第七章相变换热的强化传热方法
图6 锯齿形翅片管
径向辐射肋管
虽然翅片没有锯齿尖，但其冷凝传热系数却比锯 齿形翅片管要高30%。这是由于其翅片两侧都有 呈辐射状分布的凸肋，细密的肋除增大外表面积 之外，能充分利用冷凝表面张力作用及促进液膜 的对流换热。
图7 径向辐射肋管
3）应用纵向肋或凹槽
其特点：尖锐的前缘，从顶部到根部肋表面曲率 逐渐变化；肋间有宽槽用以收集凝结液；在纵管 沿垂直方向安装分段排液盘以便凝结液早脱落。
GEWA-TXY管 它的翅片外缘呈V字形状，管外冷凝传热系 数是低肋管的1.2~1.6倍，比低肋管稍高。
C管
冷凝传热系数是低肋管的1.5~2倍，比 GEWA管高80%。
图4：C管
图5 C管的表面结构及其与低肋管、光管的性能比较
锯齿形翅片管
翅片的外缘周长比普通低肋管要长，这就扩大了 表面张力作用的薄液区，另外相邻翅片间的锯齿 错开排列也会激起冷凝液的湍动，使冷凝传热系 数显著提高。
对流类比模型 气液交换机理
核态池沸腾换 热的机理模型
液体微层汽化机理 核态沸腾换热的复合
沸腾表面的活化核心
一般认为，加热壁面上总是存在着各种伤 痕、裂缝和加工的痕迹，因此会形成许多 大小不等的微小凹坑。当凹坑内的气泡核 心长大到露出凹坑口部，且露出凹坑口部 的小气泡半径大于或等于给定液体所对应 的临界气泡半径时，气泡核心才能继续长 大。这样的凹坑称为活化核心。
7.2.2 池沸腾强化传热技术
影响泡状沸腾 传热主要因素
换热面特性
流体特性参数
换热面布置及形状
a.换热面的加工方法 b.表面粗糙度 c.材料特性 d.新旧程度
a.气体压力高能使 汽化核心增多 b.流体与换热表面 的接触角小
对水平放置的管束， 由于上升的蒸气在 上部流速较大，引 起了附加扰动，上 部比下部传热系数高
2）采用各种形式的强化传热管
低肋管
机理
：利用冷凝液的 表面张力使翅片顶部 的液膜减薄来强化传热。
由于在低肋管肋片上形成的液膜较薄，且换热面积要比光管大 得多，因此传热量要比光管大得多。但由于肋片高度、间距以 及液体表面张力对凝结换热有很大的影响，若参数选取不当， 易形成搭桥现象或影响凝结液顺利流出。 研究表明：一定尺寸的低肋管只能适用于表面张力一定的工质。
7.1.2 管内凝结传热的强化
管 型
螺旋槽管 内螺旋翅片管
对比光滑管，其管内压降的提 高比冷凝传热系数的提高更显 著，因而强化冷凝传热效能不高
其具有相对较低的管内压降和 高的冷凝传热强化性能，是强 化管内冷凝传热的最佳管型
管内结构
翅片及沟槽断面 均为梯形
翅片断面为三角形 沟槽断面为梯形 翅片均为二维结构
7.2.3 流动沸腾强化传热技术
影响流动沸腾传热的主要因素：流速、热 流密度、热力学干度，换热面形状、几何 结构尺寸、工质流动方式。 下面介绍一些强化流动沸腾传热的方法
1.各种特殊加工和处理的表面
2.肋化表面
通过附加肋片扩大传热面积来减少对流换热热阻，从而达 到强化传热中 且不发生定向流动
发生在液体通过 管道做定向运动
无论是池内沸腾还是流动沸腾，液体沸腾都 存在3种工况：核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸 腾。 核态池沸腾是液体沸腾换热中最基本的一 种沸腾过程。核态池沸腾换热有着很强的 工业应用景，而且也是最简单的一种沸腾 换热方式。
7.2.1 沸腾传热技术的研究
之前的低肋管、锯齿形翅片管、CCS管还有GEWA-TX管， 均由于管外传热系数大幅度提高，热阻已从管外侧转移到管 内水侧。为了促进管内水侧的换热，已不是采用提高水速的 办法，而是将管子加工成内壁呈各种形状的凸肋，通过扰流 破坏边界层来达到强化传热的目的。
