交流材料之四(强化型热交换器现状及发展)资料.ppt

2004.04 Next 强化型热交换器发展现状 Zhu Ruisong zrs@ 0251 强化传热目的 应用强化传热技术的目的： 提高换热设备的效率 减少能量传递过程中的不可逆损失 合理有效地利用能源 减少换热面积 降低金属消耗 2 强化传热现状 国际上: 各种强化型换热器在石油、化工、制冷、航空、车辆及动力机械等工业部门得到使用。尤其在低温差能源领域应用： 在地热资源、海洋热能、太阳能以及余热等利用中，应用强化技术的换热器就更有应用价值。 我国: 目前的管壳式换热器仍以弓形折流板加光滑管为主，效率低，能耗高。 3 强化传热原理 传热过程强化原理： 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。根据传热学的基本公式Q＝K·F·ΔTm 可知，增强传热的途径有三条： （1）提高换热器的传热系数K ； （2）加大换热器的换热面积F； （3）加大对数平均温差ΔTm 。 强化传热原理 实际工作中 （1）加大换热器的换热面积F 成本？ （2）加大对数平均温差ΔTm 工艺？ （3）提高换热器的传热系数K 对无相变传热来说，所有的研究均是以破坏边界层，使边界层减薄，降低边界层热阻，从而提高传热系数为目的。 4 强化传热手段 强化管程传热 a.只需做单管的传热与流阻实验，设备简单 b.各种类型的强化传热管和管内插入物 强化壳程传热 a.需做管束的传热与流体阻力实验，设备庞大 b. 采用新的管间支撑结构、新的管束排列方法 5 新型高效换热器 强化管程： 1.麻花扁管 2.螺旋槽纹管（螺纹管） 3.横纹管 4.缩放管 5.波纹管 6.管内插入物 新型高效换热器 管壳式以外的新型： 1.板壳式：可拆卸板壳式、焊接板壳式 2.螺旋板式 5.1 麻花扁管换热器 开发：瑞典Alares公司的新产品，后经Brown Fin—tube公司改进。 原理：由于管子结构独特，使管程和壳程同时处于螺旋流运动，促进了湍流。该换热器总传热系数较现有换热器提高40％，而压力降几乎相等。组装时亦可采用麻花扁管与光管混合配置，严格按照ASME标准制造。 麻花扁管换热器 制造： 包括“压扁”和“热扭”两个工序。 特点： 改进了传热，减少了结垢，真正逆流，无振动，节省了空间，无折流元件，降低了成本。可用管壳式换热器之处均可用此种换热器替换。 螺旋槽管换热器 5.3 横纹管换热器 横纹管换热器 5.4 缩放管换热器 5.5 波纹管换热器 波纹管换热器 波纹管换热器 波纹管换热器 简介： 波纹管是以普通光滑换热管为基管，采用无切削滚扎工艺，使管内外表面金属塑性变形而成。 管型：双侧带有波纹。 波纹管换热器 传热机理： 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。 波纹管换热器 特点1：换热效率高 介质在波纹管内、外流动时，各点的流速大小和方向不断在改变，在低流速下易形成湍流，可减薄层流底层，提高传热膜系数。 波纹管换热器 波纹管与光管管内膜传热系数与阻力的对比 层流区：随Re↑→hi↑↑（达到强化最大值3.7）→△Pi↑ 过渡流区：随Re↑→hi↑（增加的速度下降）→△Pi↑ 湍流区：随Re↑→hi↑（增加的速度几乎不变，强化2.6倍）→△Pi↑（2.6～2.7倍） 波纹管换热器 波纹管与光管管外膜传热系数与阻力的对比 在加工时管外被挤压成凹槽，由于波距较大、槽深较浅，故传热表面增加很少。但是波纹状的管壁可以增加流体的湍动，使得壳程传热系数和阻力也有不同程度的增加。 波纹管实际上是一种双侧强化传热管型，管内强化传热效果突出、管外抵不上螺纹管。 波纹管换热器 相同操作条件下，与光管换热器总传热系数与阻力的对比 波纹管换热器 特点2：自补偿能力强 波纹管属柔性元件，可近似看成多个补偿节 ，在大温差、大压差情况下的变形可以自补偿，对管板及壳体的作用力小。 波纹管换热器