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如何强化换热器中传热过程

如何强化换热器中传热过程
如何强化换热器中传热过程

如何强化换热器中传热过程

所谓换热器传热过程的强化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尽可能增多。其意义在于:在设备投资及输送功耗一定的条件下,获得较大的传热量,从而增大设备容量,提高劳动生产率;在保证设备容量不变情况下使其结构更加紧凑,减少占有空间,节约材料,降低成本;在某种特定技术过程使某些工艺特殊要求得以实施等。传热过程的强化有以下几条途径:

(1)增大传热面积增大传热面积,可以提高换热器的传热速率。但增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现,而是要从设备的结构入手,提高单位体积的传热面积。工业上往往通过改进传热面的结构来实现。目前已研制出并成功使用了多种高效能传热面,它不仅使传热面得到充分的扩展,而且还使流体的流动和换热器的性能得到相应的改善。例如用翅(肋)片,用轧制、冲压、打扁或爆炸成型等方法将传热面制造成各种凹凸形、波纹型、扁平状等,将细小的金属颗粒烧结或涂敷于传热表面或填充于传热表面间,以实现扩大传热面积的目的,减少管子直径,增加单位体积的传热面积。

(2)增大平均温度差增大平均温度差,可以提高换热器的传热效率。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动型式。一般来说,物料的温度由生产工艺来决定,不能随意变动,而加热介质或冷却介质的温度由于所选介质不同,可以有很大的差异。例如,在化工中常用的加热介质是饱和水蒸汽,若提高蒸汽的压力就可以提高蒸汽的温度,从而提高平均温度差。但需指出的是,提高介质的温度必须考虑到技术上的可行性和经济上的合理性。另外,采用逆流操作或增加管壳式换热器的壳程数使增大,均可得到较大的平均温度差。

(3)增大总传热系数增大总传热系数,可以提高换热器的传热效率。由总传热系数的计算公式可见,

要提高值,就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占比例不同,故应设法减少对值影响较大的热阻。一般来说,在金属材料换热器中,金属材料壁面较薄且导热系数高,不会成为主要热阻;污垢热阻是一个可变因素,在换热器刚投入使用时,污垢热阻很小,不会成为主要矛盾,但随着使用时间的加长,污垢逐渐增加,便可成为障碍传热的主要因素;对流传热热阻经常是传热过程的主要矛盾,也应是着重研究的内容。减少热阻的主要方法有:提高流体的速度;增强流体的扰动;在流体中加固体颗粒;在气流中喷入液滴;采用短管换热器;防止结垢和及时清除垢层。

传热过程强化但单纯追求S、Δtm及K 的提高是不行的。因为所采取的强化措施往往使流动阻力增大,其他方面的消耗或要求增高。因此,在采取强化措施的时候,要对设备结构、制造费用、动力消耗、运行维修等予以全面考虑,采取经济而合理的强化方法。

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