換熱器被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域中。換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用能夠節(jié)能環(huán)保，降低運(yùn)營成本。
今天，小編就帶大家扒一扒換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)。
一、換熱器的分類及工作原理
先來三張動(dòng)圖看一下?lián)Q熱器的工作原理。
二、強(qiáng)化傳熱的手段概述
換熱器傳熱強(qiáng)化通常使用的手段包括三類：擴(kuò)展傳熱積（F）；加大傳熱溫差；提高傳熱系數(shù)（K）。
擴(kuò)展傳熱面積是增加傳熱效果使用最多、最簡單的一種方法。
現(xiàn)在使用最多的是通過合理地提高設(shè)備單位體積的傳熱面積來達(dá)到增強(qiáng)傳熱效果的目的。
如在換熱器上大量使用單位體積傳熱面積比較大的翅片管、波紋管、板翅傳熱面等材料，通過這些材料的使用，單臺(tái)設(shè)備的單位體積的傳熱面積會(huì)明顯提高，充分達(dá)到換熱設(shè)備高效、緊湊的目的。
加大換熱器傳熱溫差Δt是加強(qiáng)換熱器換熱效果常用的措施之一。
在換熱器使用過程中，提高輻射采暖板管內(nèi)蒸汽的壓力，提高熱水采暖的熱水溫度，冷凝器冷卻水用溫度較低的深井水代替自來水，空氣冷卻器中降低冷卻水的溫度等，都可以直接增加換熱器傳熱溫差Δt。
但是，增加換熱器傳熱溫差Δt是有一定限度的，我們不能把它作為增強(qiáng)換熱器傳熱效果最主要的手段。
依靠增加換熱器傳熱溫差Δt只能有限度的提高換熱器換熱效果；同時(shí)，傳熱溫差的增大將使整個(gè)熱力系統(tǒng)的不可逆性增加，降低了熱力系統(tǒng)的可用性。
增強(qiáng)換熱器傳熱效果最積極的措施就是設(shè)法提高設(shè)備的傳熱系數(shù)（K）。
換熱器傳熱系數(shù)（K）的大小實(shí)際上是由傳熱過程總熱阻的大小來決定，換熱器傳熱過程中的總熱阻越大，換熱器傳熱系數(shù)（K）值也就越低；換熱器傳熱系數(shù)（K）值越低，換熱器傳熱效果也就越差。
換熱器在使用過程中，其總熱阻是各項(xiàng)分熱阻的疊加，所以要改變傳熱系數(shù)就必須分析傳熱過程的每一項(xiàng)分熱阻。
從上式中可知: 要提高傳熱系數(shù), 必須設(shè)法提高α1 和α2及λ，降低δ和內(nèi)外污垢熱阻R1 和R2。
三、強(qiáng)化傳熱技術(shù)
強(qiáng)化傳熱技術(shù)分為被動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)和主動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)。
前者是指除了介質(zhì)輸送功率外不需要消耗額外動(dòng)力的技術(shù)；后者是指需要加入額外動(dòng)力以達(dá)到強(qiáng)化傳熱目的的技術(shù)。
處理表面
包括對(duì)表面粗糙度的小尺度改變和對(duì)表面進(jìn)行連續(xù)或不連續(xù)的涂層。
可通過燒結(jié)、機(jī)械加工和電化學(xué)腐蝕等方法將傳熱表面處理成多孔表面或鋸齒形表面，如開槽、模壓、碾壓、軋制、滾花、疏水涂層和多孔涂層等。
此種處理表面的粗糙度達(dá)不到影響單相流體傳熱的高度, 通常用于強(qiáng)化沸騰傳熱和冷凝傳熱。
粗糙表面
通常，可通過機(jī)械加工、碾軋和電化學(xué)腐蝕等方法制作粗糙表面。
粗糙表面主要是通過促進(jìn)近壁區(qū)流體的湍流強(qiáng)度、阻隔邊界層連續(xù)發(fā)展減小層流底層的厚度來降低熱阻, 而不是靠增大傳熱面積來達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的， 主要用于強(qiáng)化單相流體的傳熱, 對(duì)沸騰和冷凝過程有一定的強(qiáng)化作用。
基于粗糙表面技術(shù)開發(fā)出的多種異形強(qiáng)化傳熱管在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用頗為廣泛， 包括有: 螺旋槽管、旋流管、縮放管、波紋管、針翅管、橫紋槽管、強(qiáng)化冷凝傳熱的鋸齒形翅片管和花瓣形翅片管、強(qiáng)化沸騰傳熱的高效沸騰傳熱管以及螺旋扭曲管。
擴(kuò)展表面
其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理主要是此類擴(kuò)展表面重塑了原始的傳熱表面， 不僅增加了傳熱面積，而且打斷了其邊界層的連續(xù)發(fā)展, 提高了擾動(dòng)程度，增加了傳熱系數(shù), 從而能夠強(qiáng)化傳熱，對(duì)層流換熱和湍流換熱都有顯著的效果。
不僅用于傳統(tǒng)的管殼式換熱器管子結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而且也越來越多的應(yīng)用于緊湊式換熱器。
目前已開發(fā)出了各種不同形式的擴(kuò)展表面, 如管外翅片和管內(nèi)翅片、叉列短肋、波型翅多孔型、銷釘型、低翅片管、太陽棒管、百葉窗翅及開孔百葉窗翅(多在緊湊式換熱器中使用)等。
