强化换热
强化传热技术综述
理工学院装控L081 康世雄08L0503121
1 绪论
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。
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。(强化换热的方法及新进展)
换热器是种类繁多，广泛应用于石油化工、冶金、电力、造纸、船舶、机电、分区供热、暖通空调、余热利用、核工业、食品饮料、医药纺织等工业领域。据资料统计，在现代石油化工企业中，换热器的投资约占装置建设总投资的
30%~40%，在合成氨生产中，换热器约占全部设备总台数的40%，世界各国不断地从事着对新型高校换热设备的研究，以期提高热能利用率，不断降低对天然能源的消耗，因此换热器在减少企业的建设投资和提高企业的经济效益方面具有不可忽视的重要影响。要达到此目的，就迫切需要研究各种高效能紧凑节能型的换热器。(强化传热节能技术的研究)
随着现代新工艺、新技术、新材料的不断发展和能源问题的日益严重, 必然带来更多的高性能、高参数换热设备的需求。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要的作用, 有时甚至是决定性的作用。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。(国内外新型高效换热器)
2 国内外发展概况
2.1 国内
为了提高换热器的换热系数，强化传热效率，国内外出现了多种强化原件和强化措施，主要包括在换热器中使用螺旋槽管(图1)、横纹管（图2）、缩放管、波纹管（图3）等扩展表面的方法。另外，在利用处理表面法、粗糙表面法的强化传热技术方面也有了一定的研究。
目前较为新型高效的两种换热器热板式换热器和热管式换热器分别以热板和热管为传热基本单元。前者利用点焊或滚焊将双层或多层金属板焊成各种图形（图 4），边缘密封，再高压充气完成空间流道，传热效率高，阻力小，可用于加热保温干燥冷却等多种化工过程，前景十分广泛。后者利用真空管中工作液的汽化冷凝过程传热，使之能在较小温差下传递大量的热量。
在处理表面技术上，大连理工大学采用磁控溅射离子镀铬的方法处理钢管，使传热系数提高40%以上。华南理工大学进行过粗糙表面法实验，也得到了换热器优化的几何尺寸。
2.2 国外
早在1916年，英国学者Chubb就提出了电场强化传热的理论。但长时间内没有引起人们的重视。近年来，一些发达国家，开展的EHD强化沸腾传热研究取得了很大的发展，但也尚未真正应用于工程实践。
EHD技术，即电气流体力学技术，又称电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注。其原理是，接冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电厂好用的电力很小。
EHD(Electro-hydrodynamics)电流体动力学强化传热是在流体中施加高压静电场，利用电场、流场和温度场的相互耦合作用，而达到强化传热的一种有源强化方法。早在1916年，英国学者就发现在流体中施加电场能够强化传热，但此后40多年，该项技术并未受到注意和重视。近年来，由于余热利用、高效暖通空调系统、海洋能和地热能开发中x,lJl,温差传热的要求，加上EHD强化传热具有效果显著、功耗低、易于控制表面热流等一系列优点，其研究逐渐受到重视。对EHD强化传热的研究主要从以下3个方面进行：(1)试验确定换热系数与外加电场的关系；(2)从流体在电场中的受力角度进行理论分析；(3)应用数值模拟对EHD 强化传热进行研究。目前EHD强化传热研究处于以实验积累数据为主的研究阶段。研究认为，外加高压电场可以引起加热表面附近介电流体的附加运动从而影响介电流体的传热，换热器传热系统较易进人混沌，从而强化了传热。（强化传热技术及其应用）
在该领域，国内研究才刚刚起步。在液体中加一静电场以强化单向流体的对流换热量是一种有吸引力的强化换热方法。这种方法对气体和液体的自然对流和
强制对流都产生一定的强化传热效应。
3 强化传热的途径
