换热器简介与强化换热
(完整)管壳式换热器强化传热技术概述
管壳式换热器强化传热技术概述马越中国矿业大学化工学院,江苏徐州，221116摘要:总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展，从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比，概括了各式换热器的强化传热特点。
最后指出了换热器的研究方向。
关键词:管壳式换热器；强化传热;研究方向Overview of the Shell and Tube Heat Exchangers about Heat TransferEnhancement TechnologyMA YueCUMT,Xuzhou，jiangsu，221116Abstract:Abstract : The research progress of shell and tube heat exchanger were summarized. The development structural improvement and heat transfer enhancement of the heat exchangers were introduced through three aspects e. g. tube pass shell pass and the whole tub bundle etc. Compared with the traditional segmental bame heat exchanger various types of heat exchangers'characteristics about heat transfer enhancement were epitomized。
At last，the studying directions of heat exchangers were pointed out.Key words：shell and tube heat exchanger;heat transfer enhancement；studying direction1引言《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出,到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0。
(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。
强化传热技术及高效节能设备(华谊交流)
一、换热设备的强化传热技术
2
1 换热器的强化传热技术
近20年来，石油、化工等过程工业得到了迅猛发展。 各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，因此要求 提供尺寸小、重量轻、换热能力大的换热设备。 特别是始于20世纪60年代的世界能源危机，加速了当 代先进换热技术和节能技术的发展。强化传热已发展成为 第二代传热技术，并已成为现代热科学中一个十分引人注 目的、蓬勃发展的研究领域。 主要介绍工业化应用的、相对比较成熟的管壳式换热 器无功强化传热技术。
×100
表面多孔管结构图
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表面多孔管
强化传热机制
性能曲线对比
19
3.1 强化传热管元件
9） T形翅片管 T型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热 管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状T型隧道 。管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核，由于在 隧道腔内处于四周受热状态，气泡核迅速膨大充满内腔， 持续受热使气泡内压力快速增大，促使气泡从管表面细缝 中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量，并产生一 定的局部负压，使周围较低温度液体涌入T型隧道，形成持 续不断的沸腾。
8
3 管壳式换热器的强化传热技术
管壳式换热器的传热强化研究包括管程和壳程两侧的传 热强化研究。通过强化传热管元件与优化壳程结构实现。 3.1 强化传热管元件 改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各 种形状的插入物。改变传热面的形状有多种，其中用于强化 管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋 流管和螺旋扁管等。 另外，也可采用扰流元件，在管内装入麻花铁，螺旋圈 或金属丝片等填加物，亦可增强湍动，且有破坏层流底层的 作用。
菱形翅片管结构图
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3.1 强化传热管元件
换热器基础知识
板式换热器的主要特点是: 1) 传热系数高
板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热 器的3～5倍。主要原因是板片的波纹能使流体在较小的流速 下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流）， 故能获得较高的传热系数。
2)对数平均温差大
板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流 方式。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内 流动,总体上是错流的流动方式,降低了对数平均温差。板式 换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1℃；管壳式换热 器末端温差只能达到5℃ 。
对于介质是否具有腐蚀性，是否含有纤维或颗粒等易堵 塞物，是否容易结垢等物性，也是换热器选型要考虑的关键 因素。如果介质具有腐蚀性，就要合理选择耐腐的换热材料。 如果介质含有纤维或颗粒等易堵塞物，由于板式换热器流道 较小，就更容易堵塞和磨损。如果介质容易结垢，就应选择 容易拆卸和清洗的换热器。
3.2、提高换热效率的途径——强化传热过程
3）NTU大
NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。
