强化传热技术
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简述强化传热的方法强化传热是指通过增加传热界面的温度差或增大传热界面的传热面积,来加强传热过程的方法。
在工程实践中,我们常常需要通过强化传热来提高传热效率,以满足各种工艺和设备的要求。
强化传热的方法有很多种,下面将对其中几种常见的方法进行简述。
第一种方法是增大传热界面的温度差。
温度差是传热的驱动力,增大温度差可以提高传热速率。
例如,在换热器中,可以通过调整流体的进出口温度差或者调整流体的流量来实现温度差的增大。
此外,还可以采用多级传热的方式,将传热过程分成几个阶段,每个阶段的温度差都比较小,但是总的温度差较大,从而提高传热效率。
第二种方法是增大传热界面的传热面积。
传热面积是传热的主要因素之一,增大传热面积可以增大传热的表面积,从而提高传热速率。
在实际应用中,可以采用多管道或者多层板的结构来增大传热面积。
此外,还可以使用一些传热增强器件,如鳍片、螺旋肋等,来增大传热表面积,并增加传热界面的湍流运动,从而提高传热效率。
第三种方法是改变传热介质的性质。
传热介质的性质对传热过程有着重要影响。
例如,可以通过增加传热介质的流动速度来增强传热效果。
在管道中,可以通过增大流速或者改变流动方式(如采用层流或者湍流)来增加传热速率。
此外,还可以使用一些传热增强剂,如颗粒、纤维等,来改变传热介质的性质,增强传热效果。
第四种方法是利用辅助传热设备。
在一些特殊的传热过程中,可以通过使用辅助传热设备来实现传热的强化。
例如,在换热器中,可以采用传热表面上的振动装置或者超声波装置来增强传热效果。
此外,还可以采用电磁场、微波等辅助传热技术,来改变传热界面的物理特性,从而提高传热效率。
强化传热是通过增加传热界面的温度差或增大传热界面的传热面积,来加强传热过程的方法。
在工程实践中,我们可以通过增大温度差、增大传热面积、改变传热介质的性质或者使用辅助传热设备等方法来实现传热的强化。
通过合理选择和组合这些方法,可以提高传热效率,满足各种工艺和设备的要求。
强化传热的方法原理及应用引言强化传热是一种提高传热效率的方法,它可以在不增加传热面积的情况下增加传热速率。
在许多工程和科学领域中,强化传热被广泛应用,如石油化工、核能工程、食品加工等。
本文将介绍几种常见的强化传热方法,并详细解释它们的原理和应用。
1. 使用导热剂增强传热导热剂是一种能够传递热量的物质,通过选择合适的导热剂可以增强传热效果。
常用的导热剂有液体、气体和固体等。
导热剂的选择要考虑其传热性能、安全性和成本等因素。
•液体导热剂:液体导热剂具有较高的导热性能和流动性,可广泛应用于换热设备中。
常见的液体导热剂有水、有机液体和矿物油等。
•气体导热剂:气体导热剂适用于一些特殊工艺,如高温换热和气体传热。
常用的气体导热剂有空气、氮气和氢气等。
•固体导热剂:固体导热剂具有优良的导热性能和稳定性,适用于高温、高压和易燃的工艺。
常见的固体导热剂有金属、陶瓷和载热盘等。
2. 使用增强换热表面换热表面的结构和形状对传热效率有重要影响。
通过改变换热表面的形态和表面特性,可以增加传热面积和传热速率。
•换热增强剂:换热增强剂是一种可以增加换热表面粗糙度的物质,常见的换热增强剂有翅片、肋片、孔洞和螺旋管等。
这些增强剂可以增加传热表面的有效面积,从而提高传热效果。
•换热增强技术:除了增加换热表面粗糙度外,还可以通过其他方式增强换热效果。
例如,采用湍流流动、喷雾冷却和聚焦太阳能等技术可以改变传热表面的流动模式,增强传热效果。
3. 使用传热增强器件传热增强器件是一种可以改变传热介质流动状态的装置,通过改变流动状态来增强传热效果。
•钳流器:钳流器是一种可以制造涡流效应的装置,可以增加传热介质的湍流程度。