传热的基本方式有传导、辐射和对流3种, 在实际工程中的换热过程往往是3种传热方式的结合使用。增强传热系数、增大传热面积、加大平均温度差是强化传热的三种途径，其中增强传热系数是当今强化传热的重点。（管壳式换热器的换热管强化换热技术浅述）
3.1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）。
换热器传热系数（K）的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定，换热器传热过程中的总热阻越大，换热器传热系数（K）值也就越低；换热器传热系数（K）值越低，换热器传热效果也就越差。
换热器在使用过程中，其总热阻是各项分热阻的叠加，所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项分热阻。如何控制换热器传热过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的关键。
上述三方面增强传热效果的方法在换热器都或多或少的获得了使用，但是由于扩展传热面积及加大传热温差常常受到场地、设备、资金、效果的限制，不可能无限制的增强，所以，当前换热器强化传热的研究主要方向就是：如何通过控制换热器传热系数（K）值来提高换热器强化传热的效果。我们现在使用最多的提高换热器传热系数（K）值的技术就是：在换热器换热管中加扰流子添加物，通过扰流子添加物的作用，使换热器传热过程的分热阻大大的降低，并且最终来达到提高换热器传热系数（K）值的目的。（换热器的强化换热）
3.2采用高效能的传热面, 增大传热面积A
为了加大传热面积A而增加换热设备体积，会给制造、安装、操作带来困难，显然不是最佳方案。应提高换热器的紧凑性，用最少的材料取得最大的传热量，即增加单位体积设备的有效传热面积。其主要措施: 合理布置受热面，扩大热传递面表面，采用紧凑式换热器，提高原有热传递表面。（强化传热的途径及优化设计）
3.3加大平均温差
增大传热温差的方法有两种。一是提高热流体的进VI温度或降低冷流体的进口温度；二是通过传热面的布置来提高传热温差。当冷热流体顺流流动时，其平均温差最小，当冷热流体逆流流动时，其平均温差最大。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动型式。一般来说，物料的温度由生产工艺来决定，不能随意变动，而加热介质或冷却介质的温度由于所选介质不同，可以育很大的差异。但需指出的是，提高介质的温度必须考虑到技术卜的可行性和经济上的合理性。另外，采用逆流操作或增加管壳式换热器的壳程数，均可得到较大的平均温度差。（强化传热技术及其应用）
4 换热器强化传热技术及进展
4.1管程强化传热技术
4.11螺旋槽管
螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管，管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。美国、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究。华南理工大学、北京理工大学和重庆大学也对螺旋槽管进行试验研究，而且都取得显著的成效。此外，研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。目前，无论是从传热、流阻、结垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。进一步结合计算机软硬件的发展，对螺旋槽管在不同场合传热的模拟和仿真，找出具有较大通用性的关联式以及优化螺旋槽管的结构尺寸将是今后研究的方向。（换热器研究现状及发展趋势）螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而成, 有单头和多头之分, 其管内强化传热
主要由两种流动方式决定: 一是螺旋槽近壁处流动的限制作用,使管内流体做整体螺旋运动产生的局部二次流动;二是螺旋槽所导致的形体阻力, 产生逆向压力梯度使边界层分离。螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用, 适用于对流、沸腾和冷凝等工况, 抗污垢性能高于光管, 传热性能较光管提高2~ 4倍。（管壳式换热器节能技术综述）
螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而成, 有单头和多头之分, 其管内传热强化
主要有两种流动方式起决定作用: 一是螺旋槽近壁处流动的限制作用, 使管内
流体做整体螺旋运动来产生局部二次流动; 二是螺旋槽所导致的形体阻力, 产
生逆向压力梯度使边界层分离。螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用, 适用于对流、沸腾和冷凝等工况, 抗污垢性能高于光管, 传热性能较光管提高2~ 4倍。华南理工大学和重庆大学经试验研究及理论推导, 得出了单头螺旋横纹管比多头
螺旋横纹管的性能好。德国Hde 公司的螺旋横纹管, 管内传热效率明显优于光管, 当200< Re< 1500 时, 提高传热效率2.0~ 22倍。（强化传热技术与新型高效换热器研究进展）
4.12横纹管
横纹管强化机理为: 当管内流体流经横向环肋时, 管壁附近形成轴向漩涡, 增加了边界层的扰动, 使边界层分离, 有利于热量的传递。当漩涡将要消失时流体又经过下一个横向环肋, 因此不断产生涡流, 保持了稳定的强化传热作用。研究和实际应用证明: 横槽纹管与单头螺旋槽纹管比较, 在相同流速下, 流体阻
力要大一些, 传热性能好些, 其应用场合与螺旋槽纹管相同。（管壳式换热器节能技术综述）
1974年前苏联首先提出横纹管，它是一种用普通圆管作毛胚，在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管内形成一圈突起的环肋。其强化机理为：当管内流体经横向环肋时，管壁附近形成轴向漩涡，增加了边界层的扰动，有利于热量通过边界层的传递。当涡流即将消失时，流体又流经下一个横肋，不断产生轴向涡流，因而保持连续且稳定的强化作用。横纹管主要用来强化管内单相流体的传热，华南理工大学经研究发现，在相同流速下，横纹管流阻比单头螺旋槽管的小。（换热器研究现状及发展趋势）
横纹管的强化机理为: 当管内流体流经横向环肋时, 管壁附近形成轴向漩涡,增加了边界层的扰动, 使边界层分离, 有利于热量的传递。当漩涡将要消失时流体又经过下一个横向环肋, 因此不断产生涡流, 保持了稳定的强化作用。近年来, 华南理工大学与桂林化机厂合作, 将在相同管内流速下传热效率优于螺
旋槽管的横纹管折流杆换热器在云南某化肥厂投入工业运行, 取代了原有的
DN2400 列管式折流板主热交换器, 使设备投资节省1/ 3, 取得了良好的经济效
益。横纹管折流板换热器融合了折流杆换热器技术与横纹管强化传热技术, 是一种高效换热器。（强化传热技术与新型高效换热器研究进展）
4.13缩放管
缩放管是由依次交替的多节渐缩段和渐扩段构成。其传热机理为：缩放管通过壁面缩放，使流体
压力发生周期性的变化产生剧烈的漩涡冲刷流体边界层，使其减薄,壁面缩放还促进了流动粘性底层之外与传热粘性底层内的流体速度场与温度梯度的协同，增加了传热系数。
研究表明，缩放管收缩段的平均换热能力比较大，扩张段的局部换热系数呈下降趋势，其原因是在扩张减速段的流体流动有弱化传热的作用，而在收缩加速段的流体有强化传热的作用，现有缩放管结构中扩张段与收缩段的长度在总肋间距中各占一半，因扩张段所占比例较大，故流体流动对传热的弱化作用明显，使总的传热效率不够理想。为了优化其结构，可以增加收缩段所占比例，相应减少扩张段的长度，并在缩放连接处采用平直链面连接方式，以减小流体阻力。（管壳式换热器节能技术研究）
缩放管是由多节交替的收缩段与扩张段构成的波形管道，其结构见图4。根据收缩段和扩张段是否对称分为对称缩放管和非对称缩放管两种。
缩放管强化传热的机理是：在扩张段流体速度降低，静压增大；在收缩段流体速度增加，静压减小；流体在方向反复改变的轴向压力梯度作用下流动。在扩张段，流体产生剧烈的漩涡，并在收缩段中得到有效的利用且冲刷了流体的边界层，使边界层减薄，从而强化了传热。缩放管可以强化管内、管外单向流体的传热，尤其适用于雷诺数较高的场合。很多学者对缩放管的传热与流阻性进行了试验和工业应用研究，结果表明，在同等的流阻损失下，其传热量较光滑管提高70％。（管壳式换热器强化传热技术进展）
