第六节 强化传热的途径
强化传热技术(研究生用)
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。
一、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。
二、辐射换热及其强化
固体微粒对辐射换热强化的程度，与微粒在 气流中的载荷比（＝微粒质量流量与气体质 量流量之比）、微粒尺寸及其传热特性、气 流运动状况以及流道几何形状等因素有关。
二、辐射换热及其强化
2.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。
传热的三种方式 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。
二、辐射换热及其强化
3利用热辐射特性减少能量损失：多孔体应用。
炉膛中的烟气在加热工件后，温度仍然较高，为了减少能耗，应设法降 低排烟温度。 可用多层丝网叠合组成的多孔体把工件和燃烧器都包围起来。由于丝网 所包围的体积远小于炉膛体积，因此增加了火焰对工件的直接辐射；而 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，工件区域的温度提高更快，工件受热更为均匀。而流 过多孔体后的烟气温度将比原来没有多孔体时明显降低。 加装多孔体后，可以减少高温燃气对炉壁的辐射和对流换热，降低壁面 温度，减少炉膛壁面散热损失。实验表明，单是一层不锈钢丝网即可使 壁面对流换热系数降低25-50%，辐射换热降低20％左右。
强化传热可使换热器的体积减小
强化传热可使换热器的体积减小，节约金属材料的消耗；或使现有的换热器的热功率提高，降低了换热器的能耗；或可在热功率和体积保持不变的条件下，降低换热器的传热温差，提高换热器和热力循环的效率和能源的利用率。
强化传热还可以用于降低（或提高）换热器壁面的温度，使得换热器可以安全可靠的运行。
由于本人是从事强化换热方面工作的，对这方面资料有所收集。
有兴趣大家可以交流一下，目前国内市场上这些强化换热的换热器其性能及制造、价格：对于不同工况各类强化换热器是有其适用性的。
以下本人就所接触的各类工况就强化换热方面小结一下，希望可以和大家交流交流。
对于非相变的换热工况，抛开液液换热（个人认为板式类的较为适合），对于气液，气气两换热工况而言，各种强化换热的异形管都在从增大有效换热面积，以及破坏层流底层着手，以增强紊流换热。
个人认为目前国内对于低（常）压气体与液体换热工况，采用外翅表冷器虽然相对其他异形管设备体积可能较大，但鉴于制造成本等因素，还是可取的。
对于负压及2公斤以上气体与液体换热采用高效内翅比较合适，无论是考虑到工艺气体的物性，强化换热性能，及压降都是合理（本人可以提供以上工况下，设备改造后，相对于列管及外翅等换热器的运行参数比较作为佐证）。
另一方面在各种内翅及异形管方面，常见的类似波纹管，扁管，T形翅片管，以及波纹形内展翅片换热管等，在强化换热方面，就气液换热而言，微流通道强化紊流换热，达到增大有效换热面积，从而提高换热器给热系数。
所以各类异形管在结构设计，制造加工方面都决定了换热元件的换热性能。
本人曾将所做的内展翅片换热器与列管换热器进行比较统计，就其传热系数范围进行比较，现提供给大家。
大家可以从中与其他异形管相关换热性能的文章进行比较，得出传热性能的高低。
以下是附件的书目。
欢迎大家交流！影响流体换热得因素很多如：流动起因、流体有为相变、流体的运动状态、换热表面的几何形、状流体的物理性质工业上为了强化流体之间的换热通常采用提高流速和改变换热表面的形状来实现换热的强化.强化传热的途径:一,增加传热推动力二,增加传热面积三,增大总传热系数K增大K值可采用:(1)加大流体的流速.(2)改变流动条件.(3)减小垢层的热阻R 垢摘要:从管壳式换热器壳侧管束支撑方式和强化传热的角度,综述了从弓形折流板换热器、折流杆式换热器到螺旋折流板式换热器的研究进展,特别介绍了一种适合正三角形布管的三分螺旋折流板换热器的新型结构,并指出非连续折流板螺旋换热器中相邻折流板形成的三角区的泄漏是方向指向上游的有益流动,而目前常用的螺旋折流板轴向搭接方案则开启了一条指向下游的旁通捷径,将影响绕行主流正常流动和传热。
如何强化换热器中传热过程
如何强化换热器中传热过程所谓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；在保证设备容量不变情况下使其结构更加紧凑，减少占有空间，节约材料，降低成本；在某种特定技术过程使某些工艺特殊要求得以实施等。
传热过程的强化有以下几条途径：（1）增大传热面积增大传热面积，可以提高换热器的传热速率。
但增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现，而是要从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积。
工业上往往通过改进传热面的结构来实现。
