强化传热技术及应用讲解
(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。
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。
强化传热技术的原理及应用实例
强化传热技术的原理及应用实例传热技术广泛应用于各个领域，包括发电、工业生产、环境控制和家庭生活等方面。
随着科技的不断发展，传热技术也在不断更新和完善，其中强化传热技术被认为是一种高效、节能的传热技术，得到了越来越多的应用。
一、强化传热技术的原理强化传热技术是指在传热过程中通过改变传热界面的形态或热介质的流动来提高传热效率的一种方法。
其主要通过增大传热界面的面积或者提高传热过程中的传热效率来实现强化传热。
具体来说，强化传热技术可以分为以下几种类型：1. 内部强化传热技术内部强化传热技术主要是通过改变流体流动方式来提高传热效率。
常见的方法包括增加流速、改变流动方向、引入强制对流以及改变传热介质的物性等。
这些方法可以增强壁面的传热效率，减少传热过程中的局部热阻，提高传热效率。
2. 外部强化传热技术外部强化传热技术则是通过在传热表面上引入一定的扰动来增大传热界面的面积，从而提高传热效率。
常见的方法包括在传热表面上安装翼片、鳍片等结构以及改变传热表面的形状等。
这些方法可以强制流体沿着传热表面运动，增加热传递的表面积，提高传热效率。
3. 相变强化传热技术相变强化传热技术是指通过改变传热介质的相变状态来提高传热效率的一种方法。
常见的方法包括利用相变材料的相变热来增加传热介质的热容量、引入超声波等对相变过程进行控制等。
这些方法可以提高相变介质的传热效率，从而提高传热效率。
二、强化传热技术的应用实例1. 飞机发动机冷却飞机发动机的高温环境对于发动机的正常运行至关重要。
传统的发动机冷却方式是通过空气流动来降低温度，但是这种方法无法在高速飞行时提供足够的冷却。
因此，强化传热技术被应用到了发动机冷却中，通过引入冷却介质的流动和内部强化传热技术来提高冷却效率，从而保证发动机在高温环境下正常运行。
2. 化工反应器化工反应器在工业生产中扮演着重要的角色，而其中的传热过程对于反应器的效率和稳定性也至关重要。
利用外部强化传热技术，可以将反应器表面增加摩擦力，增大传热面积，提高传热效率。
强化传热技术在石化工程中的应用
强化传热技术在石化工程中的应用1. 引言石化工程是指利用化学方法和工程技术，将天然气、石油等可燃或可转化为可燃物质的矿石、矿物和杂质等资源，进行一系列的生产和加工过程，最终生产出各种石油化工产品的工程领域。
在石化工程中，传热技术起着非常重要的作用，它直接影响到生产过程中能量利用的有效性和产品质量的高低。
本文将重点探讨在石化工程中应用的强化传热技术。
2. 传热原理传热是指热量从一个物体传向另一个物体的过程。
在石化工程中，传热主要通过传导、对流和辐射这三种方式进行。
2.1 传导传导是指热量在物质内部的传递，其传热速率与物体的导热性能有关。
石化工程中，常见的传导热交换设备有换热器和蒸馏塔等。
2.2 对流对流是指热量通过流体的传递。
石化工程中，常用的对流传热设备有冷却塔和水冷式换热器等。
2.3 辐射辐射是指热量通过电磁波辐射的方式传递。
石化工程中，常用的辐射传热设备有辐射加热炉和辐射换热器等。
3. 强化传热技术种类强化传热技术是指通过某种方式增强传热效果的技术手段。
在石化工程中，常用的强化传热技术有以下几种：3.1 增加传热面积增加传热面积可以增加传热介质与工艺物料之间的接触面积，从而提高传热效果。
常见的增加传热面积的设备有多管分离器和环管多效式蒸发器等。
3.2 提高传热介质的速度提高传热介质的速度可以增加传热系数，从而提高传热效果。
常见的提高传热介质速度的设备有气体分离塔和流化床等。
3.3 增加传热介质的湍流增加传热介质的湍流可以提高传热系数，从而提高传热效果。
常见的增加传热介质湍流的设备有湍流强化换热器和旋流器等。
3.4 使用传热增强剂传热增强剂可以通过改变传热介质的物理性质和结构特点，从而提高传热效果。
常见的传热增强剂包括纳米材料和微胶囊等。
4. 强化传热技术在石化工程中的应用案例强化传热技术在石化工程中得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。
以下是几个应用案例：4.1 环管多效式蒸发器环管多效式蒸发器是一种利用多效原理进行蒸发的设备，其通过增加蒸发器的效果，提高了传热效果和能源利用率。
这些换热器强化传热技术你都选对了吗
这些换热器强化传热技术你都选对了吗?强化传热换热器被广泛应用于冶金、化工等工业领域中。
换热器强化传热技术的应用能够节能环保，降低运营成本。
今天，就带大家扒一扒换热器的强化传热技术。
一、换热器的分类及工作原理先来三张动图供七友们温故一下换热器的工作原理。