4.2壳程强化传热技术
4.21折流杆式支撑
由排布的支撑杆和其它元件形成折流栅代替折流板而使流体在壳程形成一系列折流，这样既可以防振，还可以增加流动介质的湍流度、提高管间传热系数。折流杆式管壳式换热器的压力降很低，不到弓形折流板管壳式换热器的1／4，传热系数则为后者的1．3～2．4倍。已经试制的气一气折流杆式管壳式换热器在应用中获得了较为令人满意的效果。（管壳式换热器强化传热技术进展）
4.22螺旋折流板支撑
螺旋折流板使流体在壳程作螺旋运动，在流道内流动长度增加且流动平滑，因而在流道中流速和压差分布比较均匀。螺旋折流板管壳式换热器具有以下优点：a．支撑物和管束或壳壁之间的泄漏流、旁路流及返混现象大大减少；b．流动死区基本消除，使得壳程污垢面积大大减少，总体上减少了滞留区而增加了湍流度，提高了壳程的传热系数并降低了系统压力降；c．螺旋折流板支撑能增强管束的稳定性，防止振动。
试验结果表明，与相同工况下的直流挡板管壳式换热器相比，螺旋折流板管壳式换热器壳程努塞尔数可提高49．4％，加人多孔介质后壳程努塞尔数可提高79．5％。（管壳式换热器强化传热技术进展）
4.23空心环网板支撑
空心环管壳式换热器是将小直径金属短管(即空心环)以一定间隔布置在换热管束同一截面上以替代折流栅，从而支撑管束并促进流体扰动。空心环支撑往往与强化管组合使用，如缩放管、低肋管、花瓣管等，强化流体纵向冲刷时的对流换热。空心环换热器壳侧空隙率大、压降小，可使壳侧流体的大部分输送功作用在强化管的粗糙表面上来促进近壁流体湍流，降低传热热阻，达到强化传热的目的。
空心环支撑的扰流作用不如折流杆支承，而且管束固定工艺相对
较复杂。（管壳式换热器节能技术研究）
空心环由直径较小的钢管截成短节而成，均匀地分布于管间的同一截面上，与管子呈线性接触，使管束相对紧密固定。采用空心环网板取代折流板作管间支撑物，可以大幅度减少气体在壳程作反复折流而损失的流体输送功，依靠增加管间气速提高管外传热系数，达到流体输送功的最佳利用。在这种壳程结构中，流体在非传热界面的区域如管间支撑物的局部区域，形体阻力损失较小，而较大部分的流体压力降可以有效地利用于促进传热管表面的流体湍流，减薄滞留底层的厚度，从而能以较低的流体输送功获取较高的传热系数。
在相同的壳程压力降下，空心环管壳式换热器的壳程传热系数可比传统的单弓形折流板管壳式换热器提高约100％，而与近年来国外一些先进换热器如碟一环形折流板管壳式换热器相比，壳程传热系数可提高50％以上。实验室与工业化研究的结果表明，在同等壳程压力降条件下，采用缩放管时，空心环管壳式换热器比折流板管壳式换热器壳程传热系数可提高50％～80％。华南理工大学邓先和教授等开发的空心环急扩加速流缩放管管壳式换热器已广泛应用于硫酸厂转化工序。（管壳式换热器强化传热技术进展）
5 发展展望
目前运用于强化传热的最新技术有以下几方面：a．运用计算机技术建立流体的流动和热传递模型，并进行计算机模拟和仿真，从而对流体的流动区域和热传递的分布进行更详细预测的计算流体力学(CFD)；b．用于管壳式换热器设计和选型，以辅助设计者对流体流径、壳体及浮头类型、换热器结构尺寸、折流板类型和换热器整体布置等问题进行决策的专家系统；e．用于整体装置设计的数据库技术。（管壳式换热器强化传热技术进展）
目前，换热器是研究正向着高传热系数、低压力损失和高紧凑度方向发展。加强力度开发传热系数高的金属材料（如石墨）等以及非金属材料是一个比较可取的研究方向。国外专利新近提出用比硅胶便宜的三元乙丙橡胶为主体胶料，而散热填料用石墨，并加入钛系偶联剂合成的材料，其传热效果较好。还有学者提出通入惰性气体来强化传热，已有实验证明该方法在一定范围内的实用性。
目前有学者在以微细通道内对流换热与沸腾的尺度效应为课题的研究中，对经典传热传质理论提出挑战，形成朝微/纳尺度特殊传热传质现象研究的崭新科学前沿。该项目主要研究5~1000微米量级通道内液体对流雨沸腾传热特性，探析揭示尺度微细化产生的传热现象与规律变异，尝试为利用微细通道强化传热及其他应用提供基础数据和理论数据，内容包括微细通道内液体流动与对流换热；沸腾传热和沸腾核化；微尺度沸腾核化与气泡动力学特性探析。该方向的研究五