下面是几种管内强化传热管
令水在管内流动形成螺旋流，使边界 层分离、减薄，使水侧传热得以强化。
将强化物置于非传热面而使传热得到强化
4.涡流装置
最普遍采用的涡流装置是扭曲带，螺旋管也是一种有效的 涡流装置。
5.振动
振动对低热流下的核沸腾传热会有所加强，而对高热流下 的核沸腾传热影响不大。
6.添加剂
DAEC管平均传热系数比DAE-2管提高10%。主要原因： DAEC管比DAE-2管换热面积更大；DAEC管提供了更多的排 液途径，有利于凝结液排走，肋尖端的波液膜区域更多： DAEC管中两组微槽相互交叉，对凝结液的扰动更猛烈。
7.2 沸腾传热的强化
沸腾
容积沸腾
表面沸腾
池内沸腾 发生在液体容积 内部，且不存在 固体加热表面
传热 减弱
液膜 增厚
阻碍液 膜流动
力作用
蒸汽与液膜流 动方向相反
传热系数急剧增大
液膜脱离壁面
强化膜状凝结
加速凝结液的排放
减薄液膜厚度
7.1.1 管外凝结传热的强化
1)粗糙表面法
方 法
2）采用各种形式的强化传热管
3)应用纵向肋或凹槽
1) 粗糙表面法
壁面粗糙可以增强液膜湍流速度，所以能 强化凝结换热效果。如用滚花冷辊管，其 传热系数是光滑管的4倍。但是当液膜做 层流流动时，粗糙度对扰动液膜作用不大。
第七章 相变换热的强化传热方法
7.1 凝结换热的强化
膜状凝结
凝结发生在
凝结
凝结发生在
珠状凝结
谁的传热系数大？
珠状凝结的传热系数＞膜状凝结的传热系数
在实际过程中，一般都是膜状凝结，可以 对壁面进行预处理或蒸汽中加促进剂
在换热时，
蒸汽与液 膜流动方 向相同 力作用
液膜减薄
对凝结换热影响尤为明显
传热增强
减少由于管外扎槽对管外可加工面 积减少的影响，尽可能减少管内水 侧的流动阻力。
DAE-2管目前被广泛用于制 造国产冷水机组的换热器。 它为波纹状单螺旋内槽管， 管内表面加工有螺旋微槽， 且在管外轧有一条大螺纹
DAEC管为波纹状交叉螺旋内 槽管，与DAE-2不同的是在其 内表面加工有两组相互交叉的 螺旋微槽。
简述强化传热的方法
简述强化传热的方法强化传热是指通过增加传热界面的温度差或增大传热界面的传热面积，来加强传热过程的方法。
在工程实践中，我们常常需要通过强化传热来提高传热效率，以满足各种工艺和设备的要求。
强化传热的方法有很多种，下面将对其中几种常见的方法进行简述。
第一种方法是增大传热界面的温度差。
温度差是传热的驱动力，增大温度差可以提高传热速率。
例如，在换热器中，可以通过调整流体的进出口温度差或者调整流体的流量来实现温度差的增大。
此外，还可以采用多级传热的方式，将传热过程分成几个阶段，每个阶段的温度差都比较小，但是总的温度差较大，从而提高传热效率。
第二种方法是增大传热界面的传热面积。
传热面积是传热的主要因素之一，增大传热面积可以增大传热的表面积，从而提高传热速率。
在实际应用中，可以采用多管道或者多层板的结构来增大传热面积。
此外，还可以使用一些传热增强器件，如鳍片、螺旋肋等，来增大传热表面积，并增加传热界面的湍流运动，从而提高传热效率。
第三种方法是改变传热介质的性质。
传热介质的性质对传热过程有着重要影响。
例如，可以通过增加传热介质的流动速度来增强传热效果。
在管道中，可以通过增大流速或者改变流动方式（如采用层流或者湍流）来增加传热速率。
此外，还可以使用一些传热增强剂，如颗粒、纤维等，来改变传热介质的性质，增强传热效果。
第四种方法是利用辅助传热设备。