擾流裝置
把擾流裝置放置在流道內(nèi)能改變近壁區(qū)的流體流動(dòng)，從而間接增強(qiáng)傳熱表面處的能量傳輸，主要用于強(qiáng)制對(duì)流。
管內(nèi)插入物中有很多都屬于這種擾流裝置, 如金屬柵網(wǎng)、靜態(tài)混合器及各式的環(huán)、盤或球等元件。
漩渦流裝置
包括很多不同的幾何布置或管內(nèi)插入物, 如內(nèi)置漩渦發(fā)生器、紐帶插入物和帶有螺旋形線圈的軸向芯體插入物。
此類裝置能增加流道長度并能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或(和)二次流，從而能增強(qiáng)流體的徑向混合，促進(jìn)流體速度分布和溫度分布的均勻性, 進(jìn)而能夠強(qiáng)化傳熱。
主要用于增強(qiáng)強(qiáng)制對(duì)流傳熱, 對(duì)層流換熱的強(qiáng)化效果尤其顯著。
螺旋盤管
其應(yīng)用可提高換熱器的緊湊度，它所產(chǎn)生的二次流能提高單相流體傳熱的傳熱系數(shù), 也能增強(qiáng)沸騰傳熱。
表面張力裝置
包括利用相對(duì)較厚的芯吸材料或開槽表面來引導(dǎo)流體的流動(dòng)， 主要用于沸騰和冷凝傳熱。
芯吸作用常用在沒有芯吸材料冷卻介質(zhì)就不能到達(dá)受熱表面的情形，常見的如熱管換熱器；還對(duì)水中表面的沸騰換熱強(qiáng)化非常有效。
添加物
包括用于液體體系的添加劑和用于氣體體系的添加劑。
液體中的添加劑包括用于單相流的固體粒子與氣泡和用于沸騰系統(tǒng)的微量液體；氣體中的添加劑包括液滴和固體粒子, 可用于稀相(氣固懸浮液)或密相(流化床)。
殼程強(qiáng)化
一是改變管子外形或在管外加翅片，即通過管子形狀或表面性質(zhì)的改造來強(qiáng)化傳熱。
二是改變殼程擋板或管間支撐物的形式，盡可能消除殼程流動(dòng)與傳熱的滯留死區(qū)， 盡可能減少甚至消除橫流成分, 增強(qiáng)或完全變?yōu)榭v向流。
近年研究出的許多新的殼程支撐結(jié)構(gòu)，有效彌補(bǔ)了單弓形折流板支撐物的不足。
如雙弓形折流板、三弓形折流板、螺旋形折流板、整圓形折流板、窗口不排管、波網(wǎng)支撐、折流桿式、空心環(huán)式、管子自支撐、扭曲管和混合管束換熱器式等。
機(jī)械攪動(dòng)
包括用機(jī)械方法攪動(dòng)流體、旋轉(zhuǎn)傳熱表面和表面刮削。帶有旋轉(zhuǎn)的換熱器管道的裝置目前已用于商業(yè)應(yīng)用。
表面刮削廣泛應(yīng)用于化學(xué)過程工業(yè)中黏性流體的批量處理， 如高黏度的塑料和氣體的流動(dòng)，其典型代表為刮面式換熱器， 廣泛用于食品工業(yè)。
表面振動(dòng)
無論是高頻率還是低頻率振動(dòng)，都主要用于增強(qiáng)單相流體傳熱。其機(jī)理是振動(dòng)增強(qiáng)了流體的擾動(dòng)，從而使傳熱得以強(qiáng)化。
利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)來強(qiáng)化傳熱， 依靠水流本身激發(fā)傳熱元件振動(dòng)，會(huì)消耗很少的能量。
利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱既能提高對(duì)流傳熱系數(shù)， 同時(shí)又能降低污垢熱阻, 即實(shí)現(xiàn)了所謂的復(fù)合式強(qiáng)化傳熱。
流體振動(dòng)
由于換熱設(shè)備一般質(zhì)量很大， 表面振動(dòng)這種方法難以應(yīng)用，然后就出現(xiàn)了流體振動(dòng)，該方法是振動(dòng)強(qiáng)化中最實(shí)用的一種類型。
所使用的振蕩發(fā)生器從擾流器到壓電轉(zhuǎn)換器，振動(dòng)范圍大約從脈動(dòng)的1Hz到超聲波的106Hz。主要用于單相流體的強(qiáng)化傳熱。
靜電場(chǎng)
靜電場(chǎng)可以使傳熱表面附近的流體產(chǎn)生較大的主體混合, 從而使傳熱強(qiáng)化。
靜電場(chǎng)還可以和磁場(chǎng)聯(lián)合使用來形成強(qiáng)制對(duì)流。靜止流體中加足夠強(qiáng)度靜電場(chǎng)所形成的電暈風(fēng)能在一定條件下強(qiáng)化單相流體的傳熱。
噴射
包括通過多孔的傳熱表面向流動(dòng)液體中噴射氣體， 或向上游傳熱部分噴注類似的流體。
抽吸
包括在核態(tài)沸騰或膜態(tài)沸騰中通過多孔的受熱表面移走蒸汽和在單相流中通過受熱表面排出液體。
有研究預(yù)測(cè), 抽吸能大大提高層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)的換熱系數(shù)。
兩個(gè)或兩個(gè)以上這些傳熱強(qiáng)化技術(shù)可以復(fù)合使用, 從而達(dá)到比僅僅使用一種技術(shù)更好的強(qiáng)化傳熱效果， 這種復(fù)合使用被稱為復(fù)合式強(qiáng)化傳熱技術(shù)。
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