一为传热技术的新发展和新型高效换热器的诞生展开了新的理论铺垫。
6 结论
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。管壳式换热器在硫酸厂已应用多年，其结构也由原来折流板光滑管管壳式换热器发展到目前节能、高效的旋流网板急扩加速流缩放管管壳式换热器，随着技术的不断进步，更加节能、高效的管壳式换热器今后将在硫酸行业得到推广应用。（管壳式换热器强化传热技术进展）
（1）国内外具有强化传热功能的新型的换热器，都有其自身特点，但目前还没有被广泛接纳、应用，其原因在于这些新型换热器的设计理论还有待进一步深化。
（2）在选择强化传热方法时，应从实际出发，通过对现场工况条件、加工、制造工艺和综合技术经济比较，根据实际情况来选择换热元件、换热方式、添加剂等，从而有利于设计出新型换热器。
（3）应结合换热器的使用特点，积极开发研究一种新型高效的节能技术，使之能在强化传热过程中得以普遍推广，推动工业节能走入新的发展阶段。
强化传热对石油化工行业节能有着重大意义。采用各种节能技术高效换热器不仅能够提高能源效率，而且结构紧凑，可减少金属材料消耗。高效换热器作为一种节能设备得到政府的高度重视，应将换热器的节能技术与企业的应用结合起来，是各种形式的高效换热器得到大面积的推广，把石油化工行业的节能减排工作落到实处。
参考文献
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换热器的研究现状及应用进展
换热器的研究现状及应用进展 摘要：换热器是一种非常重要的换热设备，是实现不同介质在不同温度下传热 的节能设备。它可以利用低温介质对高温介质进行冷却，达到冷却、预冷的效果，也可以利用高温介质对低温介质进行加热，使工艺温度达到生产的要求。长期以来，换热器强化传热技术受到了世界各国学者的关注，高效节能的新型换热器层 出不穷。 关键词：换热器；研究现状；应用进展； 一、换热器的研究现状 1.管式换热器。管式换热器是最典型的间壁式换热器，它操作可靠、结构简单、可在高温高压下使用，是目前应用最为广泛的换热器类型之一。然而，研究 表明，与以往传统的管壳式换热器不同，新型换热元件和高效换热器的研发已经 进入了一个新时期。从目前诸多的研究成果来看，改善换热器的方法主要有对管 程结构改进和对壳程结构改进两大类。在管程结构改进中主要有改变传热面积和 加入管内插入物两类。在壳程结构改进中主要有改变管子外形及表面特性和改变 壳程管间支撑物结构两种。（1）螺旋槽纹管换热器。螺旋槽纹管是一种高效益 异形的强化传热管件，它通过改变传热面的形状大大强化了流体的换热效果。二 十世纪七十年代，美、日、英等国对螺旋槽纹管换热器进行了大量的研究，基于 螺旋槽纹管的特性，美国Argonne国家实验室和GA技术公司设计螺旋槽纹管换 热器的传热效率比光管提高了2至4倍。目前，无论是从传热、流阻、阻垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到 实际已达到较高水平。（2）管内插入物换热器。管内插入物换热器是通过在管 内添加插入物增加流体的湍动程度，加强近壁面和流体中心区域的混合程度，从 而达到了强化传热的目的。管内添加物的种类多种多样，常见的有加入纽带、螺 旋线、螺旋片等。试验研究表明，管内插入纽带之后，如果是层流换热，则对流 传热系数可增大2至3倍，压降增加3倍以上。若是紊流换热，传热系数仅增大30%左右，而压降增大2倍以上。管内插入物加工简单，特别适合对已有设备进 行升级改造。（3）折流杆式换热器。传统的管壳式换热器装有折流板，这种结 构的流动阻力大，容易使换热管发生震动而被破坏，为了解决这个问题并强化传 热效果，折流杆换热器应运而生。它通过改变壳程管间支撑物结构强化了传热。 折流杆式结构至少由四片折流栅组成，两横两竖，每个折流栅由若干个相互平行 的折流杆镶嵌在一个折流圈上。折流杆换热器几乎不存在流动死区，从而彻底解 决了传统的折流板换热器中存在的流动死区的问题。另外折流杆换热器不易结垢，流体在经过折流杆时产生文丘里效应对管壁有强烈的冲刷作用使得污垢难以形成。（4）管翅式换热器。