在一些特殊的传热过程中，可以通过使用辅助传热设备来实现传热的强化。
例如，在换热器中，可以采用传热表面上的振动装置或者超声波装置来增强传热效果。
此外，还可以采用电磁场、微波等辅助传热技术，来改变传热界面的物理特性，从而提高传热效率。
强化传热是通过增加传热界面的温度差或增大传热界面的传热面积，来加强传热过程的方法。
在工程实践中，我们可以通过增大温度差、增大传热面积、改变传热介质的性质或者使用辅助传热设备等方法来实现传热的强化。
通过合理选择和组合这些方法，可以提高传热效率，满足各种工艺和设备的要求。
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。
简述强化传热的方法
简述强化传热的方法
强化传热是指通过一系列的方法和技术，提高传热效率，使热量能够更快速地传递到目标物体上。
在工业生产和科学研究中，强化传热技术被广泛应用，可以提高生产效率，降低能源消耗，提高产品质量等。
下面我们来简述几种常见的强化传热方法：
1. 换热器：换热器是一种常见的强化传热设备，它通过将热量从一个流体传递到另一个流体，实现热量的转移。
换热器的传热效率高，可以在不同的工业领域中广泛应用。
2. 换热管：换热管是一种常见的强化传热设备，它通过将热量从一个流体传递到另一个流体，实现热量的转移。
换热管的传热效率高，可以在不同的工业领域中广泛应用。
3. 换热介质：换热介质是一种常见的强化传热方法，它通过将热量从一个介质传递到另一个介质，实现热量的转移。
换热介质的传热效率高，可以在不同的工业领域中广泛应用。
4. 换热表面：换热表面是一种常见的强化传热方法，它通过增加换热表面积，提高传热效率。
换热表面的传热效率高，可以在不同的工业领域中广泛应用。
5. 换热流体：换热流体是一种常见的强化传热方法，它通过改变流
体的流动状态，提高传热效率。
换热流体的传热效率高，可以在不同的工业领域中广泛应用。
强化传热是一种非常重要的技术，可以提高生产效率，降低能源消耗，提高产品质量等。
在未来的发展中，我们需要不断探索新的强化传热方法，为工业生产和科学研究提供更好的支持。
第7章 传热过程的分析和计算
Rk
1
d1lh1
1
21l
ln
d2 d1
1
2xl
ln
dx d2
1
dxlh2
dRk ddx
1
2x d x
1
d
2 x
h2
0
dc
2x
h2
临界绝缘直径与保温材料有关、与所处环境有关
dc
2x
h2
（1）当dx<dc时，随保温层厚度的增加，总热阻 减小，传热量增大，此时对管道敷设保温层反而
7.4.2 换热器热计算的基本方程
约定： 下标 1 —— 热流体 下标 2 —— 冷流体 上标 ’ —— 进口参数 上标 ’’ —— 出口参数 以热流体进口作为计算起点
1 换热器中流体的温度分布 因变量—冷、热流体的温度 自变量—？
换热面积 —热流体入口，Ax＝0 —热流体出口，Ax＝At —在换热器内的不同位置，Ax不同，流体温
★如何提高传热系数？
1
1
K
1 h1
1 h2
1 h1
1 h2
数学上可以证明
K min h1, h2
提高较小的表面传热系数值，强化薄弱环节， 效果最好
h1＝103，h2＝10，没有强化前：K=9.90 W/(m2.K)
❖ 措施1： h1＝2000，h2＝10： K’＝9.95 W/(m2.K)
7.2.1 通过平壁的传热过程 导热中—只关注平板的导热过程，计算了各类边
界条件下的温度分布、通过平板的导热量 传热过程中—壁面两侧流体间的热量传递过程
1 h1 A(t f 1 tW1)
2