通过将钳流器置于传热介质的流动路径上,可以产生涡流,增强传热效果。
•换热螺旋管:换热螺旋管是一种将流体带到螺旋孔中来增加流体流动路径长度的装置。
在换热螺旋管中,流体沿着螺旋孔流动,增加了传热介质与换热表面的接触时间,提高了传热效率。
强化传热技术的原理及应用实例传热技术广泛应用于各个领域,包括发电、工业生产、环境控制和家庭生活等方面。
随着科技的不断发展,传热技术也在不断更新和完善,其中强化传热技术被认为是一种高效、节能的传热技术,得到了越来越多的应用。
一、强化传热技术的原理强化传热技术是指在传热过程中通过改变传热界面的形态或热介质的流动来提高传热效率的一种方法。
其主要通过增大传热界面的面积或者提高传热过程中的传热效率来实现强化传热。
具体来说,强化传热技术可以分为以下几种类型:1. 内部强化传热技术内部强化传热技术主要是通过改变流体流动方式来提高传热效率。
常见的方法包括增加流速、改变流动方向、引入强制对流以及改变传热介质的物性等。
这些方法可以增强壁面的传热效率,减少传热过程中的局部热阻,提高传热效率。
2. 外部强化传热技术外部强化传热技术则是通过在传热表面上引入一定的扰动来增大传热界面的面积,从而提高传热效率。
常见的方法包括在传热表面上安装翼片、鳍片等结构以及改变传热表面的形状等。
这些方法可以强制流体沿着传热表面运动,增加热传递的表面积,提高传热效率。
3. 相变强化传热技术相变强化传热技术是指通过改变传热介质的相变状态来提高传热效率的一种方法。
常见的方法包括利用相变材料的相变热来增加传热介质的热容量、引入超声波等对相变过程进行控制等。
这些方法可以提高相变介质的传热效率,从而提高传热效率。
二、强化传热技术的应用实例1. 飞机发动机冷却飞机发动机的高温环境对于发动机的正常运行至关重要。
传统的发动机冷却方式是通过空气流动来降低温度,但是这种方法无法在高速飞行时提供足够的冷却。
因此,强化传热技术被应用到了发动机冷却中,通过引入冷却介质的流动和内部强化传热技术来提高冷却效率,从而保证发动机在高温环境下正常运行。
2. 化工反应器化工反应器在工业生产中扮演着重要的角色,而其中的传热过程对于反应器的效率和稳定性也至关重要。
利用外部强化传热技术,可以将反应器表面增加摩擦力,增大传热面积,提高传热效率。
简述强化传热的方法
强化传热是指通过一系列的方法和技术,提高传热效率,使热量能够更快速地传递到目标物体上。
在工业生产和科学研究中,强化传热技术被广泛应用,可以提高生产效率,降低能源消耗,提高产品质量等。
下面我们来简述几种常见的强化传热方法:
1. 换热器:换热器是一种常见的强化传热设备,它通过将热量从一个流体传递到另一个流体,实现热量的转移。
换热器的传热效率高,可以在不同的工业领域中广泛应用。
2. 换热管:换热管是一种常见的强化传热设备,它通过将热量从一个流体传递到另一个流体,实现热量的转移。
换热管的传热效率高,可以在不同的工业领域中广泛应用。
3. 换热介质:换热介质是一种常见的强化传热方法,它通过将热量从一个介质传递到另一个介质,实现热量的转移。
换热介质的传热效率高,可以在不同的工业领域中广泛应用。
4. 换热表面:换热表面是一种常见的强化传热方法,它通过增加换热表面积,提高传热效率。
换热表面的传热效率高,可以在不同的工业领域中广泛应用。
5. 换热流体:换热流体是一种常见的强化传热方法,它通过改变流
体的流动状态,提高传热效率。
换热流体的传热效率高,可以在不同的工业领域中广泛应用。
强化传热是一种非常重要的技术,可以提高生产效率,降低能源消耗,提高产品质量等。
在未来的发展中,我们需要不断探索新的强化传热方法,为工业生产和科学研究提供更好的支持。
强化传热技术的原理强化传热技术是指通过改变传热介质的局部流动状态、增大传热面积、增加流体的湍动或实现传热界面的机械振动等方式,以提高传热效率的一系列技术手段。