管翅式换热器广泛应用于制冷行业，与普通的管壳式换热 器相比，它传热系数高、结构紧凑、使用寿命长、拆装简易，是一种安全可靠的 换热器。管翅式换热器通过在管外加装翅片，强化了壳程的传热。对总结了不同 翅片形式强化传热的机理及翅片参数对传热与流阻的影响规律。对管翅式换热器 进行了优化设计，计算出了特定工况下的最佳换热性能参数，并进行了计算机辅 助优化设计程序的开发。 2.板式换热器。板式换热器是由一系列波纹状的薄板按照固定的间隔并通过 垫片紧压而形成的换热器，板式换热器与管式换热器相比，在相同的污垢系数下，总传热系数是管式换热器的2至3倍，压力损失为其0.5至1倍，重量为其0.25 至0.5倍。体积和占地面积为其的0.3至0.5倍，因此板式换热器的性能更佳。但
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。
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
国外换热器新进展
国外换热器新进展 【关键词】强化传热,传热元件,壳程设计,新型高效换热器 【摘要】简述了国外近年来换热器的发展概况，介绍了强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计以及国外推出的各种新型高效换热器的有关情况。 Recent advances on foreign heat exchangers Abstract The recent progress of foreign heat exchangers in lasted years is outlined, research of enhanced heat transfer, development of heat transfer elements and structural design of new type shell side are introduced,and new high-effective heat exchangers abroad are commented. Key words:enhanced heat transfer,heat transfer elements, shell side design,new high-effective heat exchangers 1概述 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。 最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，
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。 纵观强化传热技术的发展传热强化的研究自始至终有着明确的目标和广泛的应用背景表现出高速度、实用性以及不断迎接高技术发展的挑战等三个突出特点。现代科学技术的飞速发展和能源的严重短缺对传热强化不断提出新的要求，使得研究深度和广度日益扩大并向新的领域渗透和发展，甚至成为某些高新科技中的关键。随着世界能源出现短缺和人们环保意识的增强，节能已成为经济可持续发展的重大需求。我国的节能技术的应用远落后于发达国家，实用的高效强化传热技术，在工业应用中具有广阔的前景。强化传热技术在石油、化工和能源等领域的应用，将带来巨大的经济和社会效益。在未来的几十年，能源环境、微电子和生物技术等领域必将成为传热强化研究和应用的重要舞台。 2强化传热技术研究现状 Bergles在总结强化技术及其发展时，将强化换热技术划分为三代。从19世纪末开始，人们开始关注传热强化的研究，但是由于当时的工业生产水平对传热强化的要求不是很迫切，所以对于强化传热的研究基本上属于实验科学，还很不成熟，相应的传热强化技术属于第一代。从20世纪70年代石油危机开始，国际传热界加强了传热传质过程的机理研究，
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
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。 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,在采用强化传热技术前,必须首先明确要达到的主要目的和任务,以及为达到这一目的所能提供的现有条件,然后通过选择比较,才能确定 一种合适的强化传热技术。