例如对于已定的传热系数K和热容量 GCp值，NTU的大小就意 味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。管壳式换热器 的NTU约为0.2～0.3（平均0.25）。板式换热器的NTU约为 1.0~3.0（平均2.0），因此板式换热器结构紧凑、体积小。
在列管换热器中，由于管内外流体温度不同，使管束和 壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现差别。若 两种流体温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管 子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。因此，当两种流体 的温度超过50℃时，就应当从结构上考虑热膨胀的影响，采 取相应的热补偿措施。根据热补偿方式的不同，列管换热器 分为三种形式：
换热器的概念、特点、分类及应用
换热器的概念、特点、分类及应用换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
随着经济的发展，各种不同型式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。
为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。
完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作和维修；（4）经济上合理。
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。
浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。
（也可设计成不可拆的）。
这样为检修、清洗提供了方便。
但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。
因此在安装时要特别注意其密封。
浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。
在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。
该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。
这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。
以便于进行检修、清洗。
浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。
钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。
随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。
钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。
强化传热与换热器
耐温<1000℃
耐温<800℃ 耐温<800℃ 保冷材料 保冷材料
常绿树木栓层制成
120~200
换热器
按传热特征分：
间壁式：冷、热流体由固体间壁隔开，传热面积固定，热量 传递为：对流-导热-对流的串联过程。
混合式：通过冷、热两流体的直接混合来进行热量交换。
化 工 原 理
蓄热式 (蓄热器)：由热容量较大的蓄热室构成，使冷、热流 体交替通过换热器的同一蓄热室。
化 工 原 理
—— 保温效率
Q0 — 单位长度裸管的散热量，W/m； Q — 单位长度保温层厚度为 的管子的散热量，W/m。
保温技术的一个重要方面，就是选择合适的保温材料，选用 时应根据本地区的实际情况加以选用。
保温隔热技术 材料名称
碳酸镁石棉 碳酸镁砖 碳酸镁管 硅藻土材料 泡沫混凝土 矿 渣 棉
(3) 引入机械振动 使传热表面振动，或使流体振动，或是施 加电场作用，目的是加强滞流底层的湍动。
沸腾和冷凝传热的给热系数已相当高，也有相应的强化传热 理论和技术。
传热的强化
增大传热面积
增加传热面积的方法： 用螺纹管或螺旋槽管代替光管； 在园管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加工轴向肋片。
化 工 原 理
化 工 原 理
间壁式换热器的类型和结构型式
浮头式换热器
化 工 原 理
结构：一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回 活动，并连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。浮 头式换热器各有一个内浮头和一个外浮头。 优点：有良好的热补偿性能，管束可从壳体中拔出清洗； 缺点：结构复杂，造价较高。 我国已有标准化的列管式换热器系列产品供选用。例如：型 号为FB800-180-16-4换热器，FB表示浮头式B型，25×2.5mm 换热管，正方形排列，壳体公称直径800mm，公称传热面积 180m2，公称压力16kgf/cm2，管程数为4。
换热器的概念、特点、分类及应用
换热器的概念、特点、分类及应用换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
随着经济的发展，各种不同型式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。
为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。
完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作和维修；（4）经济上合理。
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。
浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。
（也可设计成不可拆的）。
这样为检修、清洗提供了方便。
但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。
因此在安装时要特别注意其密封。
浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。
在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。
