输送制冷剂液体。通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换 热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷、热负荷要求。vrv系统 具有节能、舒适、运转平稳等诸多优点，而且各房间可独立调节， 能满足不同房间不同空调负荷的需求。但该系统控制复杂，对管材 材质、制造工艺、现场焊接等方面要求非常高，且其初投资比较大。除了风管式系统、冷／热水机组、vrv系统这三种基本的系统型式外，还可以互相交叉，衍生出一些新型的系统。例如，将冷／热水机组 和风管式系统进行组合，往室内送冷热水处理房间空调负

浅谈管壳式换热器强化传热

浅谈管壳式换热器强化传热 热能1303梁皓天20132586 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。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。 管壳式换热器又称谓列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由管箱、壳体、管束、管板、折流板等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其他新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。管壳式热器固然有其优点，并为产业节能方面做出了巨大的贡献，但在新的节能减排形势下，其缺点（压降大、流动死区、易结垢、震动、传热效果差）严重的限制了其发展和生存的空间，为了节能降耗，提高换热器的传热效率，需要研发能够满足多种工业生产过程要求的高效节能换热器。因此，近年来，高效节能换热器的研发一直受到人们的普遍关注，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。 目前传统强化换热的方法大体上可以分为三类，管程强化传热，壳程强化传热，整体强化传热。 管程强化换热主要有两种方式，一是改变管子形状或者提高换热面积，如：螺旋槽管、旋流管、波纹管、缩放管、螺纹管等；二是增强管内的湍流程度，例如，管内设置各种形状的插入物。其中，改变换热管设计的方式，如改变换热管形状，或加大管程流体的湍流程度、传热面积，具体的设计对象包括波纹管、伸缩管、翅片管等。而另一种类型包括管内插物的设计，及通过管内绕丝花环、纽带等，实现管程的湍流程度；相比较来说，在管内插物的形式执行简单、效果较好、投资较少，是目前主要应用的管程强化传热形式。 下面详细介绍一下主要管程强化传热的换热器特点。 （1）螺旋槽管是通过专用轧管设备将圆管在其表面滚压出螺旋线形的凹槽，管子内部形成螺旋线形凸起，如图1所示，管内介质流动时受螺旋线型槽纹的导向使靠近管壁的部分介质沿槽纹方向螺旋流动，这就使得边界层的厚度较大程度的减薄，提高换热的效果；部分介质沿着壁面纵向运动，经过槽纹凸起处产生纵向漩涡，促使边界层分层，加速边界层中介质质点的运动，进而加快了管壁处介质与主体介质的热量传递。 （2）波纹管是将管子加工成内外均呈连续波纹曲线的一种强化管，如图2所示，使管子的纵向截面呈波形，由相切的大小圆弧构成，管内流体的流动状态不断变化，使流体的湍流程度增加从而强化传热。主要适用于管内外介质有加热、冷却热交换的场合，其特点为传热效率高，这一特点是依靠独特的传热元件—波纹管来实现的。波纹管特殊的波峰与波谷设计，使流体在关内外形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统管式换热器高2~3倍。波纹管在工作过程中，一方面管内外介质始终处于高

换热器文献综述(综述报告)(经典版)

板式换热器综述报告 院系：机械工程学院 姓名：xxxxxx 学号：xxxxxxxxxx 班级：过控10-3班 日期：2012年12月28日

前言 用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定工艺要求的装置统称为换热器。随着生产和科学技术的发展，化工、动力机械、原子能工业，特别是汽车、火车、航空等工业部门迫切要求高效、轻巧而又紧凑的换热设备，这就促使新结构形式的热交换设备的出现和不断发展。板式换热器就是在这种形式下发展起来的新产品。 国内外板式换热器的发展是欧美发达国家于20世纪80年代起开始竞相开发、研制各种型式的板式换热器。其中具有代表性的为法国Ｐａｃｋｉｎｏｘ公司,该公司于20世纪80年代首次在催化重整装置中用一台大型板式换热器替代传统的管壳式换热器组。20世纪90年代末期,Ｐａｃｋｉｎｏｘ公司又将大型板式换热器用于加氢装置。该公司的产品得到ＵＯＰ(美国联合油)的认证,其产品主要用于的催化重整、芳烃及加氢装置。而板式换热器在中国的起步比较晚。1999年兰州石油机械研究所研制成功大型板式换热器,该产品(专利号:ＺＬ98249056.9)具有国际先进水平、首创独特结构的全焊式板式换热器,并已在炼油厂重整装置,化肥厂水解解吸装置及集中供热换热站等场合得到应用。 近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。 同时，我国出口的换热器均价平均不到进口均价的一半。可以想见，我国出口的产品多是附加值低的中、低端产品，而进口的产品多是附加值高的高端产品。这充分说明我国对高端换热器产品需求旺盛但供给不足的市场现状。 作为一个高效紧凑式换热器，在加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收过程中，

换热器节能设计分析

换热器节能设计分析 【摘要】换热器中采用节能技术不仅能提高能源利用率，减少金属材料的消耗，而且对推进石油、化工、制药等行业的节能减排工作有着积极意义。介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法，分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。 【关键词】换热器节能强化传热 1 管壳式换热器的传热原理 根据传热学基本公式：Q=KF△tm，由上式可知，提高传热效率的途径有三条：提高传热系数K；增大换热面积F；加大对数平均温差△tm。增大换热面积和加大对数平均温差都不是理想的途径，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和投资费用的大幅度增加，而加大对数平均温差又要受到公用工程条件和分离物系性质的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。传热系数K是换热器的主要性能参数，众所周知其计算公式为： 传热系数K值的大小与管内换热系数ai、管外换热系数ao、管内和管外的污垢系数ri和ro、换热管的外径与内径之比do/di、换热管材料的热导率λw以及管厚度δw有关。而换热管的材料、规格一旦选定，则管外径与内径之比、壁厚及导热系数等参数也随之确定下来。所以，提高管内、外换热系数ai和ao、降低污垢系数ri和ro，才能够提高换热器的总传热系数K。 2 管壳式换热器强化传热方法 由传热机理可以看出，提高换热器的传热效率就要想办法提高管内、外换热系数、降低管内、外污垢系数。管壳式换热器的强化传热研究经过多年发展，目前已经取得了许多广泛使用的成果。以下从管程强化与壳程强化两个方面分析管壳式换热器强化传热方法。 2.1 管程强化 2.1.1 传热管的改进 采用了低肋管、螺纹管、波纹管等代替常用换热器的普通光滑管，不仅增加换热面积，而且利用粗糙传热面强化边界层湍流度提高传热系数，从而使管程强化传热有了较大的突破。低肋管是开发较早的换热管之一，主要应用于强化沸腾传热，不仅其换热系数较高，而且能有效地扩大传热面积，光滑管的传热面积只是低肋管的38%。但是低肋管也有其自身的弱点：在低热流率下，换热管的传热性能在上、下两部分相差比较大，上部优于下部，不过随着热流率增加差距会逐渐减少，此外该管型带来的流动阻力会比较大。螺纹管是一种由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管，适用于强化对流、冷凝传热。从内、外螺纹管与光滑

换热器的强化传热三因素

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）