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
板式换热器的研究进展
板式换热器的研究进展 发表时间：2020-04-03T14:58:53.603Z 来源：《建筑实践》2019年38卷第22期作者：陈厶玮1 陆明伟2 [导读] 近年来，随着现代化建设的发展，我国的能源建设发展也有了改善摘要：近年来，随着现代化建设的发展，我国的能源建设发展也有了改善。换热器的出现是人类社会发展中对热量交换管理作出的一次重要改进。通过换热器应用，能够满足人们对于热量交换的处理需求，对于人们日常生活水平提升具有重要意义。由于换热器构成方式不同，整个器件运行过程中形成的热量交换方式也有所不同。一般情况下，换热器构成类型有管式换热器和板式换热器两种，不同类型换 热器能够最大限度上满足人们对于热量交换处理的需求。本文针对换热器应用现状及进展展开讨论研究，希望能够对换热器未来发展方向做出分析，提升换热器应用研究水平。 关键词：板式换热器；研究进展；措施引言 我国能源需求刚性增长，消费水平居世界前列并仍在快速增长，其中工业能耗约占总能耗的70%，节能减排形势严峻、意义重大。换热器广泛应用在化工、石油、冶金和电力等领域，其性能对提高能效具有显著价值，国内外研究人员都非常重视强化换热技术，通过不断开发新型的换热器结构、优化设计参数、选用特殊材料来提高换热效率、减少流动阻力、改善环境适应性，从而提高换热能力，提升设备在行业的竞争水平。其中，板式换热器市场发展迅速。它具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、污垢系数低等优势，同时便于拆卸、清洗，不同结构型式的板片间可灵活组合，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种工业应用。然而在实际使用板式换热器时会出现流动阻力大、耐高温高压能力差等不足之处，缩减了板式换热器的应用范围。为改善提升板式换热器的传热效果，国内外研究人员通过实验研究和数值模拟等手段，在传热、流动、结构和材料等方面开展了大量工作，本文即对相关工作进行总结概述，以期分享板式换热器的研究成果，进一步了解其研究进展及未来发展方向。 1换热器的研究现状 1.1管式换热器 管式换热器作为当前市场上流通性较强的一种换热器类型，在换热器应用和发展中具有重要地位。由于管式换热器具有结构简单以及耐高温性强等特性，使得人们对于管式换热器的应用越来越重视。按照管式换热器构成方式，在现有换热器行业发展中，管式换热器已经形成了以螺旋槽文管换热器、管内插入物换热器、折流杆式换热器和管翅式换热器为主的管式换热器应用形式。由于每种管式换热器构成方式和应用方式不同，在换热器应用过程中，热量交换以及热量传导效率出现了显著差异。以管内插入物换热器为例，在现有换热器应用处理中，其能够在换热交换中借助传热系数变换，将整体传热效率提升30%，对人们换热处理需求起到重要保障作用。 1.2板式换热器 板式换热器是在当前换热器市场发展中较为常见的一种换热器类型，由于板式换热器由不同间隔薄板构成，在进行换热交换过程中，各个薄板中的热量会随着换热方式调整出现热量迁移和转换；并且在相同污垢系数下，板式换热器换热效率能够提升至传统换热器应用效率的2～3倍，这对于换热器的应用而言是非常重要的。在板式换热器应用过程中，由于其占有体积和占地面积较小，使得换热器的应用灵活性较高，所以被很多工厂以及浴池所青睐。同时，由于板式换热器构成中具有较为明显的螺纹板式，能够按照螺纹板式构成中的要求，进行相关数值模拟计算，提升了板式换热器内部换热效率控制水平；尤其是在山东大学文孝强等人研究下，通过对板式换热器内部材料改进，提升了整个换热器换热性能，满足了人们换热处理需求。 2概述 随着可持续发展战略的实施，国家对GDP能耗控制指标不断细化，作为重要过程设备的换热器在暖通、冶金、核电、石油、化工等行业的热量回收和综合利用中发挥着越来越大的作用。根据结构特征换热器主要分为：管式、板式、扩展表面式以及再生式换热器四类。