換熱器傳熱過程的強化

 換熱器的傳熱過程廣泛存在于電力，冶金，動力機械，石油，化工，低溫，建筑以及航空航天等許多領(lǐng)域。這些傳熱問題除需要計算傳熱量外，很多情況下涉及到如何增強傳熱的問題。

傳熱過程的強化：

  傳熱過程的強化，就是力求在單位時間內(nèi)，單位換熱面積傳遞盡可能多的熱量。所獲得的效果表現(xiàn)為三方面：1.在設備投資以及輸送功耗一定的條件下，獲得較大的傳熱量，從而增加換熱器容量，提高換熱器效率；2.保持換熱器容量不變，使設備結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，材料耗量減少，成本降低；3.降低高溫部件的溫度，例如各類發(fā)動機，核反應堆，電力，電子設備中元器件的冷卻，保證設備安全運行。

         計算換熱器傳熱過程的基本計算公式為

              Q=kA△T

即傳熱量由三個因素決定，傳熱溫差，傳熱面積，傳熱系數(shù)，所以強化換熱器傳熱的途徑也從增加K,A, △T來考慮。

1， 增加傳熱系數(shù)K

增加傳熱系數(shù)就是要減小傳熱熱阻。以兩流體通過圓管管壁進行傳熱為列，基于圓管外壁面的傳熱系數(shù)表達式為：

 

式中，d1,d2,分別為管外徑；h1,h2分別為管內(nèi)外流體的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；R1，R2分別為官內(nèi)外壁的污垢熱阻。

由于換熱器是長時期運行的熱設備，所以在運行一段時間后，常常在換熱面上集結(jié)水垢，淤泥，油污，和灰塵之類的污垢。這些污垢在傳熱過程中都表現(xiàn)為附加熱阻，導致傳熱系數(shù)減小，換熱性能下降。

由公式可以看出，提高h1,h2選用傳熱性能良好的材料作為傳熱間壁，盡可能減小壁厚，減輕污垢聚集，均能是傳熱系數(shù)增大。增加傳熱系數(shù)要注意應當減小最大的局部熱阻。一個傳熱過程由幾個熱阻串聯(lián)而成，減小最大的熱阻才能使傳熱得到明顯強化。這是強化傳熱的一個基本原則。

如何提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1,h2以改善傳熱呢？一般來說，增大流速和增強擾動以減薄和破壞邊界層，是減小對流換熱熱阻的主要方法。提高流體流速，可減小層流底層的熱阻。但是采用增大流速的方法來增強傳熱是，由于流體增加會使流體流動阻力增加，所以必須兼顧熱流量和流動阻力選擇最佳流速。例如，采用螺旋管，鋼鋁符合翅片管，高頻焊螺旋翅片管等以及正確的布置換熱面，如叉排布置等方法，都可以有效地增強擾動，破壞邊界層，從而增大換熱系數(shù)。

2.增加對數(shù)平均溫差△T

在冷熱流體進出口溫度一定時，改變流型的布置可以提高平均溫差。在對換熱器進行分析時已經(jīng)指出，逆流流型時平均溫差最大，順流的平均溫差最小，因此從強化傳熱的角度出發(fā)，換熱器應布置成逆流。

3.擴大傳熱面積A

   換熱器增大傳熱面積是最有效的的強化傳熱途徑。多布置一些換熱面，可以降低總傳熱熱阻，加大傳熱量。改善傳熱面的結(jié)構(gòu)，不僅能增加傳熱面，還能是流體的流動和換熱特性得到改善。翅片化，螺旋管等傳熱表面均能擴展換熱面積。

   翅片管的翅片應用于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小的場合特別有效。利用軋制和繞制，擠壓等方法將表面制成各種凸凹形狀，從而增加傳熱面積，使傳熱過程加強

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