其主要原理包括增加传热面积、改变流体流动状态以及改善传热介质的传热性能等。
首先,增加传热面积是强化传热技术的基本原理之一。
通过在传热装置内部设置多种形状的传热管或换热器片等结构,可以显著增大传热面积,提高传热效率。
例如,在换热器中采用螺旋翅片管,可以有效增大传热面积,增加传热效果。
此外,通过增加细小的传热介质颗粒或纤维等,也可以增加传热面积,提高传热效率。
其次,改变流体流动状态也是强化传热技术的重要手段之一。
传统的传热方式通常是通过传热介质的自然对流或强制对流来实现的,但这两种传热方式传热效率较低。
通过改变传热介质的流动状态,例如增大传热介质的湍动程度,可以大幅度提高传热效率。
常见的方法包括增加流体的流速,增加传热介质的湍动强度,采用特殊形状的传热管等。
第三,改善传热介质的传热性能也是强化传热技术的重要原理之一。
传热介质的传热性能直接影响传热效率。
不同的传热介质具有不同的传热性能,通过选择合适的传热介质可以提高传热效率。
例如,采用高传热性能的传热介质,如导热油、高导热粉体等,可以显著提高传热效果。
此外,通过添加传热增强剂,改变传热介质的热物性,也可以提高传热效率。
总之,强化传热技术是通过增加传热面积、改变流体流动状态以及改善传热介质的传热性能等手段,以提高传热效率的技术方法。
这些原理不仅可以单独应用,还可以相互结合,形成多种强化传热技术。
在实际应用中,根据不同的传热过程和要求,选择合适的强化传热技术,可以达到更好的传热效果。
强化传热的措施1. 概述在各个领域的工业和科学研究中,传热现象是一个非常重要的问题。
传热的效率直接影响着许多过程的效果和成本。
为了提高传热效率和优化传热过程,人们不断探索和提出各种强化传热的措施。
本文将介绍一些常用的强化传热方法和措施。
2. 提高传热界面的热传导热传导是传热的一种基本方式,可以通过提高传热界面的热传导来增强传热效果。
以下是一些常见的提高传热界面热传导的方法:2.1. 使用高热导率材料将高热导率材料用于传热界面的接触面,可以提高热传导率。
例如,使用金属导热垫片或导热膏等材料来增加热传导。
2.2. 加强界面接触通过增加物体之间的接触面积和接触紧密度,可以有效提高传热界面的热传导。
例如,使用镶嵌片、螺纹或凹凸设计等方法来增加界面接触面积和接触效果。
3. 提高传热界面的对流传热对流传热是传热过程中常见的一种方式,通过优化传热界面的对流传热可以提高传热效率。
以下是一些常见的提高传热界面对流传热的方法:3.1. 增大传热面积增大传热界面的面积可以增强对流传热效果。
例如,使用多管或多孔结构来增加传热界面的面积。
3.2. 提高流体速度提高流体在传热界面的速度可以增加对流传热效果。
例如,通过增大流体流速或使用激励器来增加流体的湍流程度。
3.3. 优化传热界面的流动路径通过设计合理的传热界面流动路径,可以使流体在传热界面上形成更为均匀和有效的对流传热。
例如,采用波纹管道设计或增加流体的扰动等方法。
4. 引入传热增强剂除了优化传热界面本身的传热方式,还可以通过引入传热增强剂来提高传热效率。
传热增强剂通常指具有高传热性能的物质或结构,可以用于增强传热过程。
以下是一些常见的传热增强剂及其应用方式:4.1. 纳米粒子将纳米粒子添加到传热介质中,可以增加传热介质的热导率,从而提高传热效率。
常见的纳米粒子包括纳米银、纳米金和纳米二氧化硅等。
4.2. 换热增强表面使用换热增强表面可以增加传热界面的表面积和传热效率。
强化传热是指通过各种方式来提高传热过程的效率和速度。
以下是一些关于强化传热的例子:
1. 换热器设计优化:在换热器中,通过改进流体的流动分布、增加传热表面积和优化管道结构等方式,可以提高传热效率。