7.4 相变换热的强化技术
第七章 7.4节 （22）
12
3．强迫流动沸腾的强化
• 管内流动沸腾强化的研究主要集中在制 冷工质方面
• 各种内肋管，包括内螺纹管、锯齿形内 肋管等是强化管的主要形式
• 槽间距、螺纹倾斜角以及介质的质量速 度、截面含汽率等参数对流动沸腾的表 面传热系数和沿程阻降均有重要影响
第七章 7.4节 （22）
第七章 7.4节 （22）
5
1．表面粗糙化 • 具有内凹形空穴的多孔表面（porous
surface）能够产生大量稳定的活化核化 点，同时表面积有明显的增加，相当于 表面肋化
2．表面特殊处理 • 表面用金刚砂布打毛、作喷砂处理、在
表面上刻划有规则的图案或划痕、细槽 • 沸腾滞后（boiling hysterisis）现象
（4）可注入不同工质以适应极宽的温度范 围（参见表7－3）。
（5）可以制作出能够控制热管工作温度的 “ 可变热导热管”和只能在一个方向上 传热的所谓“ 热二极管”。
第七章 7.4节 （22）
下一章
22
13
7.4.2 凝结换热的强化
凝结换热的强化技术除了具有重要的理论 价值和巨大的经济效益以外，还具有可 观的节水和环保效益。
提高膜状凝结传热效果的关键在于： 设法让液膜变薄，同时努力促进冷凝液的 排泄，即使液膜层的导热热阻尽可能地 减小。
第七章 7.4节 （22）
14
格雷戈里格（Gregorig）效应管可获得比光管大 几倍的凝结表面传热系数。 原理：利用凝结液的表面张力把液膜拉向壁表面 沟槽的凹部，并顺沟槽迅速排走，而在凸起的脊 部留下的液膜非常薄。
High-flux Thermoexcel－E
Gewa T
ECR 40
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。
第7章_相变对流传热讲解
5、6、蒸气过热与液膜过冷
（只要对潜热项进行适当修正即可） 蒸汽过热: r" r c p,v (tv ts ) 液膜过冷:
r ' r 0.68c p (ts tw ) r (1 0.68Ja)
7.3.2 膜状凝结传热的强化
1. 基本原则: 尺量减薄液膜厚度(膜层热阻是主要热阻) 2. 强化技术——增加尖突物、及时排液 (1)采用高效冷凝面——原理：利用表面张力使肋顶 或沟槽脊背的液膜拉薄，从而增强换热。 ①低肋高、小节距横管；②锯齿管； (2)使液膜在下流过程中分段泄出或采用其他加速排 泄的措施，保持开始段δ较薄的条件 ——①加泄出罩; ②顺液流方向开沟槽的竖管 (3)采用微肋管(强化管内换热)
1、不凝结气体的影响 影响机理：
(1)冷壁面附近形成一不凝结气体层，增加了一项热阻 (2)不凝结气体的存在使壁面附近的蒸气分压下降，相
应的饱和温度下降，从而使凝结换热的驱动力下降
影响结果：使表面传热系数大大下降，换热削弱 影响程度：与压力、热负荷、运动速度等有关 例：纯净水蒸汽膜状凝结，h=5820-11630W/m•℃， 含有1%空气时，实验证明 h值将下降60%左右
7-2 膜状凝结分析解及计算关联式
主要内容：分析求解思路、求解结果、适用条件(场合)
7.2.1 努塞尔蒸气层流膜状凝结分析解(1916年提出) 1、基本依据：液膜热阻为过程的主要热阻 2、简化假设（详见P303） (1)常物性； (3)忽液膜惯性力； (7)ρ v<< ρ l; (2)蒸汽静止； (4)汽液界面无温差，tδ=ts； (8)液膜表面平整无波动。
7-5 大容器沸腾传热的实验关联式
一 、大容器饱和核态沸腾
表面传热系数或热流密度的计算
第七章相变换热的强化传热方法