目前已研制出并成功使用了多种高效能传热面，它不仅使传热面得到充分的扩展，而且还使流体的流动和换热器的性能得到相应的改善。
例如用翅（肋）片，用轧制、冲压、打扁或爆炸成型等方法将传热面制造成各种凹凸形、波纹型、扁平状等，将细小的金属颗粒烧结或涂敷于传热表面或填充于传热表面间，以实现扩大传热面积的目的，减少管子直径，增加单位体积的传热面积。
（2）增大平均温度差增大平均温度差，可以提高换热器的传热效率。
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，可以有很大的差异。
例如，在化工中常用的加热介质是饱和水蒸汽，若提高蒸汽的压力就可以提高蒸汽的温度，从而提高平均温度差。
但需指出的是，提高介质的温度必须考虑到技术上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使增大，均可得到较大的平均温度差。
（3）增大总传热系数增大总传热系数，可以提高换热器的传热效率。
由总传热系数的计算公式可见，要提高值，就必须减少各项热阻。
但因各项热阻所占比例不同，故应设法减少对值影响较大的热阻。
一般来说，在金属材料换热器中，金属材料壁面较薄且导热系数高，不会成为主要热阻；污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要矛盾，但随着使用时间的加长，污垢逐渐增加，便可成为障碍传热的主要因素；对流传热热阻经常是传热过程的主要矛盾，也应是着重研究的内容。
传热的强化途径简述
传热的强化途径简述换热器广泛运用在化工，制药，冶金，能源，石油，动力等工业领域在生产中占有重要的地位，在一般的化工工业建设中，换热器建设投资金额往往可以占到总工业建设投资的10%~20%，目前在化工领域我国的能源利用率与发达国家仍有较大的差距，这与目前我国发展的绿色化工方向有所不符，因此如何强化传热便成为化工生产实践中必须要骄傲考虑的大问题。
以下我将从换热器原理出发，分析影响换热器换热效率的较大因素，并通过查询文献对这些问题给出较为可行的意见，同时对未来可能发展做出展望。
一、影响换热的主要因素目前化工生产中的换热器多为间壁式换热器，通常而言，间壁式换热器冷、热流体的传热进程主要含有三个阶段，一，基于对流方式使热量向管壁进行传递；二，通过热传导方式，让热量从管壁一侧向另一侧完成传递；三，传递到另一侧位置的热量又通过对流方式向冷流体实现传递。
间壁换热器换热的三个步骤里，热传导存在于管壁内部其热阻相对较小，进而不会对传热造成较大影响。
总结可得，在换热器的传热过程中对与换热影响较大的为对流传热。
影响对流传热速率因素包括多个方面，一，流体本身性质，由于流体的粘度，导热系数，热容，密度等都不相同，故不同流体流经同样的换热器其导热速率也不尽相同。
二，流动形式，流体在换热管路中的流动大致可以被分为两种形式，层流与湍流，层流形态中起导热作用的中介主要为流体分子，而湍流中起导热作用的主要中介为流体质点与流体微团，由于质点与微团热运动剧烈程度要比流体分子高许多，因此湍流时流体的热阻要比层流时的热阻小得多。
三，流体种类与相变，若流体传热过程中发生相变化其传热机理将发生变化，这也将体现在流体的传热系数的差异上。
四，传热面位置、形状及大小，包括板，管，翅片以及环隙等在内的传热面的形状、管径与管长等都为影响传热速率因素。
传热面布置与方位等均会使对流传热系数备受直接影响。
五，流体流动成因，流体流动可被分为强制对流和自然对流，在化工生产中一般采用泵等做功设备使流在换热器内发生体强制对流，强制对流传热系数比自然对流要高得多。
强化传热
强化传热技术一、概述近年来，随着中国经济的快速发展，石油、化工等行业得到了长足的发展，各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，并且随着能源危机的进一步加大，对换热器的性能要求进一步提高，换热器向着尺寸小、重量轻、换热能力大、换热效率高的方向发展，因此强化传热技术成为一个蓬勃发展的研究领域。
强化传热技术分为无源强化技术（或被动式强化技术、无功强化技术）和有源强化技术（或主动式强化技术、有功强化技术）。
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。
本文主要介绍了管壳式换热器的无源强化传热技术。
只要存在着温度差，热量就会自发地有高温转向低温，因此热传递是自然界中的基本物理过程之一。
因很多冶金的化学反应都需要控制在一定温度下进行，为了维持所要求的温度，物料在进入反应器之前往往需要预热或冷却；在冶金进程中，由于反应本身需吸收或放出热量，又要及时补充或移走热量。
如闪速炼钢过程，为了强化熔炼反应，需将富氧气预热至500℃以上；又如硫化锌精矿的流态化焙烧过程，由于反应放出大量的热，炉子外面需设置冷却水套，及时移走多余的热量。
此外，还有一些过程虽然没有化学反应发生，但仍需维持在一定的温度下进行，如干燥和结晶，蒸发与热流体的输送等，都直接或间接与传热油关。
热传递过程可以分为导热、对流换热和辐射换热等三种基本方式，它们各自有不同的传热规律，实际中遇到的传热问题都常常是几种传热方式同时起作用。