该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。
这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。
以便于进行检修、清洗。
浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。
钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。
随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。
钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。
各类换热器与强化换热简述
各类换热器与强化换热简述换热方式分类：直接接触式换热；蓄热式换热；间壁式换热；中间载热体式换热。
直接接触式换热器：两种不同温度的流体直接接触，相互混和传递热量。
特点是结构简单，传热效率高。
适于两种流体允许混和的场合。
如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器：当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。
特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。
适于高温气体热量的回收或冷却。
如回转式空气预热器。
间壁式换热器：所谓间壁式换热器是指两种温度不同的流体在固定壁面相隔的空间内流动，通过两侧流体与避免的对流换热及避免的导热而进行的热量传递的换热器。
参与换热的两种流体不会混合，传递过程连续而稳定的进行。
如各种管壳式、板式结构的换热器。
按传热面形状和结构分：管式换热器：通过管子壁面进行传热的换热器。
按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。
结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高操作压力和温度。
在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。
换热效率、结构紧凑性、单位传热面积的金属消耗等方面不如其他新型换热器。
板式换热器：通过板面进行传热的换热器。
按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。
特殊形式换热器：根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。
如回转式、热管、同流式换热器等。
蛇管式换热器：a.沉浸式蛇管结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大流体介质压力。
管外流体流速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。
常用于高压流体冷却、反应器的传热元件，容器加热。
b.喷淋式蛇管套管式换热器：结构简单，适应广，传热面弹性大；两侧流体均可提高流速，两侧传热系数高。
换热器简介
、换热器的类型一二、列管换热器基本型式三、新型换热器四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径1、管式换热器1）沉浸式换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。
蛇管内、外的两种流体进行热量交换。
几种常见的蛇管形式如图所示。
优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造缺点：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。
2）喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。
这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。
冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。
这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜，因而管外对流传热系数较大。
另外，喷淋式换热器常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。
因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。
同时它还便于检修和清洗等优点。
其缺点是喷淋不易均匀。
3）套管式换热器套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。
每一段套管称为一程，每程有效长度约为4~6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。
在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。
另外，套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。
因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。
4）列管式换热器优点：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。
能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。
管壳式换热器强化传热技术概述
管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。
为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。
本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。
在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。
管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。