二、强化传热的手段概述换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热积（F）；加大传热温差；提高传热系数（K）。
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。
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。
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。
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，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。
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）。
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。
从上式中可知: 要提高传热系数, 必须设法提高α1 和α2及λ，降低δ和内外污垢热阻R1 和R2。
多孔介质强化传热
多孔介质强化传热
多孔介质强化传热是一种有效的技术手段，其应用主要涉及能源、化工、环保等领域。
以下是一些关于多孔介质强化传热的应用实例：
1.在汽车工业中，多孔介质被用于强化发动机的冷却系统，从而提高发动机的工作效率。
通过多孔介质的特殊结构，可以增加冷却液与发动机的接触面积，从而增强换热效果。
2.在建筑领域，多孔介质也被用于强化建筑的隔热性能。
多孔介质具有很好的透气性，可以有效地阻隔外界热量和冷气的侵入，从而保持室内温度的稳定。
3.在石油化工领域，多孔介质的应用更为广泛。
在油品加工过程中，多孔介质被用作高效油水分离器，提高油品分离效率。
同时，多孔介质在催化反应中也有广泛应用，可以提高反应速率和产物收率。
4.在环保领域，多孔介质也被用于废气和废水的处理。
多孔介质可以增加废气与催化材料的接触面积，提高废气的处理效率。
在废水处理中，多孔介质可以增加水流的流动阻力，使废水在流动过程中得到充分净化。
总之，多孔介质强化传热是一种非常有前景的技术手段，其应用领域广泛，具有很大的发展潜力。
通过不断的研究和开发，可以期待更多优秀的应用实例的出现。
(完整版)强化传热技术及应用
导热及其强化
• 导热现象发生时，物体内部的热量会从 温度较高的部分传递到温度较低的部分， 温度较高的物体会把热量传递给与之接 触的温度较低的另一物体。
• 固体、液体、气体内部或之间都可能发 生导热现象。
导热及其强化
• 傅里叶定律
A dt
dx
• 面积热阻 x
t
(x / A)
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。
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
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。
辐射换热及其强化
辐射换热： • 0K以上物体都具有发射辐射能的能力； • 波长由短到长依次分为γ射线，Χ射线，紫外线，
可见光，红外线，无线电波； • 同温下黑体的辐射能力最大。
辐射换热及其强化
太阳辐射：
• 组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而 太阳只是其中中等大小的一颗；
导热及其强化
• 作为涂层或衬垫用的材料应该具有较低的硬度、 适当的熔点、及较高的导热系数。
• 垫片硬度必须低于基体材料。
• 垫片厚度应该与表面粗糙元高度相当，最好不 要超过粗糙元高度均方根值的两倍。
导热及其强化
• 涂层或衬垫材料的物理特性
导热及其强化
• 铜和铝的导热性能良好，并且价格便宜， 在温度不很高的情况下可用作垫片或涂 层材料。
《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
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• 在常规压力及表面粗糙度下的接触热阻：
• 不锈钢/不锈钢: (2.2-5.88)×10-4(m2k/w);
• 铝/铝:
(0.833-4.55)×10-4(m2k/w);
• 不锈钢/铝: (2.22-3.33)×10-4(m2k/w);
导热及其强化
• 作为涂层或衬垫用的材料应该具有较低的硬度、 适当的熔点、及较高的导热系数。
• 垫片硬度必须低于基体材料。
• 垫片厚度应该与表面粗糙元高度相当，最好不 要超过粗糙元高度均方根值的两倍。
导热及其强化
• 涂层或衬垫材料的物理特性
导热及其强化
• 铜和铝的导热性能良好，并且价格便宜， 在温度不很高的情况下可用作垫片或涂 层材料。
• 铜/铜:
