强化传热技术和高效节能设备.ppt

（4） 螺旋折流板换热器 将1/4圆周的扇形折流板片 ，按规定的螺旋升角沿周 向转角排列，最终在轴向 形成一个螺旋框架。 减少流动阻力、提 高流速、减少死区 、强化传热。 33 （5）扭曲管换热器 扭曲管结构图 34 （5）扭曲管换热器 管程、壳程同时强 化传热，抗振性能 好。 更适合流速底、粘度大 的流体。 35 HEAT TRANSFER ENHANCEMENT TECHNOLOGIES AND HIGH-EFFICIENCY HEAT EXCHANGERS 二、紧凑式换热器与余热回收器 36 * HEAT TRANSFER ENHANCEMENT TECHNOLOGIES AND HIGH-EFFICIENCY HEAT EXCHANGERS 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。 3 1 换热器的强化传热技术 换热器的强化传热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达到最多。 应用强化传热技术的目的是：提高现有换热器的换热能 力；减小设计传热面积，以减小换热器的体积和重量；使换 热器能在较低温差下工作。传热方程式为： Q = KAΔT 式中 K—传热系数；A—换热面积；△T—平均传热温 差。强化传热主要有3种途径：提高传热系数、扩大传热面 积和增大传热温差。 4 2 传热过程强化的途径 （1）对流强化传热 无相变过程强化对流传热技术的研究，可分为管内强 化和管外强化两种形式。强化措施大致有： 管外采用新型扩展表面； 管内采用插入物提高搅动程度； 管内外采用异形管，改变管内流体流动状态提高传热； 改变管束支撑件形式，提高流速和搅动程度； 加入不互溶低沸点添加剂，靠汽化潜热提高传热果。 5 2 传热过程强化的途径 （2）冷凝强化传热 冷凝传热基本有两种类型，其一为膜状冷凝 ，其二为滴状冷凝。 膜状冷凝：冷凝液在壁面上形成一层连续 不断的液膜。在重力的作用下，液膜不断地沿 壁面流动，通过液膜传递给壁面，传热热阻主 要集中在冷凝液膜上。 强化冷凝传热：减薄或消除冷凝液膜；疏 导冷凝液膜迅速流开壁面；减小冷凝传热热阻 等等。 6 2 传热过程强化的途径 传热系数:滴状冷凝＞＞膜状冷凝 （2）冷凝强化传热 滴状冷凝:冷凝液不能润湿壁面，只能在壁面上形成液珠。 液珠长大后，受重力的作用不断地携带着沿途的其他液珠 沿壁面流下。与此同时，新的液珠又会在原来的途径上重 新复生。 实现滴状冷凝的途径有：在金属表面涂上憎水基有机化合 物涂层；金属硫化物涂层；贵金属涂层；高分子聚合物涂 层；往蒸汽中注入不润湿性介质等。 7 8 2 传热过程强化的途径 （3）沸腾强化传热 核沸腾传热的强化有三种基本方法： 降低表面的润湿性； 应用带有凹陷形的核化空穴的传热表面； 形成小通道内的液膜蒸发。 沸腾强化传热措施： 表面多孔管，烧结型、电镀型、化学腐蚀和机械加工型； T形翅片管或Y形管，机加工管型； 整体内螺旋翅片管，强化管内沸腾传热的机加工管型； 椭圆管用于强化降膜蒸发器的传热； 管内加金属丝网强化管内沸腾传热。 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。 9 t h R do 3.1 强化传热管元件 1）螺旋槽管 螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而 成。其管内传热强化主要：一是螺旋 槽近壁处流动的限制作用，使管内流 体做整体螺旋运动来产生局部二次流 动；二是螺旋槽所导致的形体阻力， 产生逆向压力梯度使边界层分离。螺 旋槽纹管具有双面强化传热的作用， 适用于对流、沸腾和冷凝等工况，抗 污垢性能高于光管，传热性能较光管 s β 提高2~4倍。 螺旋槽管结构图 10 3.1 强化传热管元件 2）横纹槽管