强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。
这些因素共同影响着传热效率。
增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。
提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。
降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。
增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。
强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。
例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。
（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。
例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。
（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。
采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。
强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。
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主要内容
引言
换热器分类
常见换热器介绍 强化换热
13
1.固定管板式换热器
1.挡板 2.补偿圈 3.放气嘴
它是将两端管板和壳体连接在一起，因而具有结构简单， 造价低廉的优点，但由于壳程清洗和检修困难，管外物料 应清洁、不易结垢 。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊 上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性变形适应外壳 和管束不同的膨胀程度，如图示。这种补偿方法简单但有 限，只适用于两流体温差小于70℃，壳程流体压强小于 0.6MPa的场合。
国内外发展概况
• 国内 为了提高换热器的传热系数，强化传热 效率，国内外出现了多种强化元件及 强化措施，主要包括在换热器中使用 螺旋槽管、横纹管、缩放管、波纹管 、大导程多头沟槽管、整体双面螺旋 翅片管等扩展表面的方法。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。
国内外发展概况
(2)增加流动的扰动，减薄层流底层。 如在异形管内流动或在管内设置添 加物，采用波纹状或粗糙面等，使 流动方向和大小不断改变等，都可 提高对流传热强度； (3)利用传热进口段换热较强的特征， 采用短管换热器，利用机械或电的 方法使传热面或流体产生振动，采 用射流方法造成喷射传热面等。
国内外发展概况
6.翅片管式换热器
它是在管的表面上加装一定形式的翅 片，有横向和纵向两类。 翅片管换热器主要用于两种流体的对 流传热系数相差较大时，在h小的一侧 加装翅片，从而增大传热面积，提高流 体的湍动程度，以提高对流传热系数。
8.板式换热器
为了使换热器结构更为紧凑，提高单 位体积的传热面积，增加传热效果，以 及适应某些工艺过程的需要等，开发了 以板状作为传热面积的换热器，称为板 式换热器。
主要内容
引言
换热器分类
常见换热器介绍 强化换热
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换热器传热过程的强化
1.增大传热面积 方法： 提高单位体积内的传热面积，采用 小管径、板状换热表面，改变传热 面形状等； 增大对流传热系数小的一侧的面积， 如肋片管、波纹管、翅片管等，使 换热器传热系数提高以及增加单位 体积的传热面积，能收到高效紧凑 的效果。
当蓄热体与热流体接触时， 从热流体处接受热量，蓄热体 温度升高，然后与冷流体接触， 将热量传递给冷流体，蓄热体 温度下降，从而达到换热的目 的。特点是结构简单，可耐高 温，体积庞大，不能完全避免 两种流体的混和。 适于高温气体热量的回收或 冷却。如回转式空气预热器。
热流体 冷流体
热流体
冷流体
3.间壁式换热器
它是将每根管子都弯成U型状，两端固定在同一 管板的两侧，管板用隔板分成两室，如图示。这种 结构使得每根管子可以自由伸缩，与其它管子和壳 体无关，从而解决了热补偿问题。这种换热器结构 简单，可用于高温高压，但管程不易清洗，而且因 管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率低。
4.蛇管式换热器
4.1.沉浸式蛇管换热器
在两块平行薄金属之间，夹入波纹状或其它形状的翅片，两边以侧条密封，即组 成为一个换热单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定， 成为并流、逆流、错流的板束(或称蕊部)。然后再将带有流体进出口接管的集流箱 焊在板束上，即成为板翅式换热器。常用的翅片为光直型、锯齿型和多孔型三种 型式。 板翅式换热器一般用铝合金制造，结构紧凑、轻巧，单位体积传热面积可达到 2500～4000m2/m3，传热系数高，空气的对流传热系数可达到350W/m2· K，承压 可达5MPa。但容易堵塞，清洗困难，不易检修，适用于清洁和无腐蚀性流体的换 热。现已在石油化工、气体分离等工业中得到应用。
2.浮头式换热器
1.管程隔板 2.壳程隔板 3.浮头
它是将一端管板与壳体相连，而另一端管板不与壳体固 定连接，可以沿轴向自由浮动，如图示。这种结构不但可 完全消除热应力，而且在清洗和检修时整个管束可以从壳 体中抽出。因而尽管其结构复杂，造价高，但应用较为普 遍。
3.U型管式换热器
1.U形管 2.壳程隔板 3.管程隔板
所谓间壁式换热器是指两种温度不同的流体在 固定壁面相隔的空间内流动，通过两侧流体与避 免的对流换热及避免的导热而进行的热量传递的 换热器。参与换热的两种流体不会混合，传递过 程连续而稳定的进行。 如各种管壳式、板式结构的换热器。
按传热面形状和结构分
管式换热器
板式换热器
特殊形式换热器