例如,采用螺旋肋型管或增加片翅片数量,可以增大传热面积并增强对流传热。
2. 相变传热技术:利用物质的相变(如液体-气体相变)过程,可以实现更高效的传热。
例如,蒸发器和冷凝器中的相变传热过程常用于制冷和空调系统中,能够实现快速的热交换。
3. 高效导热材料:使用导热性能更好的材料作为热传导介质,可以提高传热速率。
例如,铜、铝等金属具有良好的导热性能,常用于制造散热器和热交换器以促进热量传递。
4. 空气增压技术:在气体传热过程中,通过增压将空气强制送入传热区域,可以加快传热速率。
这种技术常用于燃烧设备、烘干设备等领域,以提高能量利用效率。
5. 渦流增强传热技术:通过设计具有特殊结构的表面,如螺旋状或条状的凹凸纹理,可以增加流体在传热表面上的湍流运动,
从而增强对流传热的效果。
这种技术常用于换热器和燃烧室中,以提高传热效率。
这些例子只是强化传热的一部分应用,实际上还有许多其他技术和方法可用于提高传热过程的效率。
强化传热的目的是通过优化传热条件和传热界面,提高热量传递的速度和效率,从而实现更有效的能量转移和利用。
强化传热技术及其应用
强化传热技术是一种通过改进传热介质(如流体)以及加入某些物理、化学或结构因素来提高传热效率的技术。
它的应用范围非常广泛,包括化工、制药、石油、电力等行业。
以下列举一些常见的强化传热技术及其应用。
1. 换热器增强传热技术:通过改善换热器的结构设计、增加传热面积或使用辅助传热器件等方式来提高传热效率。
应用于化工、石油等行业中的冷却、蒸发、蒸汽管路等工艺中。
2. 湍流增强传热技术:通过增加流体的湍流度、改变流体流动状态等方式来提高传热效率。
应用于化工、制药、石油等行业中的传热、冷却、加热等工艺中。
3. 热管增强传热技术:利用热管中的工作流体的相变过程来增强传热效率。
应用于电子、航空航天等领域中的散热、温控等技术中。
4. 纳米材料增强传热技术:利用纳米材料的特异性能来增强传热效率。
应用于电子、计算机等领域中的散热技术中。
5. 超临界流体增强传热技术:利用流体处于超临界状态下的特异性质,以及超临界状态下的相变过程来增强传热效率。
应用于石油、化工等领域中的提取和分离过程中。
强化传热的有效措施
1. 加大对流强化传热的动力:
①安装增压设备:利用离心式增压器,可以提高流体流动时产生的临界速度和摩擦,从而提高流体传热能力。
②改善形状:改变传热元件的面积、形状和流体静压梯度,以创造新的传热条件,同时减少理想状态的损耗,提高对流强化传热效率。
③调整流量:通过调整流量,可以根据具体要求调节传热能力,从而达到优化传
热效率的目的。
2. 降低流体摩擦系数:
①降低有效粘度:通过使用表面活性剂或其他流体再生工艺,可以降低粘度,从
而减少流体摩擦阻力。
②提高流动速率:采用恒定喷射孤立和/或其他粒子排放技术,能够降低流体摩擦
系数。
3. 优化结构形式:
①避免湍流渐近层折叠:除了改善元件外形外,还应尽量避免湍流渐近层的折叠,以提高流场的定性改善传热率。
②添加胀孔:将胀孔添加到管道、夹套等管件中,可以改变流场的传热模式,增
加传热效率。
4. 改变流体特性:
①使用增温材料:增温材料可以有效改变流体表面温度,缓解温度不均匀性,从
而提高热传导率,改善对流强化传热效率。
②采用多孔材料:利用流体力学模拟,将小孔设置在流体对流部位,从而改变流
体通道的流动特性,有效改善对流强化传热的效果。
通过上述措施,可以有效改善对流强化传热的性能,达到提高运行效率和减少能耗的目的。
除此之外,还要限制设备工作的温度范围,注意温度的均匀性,避
免长期运行过热或过冷,以防止发生瓦楞等情况。
定期检查和维护对流传热设备,以及添加冷却物质,对于正确使用对流强化传热设备也是十分重要的。