板式换热器因其独特的结构设计，与其它类型的热交换器相比，具有传热效率高、质量轻、占用空间小、结构紧凑、易维修维护等诸多的优点，近几十年来被广泛研究与应用。为适应不断变化的市场需求，全面提高板式换热设备的传热能力，众多企业和学者对板式换热器做了许多卓有成效的研究。未来板式换热器的发展，主要包括三个方面的内容：板式换热器大型化技术、可靠结构和传热性能兼顾的板片开发、流场精细化CFD分析。 3板式换热器的研究进展 3.1板式换热器的结构设计与优化 板式换热器结构设计与优化的目的是强化换热、降低流阻，使换热器的性能达到最佳，其设计基本原则是将换热器的压力损失降到最低从而得到最佳的换热效率。所以，主要从总传热系数与压损的大小两方面来体现板式换热器的性能优越性，并通过选择评相应价标准，对换热器的综合性能进行评价，从而下获得所运行参数下的最优板形。按照设计需求，换热器有若干性能评价标准。早期常用的评价标准是根据单一参数进行评价，比如给定参考流速下对比换热器传热系数和压降两个数值来评价。后续研究人员还提出使用无量纲化的努谢尔特数比和流动阻力比进行评价。板式换热器的流道形状复杂，叠放形式多样，研究者多通过实验和数值模拟对比分析板片的波纹倾角、波高、间距等不同结构参数的影响，以期得到性能最优的波纹结构。 3.2板片结构参数对换热性能影响的CFD研究进展 板片结构参数对板式换热器的换热性能有直接的影响。人字纹板同平板换热器相比，能较早地促使瑞流产生，其临界雷诺数Re为400-800。当Re>1000时，在任何情况下都具有湍流特性。人字形波纹板片的波纹倾角是影响流体在换热器流动状态的主要因数，并且深刻影响着流体的传热与压降等特征。除波纹倾角外，对于人字形波纹板片影响换热器性能的因数还有波纹深度、法向截距（波长）、表面展开系数、波纹截面形状等。近几年，国内学者采用组合通道内局部可视化结合传热机理预测推断板式换热器的传热及流阻特性；特别在板式换热器CFD方面的研究取得很大的进展。然而由于目前国内相关实验研究所用的板片的波纹形状、流道组合、Pr（普朗特数）的选取、黏度的修正等各不相同，故结果也不尽一致。板式换热器CFD分析手段使得新产品的开发和相应流场的分析变得轻松，然而目前国内各方学者的研究出发点多有重复，并且模型简化使得其精确性受限，因此，进一步的系统的CFD精细化研究实验是分析和提高其传热性能重要的方向。同时针对超大型板式换热器的传热及流场研究很少。板式换热器的大型化发展，使得开发可靠结构和传热性能兼顾的板片已是板式换热器优化与改进的主要方向。
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
强化换热
强化传热技术综述 理工学院装控L081 康世雄08L0503121 1 绪论 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。 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。(强化换热的方法及新进展) 换热器是种类繁多，广泛应用于石油化工、冶金、电力、造纸、船舶、机电、分区供热、暖通空调、余热利用、核工业、食品饮料、医药纺织等工业领域。据资料统计，在现代石油化工企业中，换热器的投资约占装置建设总投资的 30%~40%，在合成氨生产中，换热器约占全部设备总台数的40%，世界各国不断地从事着对新型高校换热设备的研究，以期提高热能利用率，不断降低对天然能源的消耗，因此换热器在减少企业的建设投资和提高企业的经济效益方面具有不可忽视的重要影响。要达到此目的，就迫切需要研究各种高效能紧凑节能型的换热器。(强化传热节能技术的研究) 随着现代新工艺、新技术、新材料的不断发展和能源问题的日益严重, 必然带来更多的高性能、高参数换热设备的需求。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要的作用, 有时甚至是决定性的作用。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
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，