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1.管式换热器 通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结 构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管 式换热器、翅片式换热器等。应用最广。 2.板式换热器 通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形 式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热 器等。 3.特殊形式换热器 根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热 器。如回转式、热管、同流式换热器等。
增大温差
3.增大传热系数K
方法： 降低污垢热阻 通过增大流速冲刷管壁防止污垢沉积， 或采用阻垢剂等化学和机械方法来抑制 污垢的生成速度，并注意及时清除等措 施。 提高对流传热系数 特别是h小的一侧的对流传热系数，主 要途径是增加湍动程度、减小层流底层 的厚度，
具体措施是： （1）提高流速，增大雷诺数。如增加列 管式换热器中的管程数和在管外加装挡板；
2.提高传热推动力Δtm
方法： 平均温度差Δtm的大小主要取决于两 流体的温度条件，常受到工艺条件的 限制。但加热剂或冷却剂温度由于选 择的不同，可以有很大的差别，如适 当提高加热蒸汽压强，降低冷却水进 口温度，确定适宜的出口温度等都可 提高Δtm。 当两流体无相变化时，尽可能从结 构上采用逆流或接近逆流的操作，可 提高Δtm。
平板式换热器
9.螺旋板式换热器
它是由两张互相平行的 薄金属板，卷制成同心 的螺旋形通道。在其中 央设置隔板将两通道隔 开，两板间焊有定距柱 以维持通道间距，螺旋 板两侧焊有盖板和接管。 两流体分别在两通道内 流动，通过螺旋板进行 换热。
10.板翅式换热器
板翅式换热器的结构型 式很多，但是基本结构 是由平行隔板和各种型 式的翅片构成的板束组 装而成，如图示。
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主要内容
引言
换热器分类
常见换热器介绍 强化换热
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按作用原理分：
直接接触式换热器
蓄热式换热器
间壁式换热器
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1.直接接触式换热器
两种不同温度的流体直接 接触，相互混和传递热量。 特点是结构简单，传热效 率高。 适于两种流体允许混和的 场合。如凉水塔、洗涤塔、 文氏管及喷射冷凝器等。
热流体
冷流体
2.蓄热式换热器
• 国外
• （1）传热强化剂对换热器换热性能的提高 • 研究表明，在水中加入浓度低于总质量50%的 挥发性添加剂，在水的物性没有显著变化下，可 使其传热膜系数增加80%左右。有文献报道，在 水中加入微量的十八烷基胺以后，不仅强化了核 沸腾换热，并且它易吸附于金属表面，可有效的 缓减金属的腐蚀还具有清除金属表面污垢的能力 。对空气中喷入液滴时的传热工况进行的研究表 明，如能在换热面上形成连续液膜，则换热系数 最多可增加30 倍。添加剂强化技术的研究，英国 、美国居领先地位。
加强换热的常用方法
• 横纹槽管 当管内流体流经横向环肋， 管壁附近形成轴向游，增加 了边界层的扰动，使边界层 分离，有利于热量的传递。 当游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。
缩放管
使管内介质流动时，产生 收缩和放大效应，使介质 湍动程度增加，提高了管 内介质的热交换能力，而 且管内靠近管壁的介质沿 管的轴向流动时，其方向 和速度在波节处产生突变 ，形成局部湍流，使管壁 处流体的滞留底层减薄， 热阻降低，也使管外介质 的传热能力提高。
蛇管多以金属管弯绕而成，或制 成适应各种容器需要的形状，沉 浸在容器中。两种流体分别在管 内外流动通过蛇管表面进行换热， 如图所示。其优点是结构简单， 制造方便，能承受高压，可用耐 腐蚀材料制造。缺点是容器内液 体湍动程度低，管外对流传热系 数小，传热效果可通过增设搅拌 提高，此外传热面积有限，主要 用于传热量不大的容器中。
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波纹管
波纹管是以普通光滑换热 管为基管，采用切削滚扎 工艺使管内外表面金属塑 性变形而成，双侧带有波 纹的管型。波纹管管内被 挤出凸肋，从而改变了管 内壁滞流层的流动状态， 减少了流体传热热阻，增 强了传热效果。
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表面T型翅片
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其他形式换热元件
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麻花扁管换热器
由于管子结构独特的管 程和壳程促进了湍流。 该换热器的传热系数叫 现有换热器提高40%， 而压力降几乎相等。 特点：改进了传热，减 少了污垢，真正逆流， 无振动，节省空间，无 折流元件，降低了成本。
Hitan绕丝花环换热器
丝状花内插物,可使流体在 低速下产生径向位移和螺 旋流相叠加的三维复杂流 动,可提高诱发湍流和增强 沿温度梯度方向上的流体 扰动,能在不增加阻力的条 件下大大提高传热系数。
国内外发展概况
• （2）在换热器的设计过程中增加电场的强化 传热及节能技术 • 在液体中加一静电场以强化单相流体的对流 换热量是一种有吸引力的强化传热方法。这 种方法对气体和液体的自然对流和强制对流 都能产生一定的强化传热效应。
国内外发展概况
（3）纳米粒子在强化传热领域的广阔 应用前景 研究表明，在液体中添加纳米粒子 能有效的增加其导热系数。因此，能 够生产出成本低廉的纳米粒子和找到 其与强化传热倍数的准确的数学关系 ，在换热设备的改进中设计一个纳米 粒子按比例混入装置对换热效率的提 高将十分有意义，同时也能减小换热 器本身的设计制造成本。
每段套管称为一程，长约4～6m，每程的内管依次与下一 程的内管用U型弯头连接，外管之间也由管子连通，可同 时几排并列，每排与总管相连。换热时一种流体走管内， 另一种流体走环隙，而且两种流体可始终保持逆流换热， Δtm 大。适当选择两管的直径，两流体可得到较高的流速， 故一般具有较高的传热系数。其优点是结构简单，能耐高 压，传热面积易于增减；缺点是设备结构不紧凑，金属耗 用量大，一般用于换热量不大的场合。