(0.25-2.5)×10-4(m2k/w);
导热及其强化
• 强化导热方法二：减小接触热阻
• 接触热阻：名义接触面积与实际接触面 积。
• 接触点平均距离为b，接触点平均半径为 a。
导热及其强化
• 降低接触热阻的方法：
1.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； 2.在接触面之间充填导热系数较高的气 体（如氦气）； 3.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。
导热及其强化
上述实验图表明： • 无论是否有无涂层或垫片，接触热阻都随着接
触压力的增加而降低； • 加设涂层或铜箔可以在较低接触压力下有效地
降低接触热阻。 • 加设涂层或铜箔可以降低接触热阻至1/2-1/10。 • 在氦气中基体表面间的接触热阻比真空要低到
1/15-1/20，此时主要是依靠气层导热，因此加 设铜箔对降低接触热阻作用不大，相反，可能 增大两者之间的辐射热阻。
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。
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。
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
导热及其强化
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。
• 太阳已的年龄有五十亿岁，正处在它一 生中的中年时期；
• 地球上所有生物的生长都直接或间接地 需要它所提供的光和热。
太阳
美国天空实验室1973年拍摄 日饵
摄于H-alpha波段的太阳日饵照片 日饵
辐射换热及其强化
• 在高温设备中，辐射换热是换热的主要 形式。 比如在锅炉炉膛、工业窑炉、燃烧室和 发动机等高温能源转换系统中，辐射换 热占有主导地位。
• 3）导热胶粘剂的应用。
辐射换热及其强化
辐射换热： • 0K以上物体都具有发射辐射能的能力； • 波长由短到长依次分为γ射线，Χ射线，紫外线，
可见光，红外线，无线电波； • 同温下黑体的辐射能力最大。
辐射换热及其强化
太阳辐射：
• 组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而 太阳只是其中中等大小的一颗；
但增加趋势减缓；
• 当涂层厚度大于10m，垫片厚度大于5 m
后，热导变化很小。
导热及其强化
• 不锈钢基体上的铜涂层：可使表面接触 热阻最多降至1/20。
导热及其强化
• 涂层或垫片降低接触热阻试验:
不同基体材料在不同机加工方法下与银、 铜、镍等涂层（或垫片）相配合，在不 同接触压力和不同温度下的实验结果。
导热及其强化
• 导热现象发生时，物体内部的热量会从 温度较高的部分传递到温度较低的部分， 度较高的物体会把热量传递给与之接 触的温度较低的另一物体。
• 固体、液体、气体内部或之间都可能发 生导热现象。
导热及其强化
• 傅里叶定律
A dt
dx
• 面积热阻 x
t
(x / A)
强化传热技术及应用
李科群 上海理工大学热工程研究所
主要参考文献
• [1] 林宗虎等，强化传热技术，北京：化 学工业出版社，2007。
• [2] 顾维藻等，强化传热，北京：科学出 版社，1989。
• [3] 钱颂文等，管式换热器强化传热技术， 北京：化学工业出版社，2003。
• [4] 辛明道，沸腾传热及其强化，重庆： 重庆大学出版社，1987。
• 导热热阻 x
A
• 强化导热方法一：使用导热系数较高的材料作 为导热介质。纯银、纯铜、纯铝等。
导热及其强化
• 接触热阻：两个固体之间发生导热时，由于两 固体表面实际接触面积不大以及两者之间气体 层的的导热系数很低，因此在两固体表面之间 将产生接触热阻。
• 接触热阻与表面加工精度及光洁度（表面不平 度与粗糙度）、表面硬度、作用于物体上的接 触压力、物体材料和气层的导热系数、及表面 上是否形成氧化膜等因素有关。
• 银的导热性能更好，但价格较贵，故只 用于重要场合。
• 在高温情况下可用镍或铬作垫片或涂层 材料。
导热及其强化
• 涂层接触热导（kw/(m2k)）的变化
导热及其强化
由上图可知：
• 随着接触压力与涂层厚度的增加，接触热导不 断提高；
• 但是过分增加涂层厚度，热导的增加速率不大 （比较t=∞与t=18）；
• 在无涂层时，表面粗糙度高的接触热导较低； 在同样涂层厚度下，具有高粗糙度表面的接触 热导比具有较低表面粗糙度的热导要低；为了 在同样接触压力下达到规定的接触热导值，对 于高粗糙度表面需要有较大的涂层厚度。
导热及其强化
• 银垫片（虚线）和银涂层（实线）接触 热导随其厚度的变化
导热及其强化
• 上图实验条件：P 2000kN / m2 h 4.27m • 随着厚度的增加，接触热导不断提高，