二从传热学得出换热器的传热量可用下式进行计算，即TQ∆=，式中：kkF为传热系数，W/（m2*K）；F为传热面积，m2；为冷热液体的平均温差T∆，K。
从式中可以看出，欲增加传热量Q，可以增加k、F或T∆来实现。
下面对此加以讨论。
1：增加冷热液体的平均温差T∆在换热器中冷热液体的流动方式有四种，即顺流、逆流、交叉流和混合流。
在冷热流体进出温度相同时，逆流的平均温差T∆最小，因此∆最大，顺流时T为增加传热量应尽可能采用逆流或接近于逆流的布置。
强化传热的途径
强化传热的途径
题目
强化传热的途径有哪些？
答案解析
1增加传热面积。
一是单纯增加传热面积，加大设备尺寸，这样浪费金属材料，增加设备投资；二是使用螺纹管等代替光滑管或在圆管上加翅片，增大传热面积。
2增加传热温差。
温度差是传热过程的推动力，所以如果其它条件不变，则温差愈大传热效率愈大，故可在生产上用提高热流体的温度或降低冷流体的温度，以增加温度差的办法，来强化传热。
3增大传热系数K。
增大流速，增大湍流程度，例：换热器单程改为多程，安装折流板，这样都可以增加传热系数，换热器要防止结垢，要经常除垢。
化学工艺过程中强化传热过程的途径分析
化学工艺过程中强化传热过程的途径分析作者：杨桂凤来源：《城市建设理论研究》2013年第23期摘要：随着我国社会的不断发展，如何对能源进行持续、高效的利用成为了国家与社会不得不面临的课题。
本文就对化学工艺过程中强化传热过程的途径进行了简要的分析，希望通过这篇文章能让大家了解如何通过对传热过程的强化来提高能源的利用率。
关键词：化学工艺强化传热途径分析中图分类号： F407.7 文献标识码： A 文章编号：传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程，通常来说有温度差的存在就有热的传递，也是说温差的存在是实现传热的前提条件或者说是推动力，在化工中有很多过程都直接或间接与传热有关。
自从发生世界性的能源危机以后，能源费用在制造成本中所占的比率越来越大，随着现代工业的快速发展，一方面能源紧张的情况愈来愈凸显，另一方面在各工业生产过程中还存在着相当大的节能潜力。
要想高效的回收化工、石油等工业生产过程过存在的大量余热并加以充分利用，就必须十分重视对强化传热过程途径的研究。
1 传热的基本形式一个物系或一个设备只要存在温度差就会发生热量传递，当没有外功加入时，热量就总是会自动地从高温物体传递到低温物体。
根据传热的机理不同，热传递有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。
化工生产中碰到的各种传热现象都属于这三种基本形式。
1.1 热传导一个物体的两部分连续存在温差，热就要从高温部分向低温部分传递，真到各部分的温度相等为止，这种传热方式就称为热传导。
物质的三种形态均可以充分热传导介质，其中固体金属主要是通过晶格之间自由电子的运动来进行导热；液体和非金属固体通过个别分子的动量传递来导热；气体的导热方式主要是通过分子的不规则运动来实现的。
1.2 对流传热热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的方式，即存在气体或液体中，在固体中不存在这种传热方式。
其中只有流体的质点能发生的相对位移。
据引起对流的原因不同可分为：自然对流和强制对流。
强化传热
强化传热的方法技术原理应用及展望院系：航空航天工程学部专业：热能与动力工程班级：14040201班姓名：郭庆学号：21指导教师：寇志海完成日期：2014年06月01号摘要.............................................................................................. - 2 -一、强化传热的方法及原理..................................................... - 2 -1、增大传热温差 .................................................................... - 3 -2、扩大换热面积 .................................................................... - 3 -3、提高传热系数 .................................................................... - 3 -二、强化传热技术的分类......................................................... - 4 -1、无功技术 ............................................................................ - 4 -2、有功技术 ............................................................................ - 5 -三、强化传热的应用 ................................................................. - 6 -1、强化传热在发电厂的应用 ................................................ - 6 -1. 1、冷凝器(凝汽器)........................................................... - 6 -1. 2、油水换热器................................................................. - 7 -1. 3、高压加热器................................................................. - 7 -四、强化传热的展望 ............................................................... - 7 - 致老师的话................................................................................... - 8 -摘要在20世纪60年代以前，对传热过程的研究重点集中揭示基本传递现象的规律。
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第六节强化传热的途径
强化传热指的是用较小的设备传递较多的热量，也就是说要使热交换器单位传热面积的传热速率Q越大越好。
随着科学发展，对换热设备的要求也愈来愈高，要求它能适应很高的热通量，或者能适应很低传热温差。
因此提高设备的换热能力，研制新型的高效率的热交换器，是工业生产的一个重要课题。
由总传热方程Q=KA△t m可知，增大传热总系数K、传热面积A或传热平均温度差△t m,都能使传热速率Q增加。
因此，强化传热的措施要从这三方面来考虑。
一、增大传热面积A
传热速率与传热面积成正比，传热面积增加可以使传热强化。
需要注意的是，只有热交换器单位体积内传热面积增大，传热才能强化。
这只有改进传热面结构才能做到。
例如，采用小直径管，或采用翅片管、螺纹管等代替光滑管，可以提高单位体积热交换器的传热面积。
我国浮头式热交换器系列由φ25管改为φ19管后，在壳径D=500～900mm时，传热面积可增加42%，单位传热面积的金属消耗量可降低21～31%。
一些新型的热交换器，象板式、翅片式在增大传热面积方面取得了较好的效果。
列管式热交换器每立方米体积内的传热面积为40～160m2,而板式热交换器每立方米体积内能布置的传热面积为250～1500m2,板翅式更高，一般能达到2500m2,高的可达4350m2以上。
二、增大传热温度差△t m
增大传热温度差是强化传热的方法之一。
传热温度差主要是由物料和载热体的温度决定的，物料的温度由生产工艺决定，不能随意变动，载热体的温度则与选择的载热体有关。
载热体的种类很多，温度范围各不相同，但在选择时要考虑技术上可行和经济上合理。
例如，水蒸汽是工业上常用的加热剂，如前所述，水蒸汽有许多优点，但水蒸汽作为加热剂使用其温度通常不超过180℃。
蒸汽温度到200℃时，温度每上升2.5℃就要提高一个大气压，到250℃时，温度每上升1.3℃时就会提高一个大气压。
使用高压蒸汽会使设备庞大，技术要求高，经济效益低，安全性下降。
因此，当加热温度超过200℃时，就要考虑采用其他加热剂，如矿物油、联苯混合物，甚至采用熔盐、液态金属等。
由于载热体的选择受到一些条件的限制，因此，温度变化的范围是有限的。
如果物料和载热体均为变温情况，则可采用逆流操作，这时，可获得较大的传热温度差。
三、增大传热总系数K
强化传热是主要的是增大K值，从其计算式
可以看出，要提高K值就要必须减小各项热阻，而且应该从热阻最大处着手。
若内、外侧垢层为主要热阻时，应设法阻止或减小垢层的生成，或采取定期清洗等措施。
若两侧的对流给热系数相差很大，应把重点放在提高较小的α值方面。
若两侧的给热系数都比较小时，则应设法使两个α值同时提高。
对于在传热过程中无相变化的流体，增大流速和改变流动条件都可以增加流体的湍动程度，从而提高对流给热系数。
例如增加列管换热器的管程数和壳体中的挡板数，使用翅片管换热器，以及在板式换热压制各种沟槽等；但同时应考虑到对于流动阻力和清洗、检修等方面的影响。
此外，采用导热系数较大的流体以及传热过程中有相变化的载热体，都可以获得较高的α值。
总之，强化传热的途径是多方面的，在具体实施过程中，要结合生产实际情况，采取经济合理的措施。
此外，在某些特殊的场合，则是与强化传热相反，是怎样削弱传热。
又称为保温或热绝缘。
例如蒸汽输送管需在管外壁包扎保温层，开水瓶需采用多种保温绝热措施等。
在一般的情况下，大部分削弱传热的措施是增大热阻，采用λ数值很小的材料做保温层，如石棉、软木、聚氨酯材料等。