7.1.2 管内凝结传热的强化
管 型
螺旋槽管 内螺旋翅片管
对比光滑管，其管内压降的提 高比冷凝传热系数的提高更显 著，因而强化冷凝传热效能不高
其具有相对较低的管内压降和 高的冷凝传热强化性能，是强 化管内冷凝传热的最佳管型
管内结构
翅片及沟槽断面 均为梯形
翅片断面为三角形 沟槽断面为梯形 翅片均为二维结构
减少由于管外扎槽对管外可加工面 积减少的影响，尽可能减少管内水 侧的流动阻力。
DAE-2管目前被广泛用于制 造国产冷水机组的换热器。 它为波纹状单螺旋内槽管， 管内表面加工有螺旋微槽， 且在管外轧有一条大螺纹
DAEC管为波纹状交叉螺旋内 槽管，与DAE-2不同的是在其 内表面加工有两组相互交叉的 螺旋微槽。
流动沸腾
发生在大容器中 且不发生定向流动
发生在液体通过 管道做定向运动
无论是池内沸腾还是流动沸腾，液体沸腾都 存在3种工况：核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸 腾。 核态池沸腾是液体沸腾换热中最基本的一 种沸腾过程。核态池沸腾换热有着很强的 工业应用景，而且也是最简单的一种沸腾 换热方式。
7.2.1 沸腾传热技术的研究
7.2.2 池沸腾强化传热技术
影响泡状沸腾 传热主要因素
换热面特性
流体特性参数
换热面布置及形状
a.换热面的加工方法 b.表面粗糙度 c.材料特性 d.新旧程度
a.气体压力高能使 汽化核心增多 b.流体与换热表面 的接触角小
对水平放置的管束， 由于上升的蒸气在 上部流速较大，引 起了附加扰动，上 部比下部传热系数高
第七章 相变换热的强化传热方法
7.1 凝结换热的强化
膜状凝结
凝结发生在
凝结
凝结发生在
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。
(完整版)《传热学》第7章_相变对流传热
第7章 相变对流传热
3. 管内凝结 管内凝结传热情况与蒸气流速有很大关系:当蒸气流速较低时,凝结
液主要聚集在管子底部,蒸气在管子上半部；当蒸气流速比较高时,形成 环状流动,中间蒸气四周凝结液,随着流动进行,凝结液占据整个截面。
4. 蒸气流速 努塞尔理论分析忽略了流速的影响，只适于流速较低的场合。当蒸
16
第7章 相变对流传热
家用空调的冷凝器中已成功应用了二维和 三维的微肋管。 低肋管凝结传热的表面传热系数比光管提 高2-4倍，锯齿管可以提高一个数量级，微 肋管可以提高2-3倍。 及时排液的技术： 两种加快及时排液的方法： 第一：在凝液下流的过程中分段排泄，有效地控制了液 膜的厚度，管表面的沟槽又可以起到减薄液膜厚度的作 用。主要用于立式冷凝器。 第二：右图中的泄流板可以使布置在该板上不 水平管束上的冷凝液体不会集聚到其下的其它 管束上。主要用于卧式冷凝器。
的潜热改为过热蒸气与饱和液的焓差即可。 6. 液膜过冷度及温度分布的非线性
努塞尔理论分析忽略了液膜过冷度的影响，并假设液膜中的温度呈
线性分布，利用r`代替公式中的潜热r即可兼顾以上两个因素。
r r 0.68cp tr tw
上式也可以表示为：
r r1 0.68 Ja
其中，Ja是雅各布数，定义为
竖壁凝结传热壁面的平均表面传热系数可以表示为：
h hl
xc l
ht
1
xc l
hl，ht分别是层流和湍流层的平均表面传热系数， xc是流态转折点的高度，l为壁面的总高度
整个壁面的平均表面传热系数可以通过以下实验关联式计算：
Nu Ga1/3 58 Prw1/ 2
Prw/ Prs
Re 1/ 4 Re 3/ 4 253