强化传热技术1、强化传热的⽬的是什么?(1)减⼩初设计的传热⾯积,以减⼩换热器的体积和重量;(2)提⾼现有换热器的能⼒;(3)使换热器能在较低温差下⼯作;(4)减少换热器的阻⼒,以减少换热器的动⼒消耗。
2、采⽤什么⽅法解决传热技术的选⽤问题?(1)在给定⼯质温度、热负荷以及总流动阻⼒的条件下,先⽤简明⽅法对拟采⽤的强化传热技术从使换热器尺⼨⼤⼩、质轻的⾓度进⾏⽐较。
这⼀⽅法虽不全⾯,但分析表明,按此法进⾏⽐较得出的最佳强化传热技术⼀般在改变固定换热器三个主要性能参数(换热器尺⼨、总阻⼒和热负荷)中的其他两个,再从第三个性能参数最佳⾓度进⾏⽐较时也是最好的。
(2)分析需要强化传热处的⼯质流动结构、热负荷分布特点以及温度场分布⼯况,以定出有效的强化传热技术,使流动阻⼒最⼩⽽传热系数最⼤。
(3)⽐较采⽤强化传热技术后的换热器制造⼯艺、安全运⾏⼯况以及经济性问题。
3、表⾯式换热器的强化传热途径有哪些?(1)增⼤平均传热温差以强化传热;(2)增加换热⾯积以强化传热;(3)提⾼传热系数以强化传热。
4、何为有功和⽆功强化传热技术?包括哪些⽅法?从提⾼传热系数的各种强化传热技术分,则可分为有功强化传热技术和⽆功强化传热技术两类。
前者也称主动强化传热技术、有源强化技术、后者也称为被动强化技术、⽆源强化技术。
有功强化传热技术需要应⽤外部能量来达到强化传热的⽬的;⽆功传热强化技术则⽆需应⽤外部能量即能达到强化传热的⽬的。
有功强化传热技术包括机械强化法、震动强化、静电场法和抽压法等;⽆功强化传热技术包括表⾯特殊处理法、粗糙表⾯法、扩展表⾯法、装设强化元件法、加⼊扰动流体法等。
5、单项流体管内强制对流换热时,层流和紊流的强化有何不同?当流体做层流运动时,流体沿相互平⾏的流线分层流动,各层流体间互不掺混,垂直于流动⽅向上的热量传递只能依靠流体内部的导热进⾏,因⽽换热强度较低。
因此,对于强化层流流动的换热,应以改变流体的流动状态为主要⼿段。
强化传热技术简介强化传热技术是指能显著改善传热性能的节能新技术,其主要内容是采用强化传热元件,改进换热器结构,提高传热效率,从而使设备投资和运行费用最低,以达到生产的最优化。
发展早在18世纪初就提出让风吹过物体表面强化对流传热。
但该技术真正引起人们重视是在20世纪60年代后,由于生产和社会发展的需要,强化传热技术载30多年来得到了广泛的发展和应用。
迄今为止,强化传热技术在动力,核能,制冷,石油,化工乃至国防工业等领域中得到广泛应用,国内外公开发表的论文和研究报告超过6000篇,获得了数百项专利,已发展成为成熟的第二代传热技术。
能源存在形式:矿物核能,地热能,化石燃料的化学能,太阳辐射能,海洋温差能,潮汐能,生物能,江河水利能,风能等,能量实质上就是各种运动形式相互联结,作用,转化的唯一媒介和桥梁,而能量利用的本质则是人为的以自然发生的变化去促成人类所需要的变化。
能源不仅是人类社会生存与发展的最基本的物质基础,而且是发展社会生产力的基本条件。
由于多年来对能源进行了不适当的开发利用,自20世纪70年代初中东石油危机爆发以来,以能源为中心的环境,生态和社会经济问题日益加剧,世界各国从发认识到节能的重要意义,能源的合理利用已成为当今世界各国应如何良性发展工业的核心问题,各种节能技术如雨后春笋般竞相出现。
强化传热技术的分类强化传热技术分为被动式强化技术(亦称为无功技术或无源强化技术)和主动式强化技术(亦称为有功技术或有源强化技术)。
前者是指除了介质输送功率外不需要消耗额外动力的技术; 后者是指需要加入额外动力以达到强化传热目的的技术。
2.1被动式强化传热技2.1.1 处理表面包括对表面粗糙度的小尺度改变和对表面进行连续或不连续的涂层。
可通过烧结、机械加工和电化学腐蚀等方法将传热表面处理成多孔表面或锯齿形表面, 如开槽、模压、碾压、轧制、滚花、疏水涂层和多孔涂层等。
此种处理表面的粗糙度达不到影响单相流体传热的高度, 通常用于强化沸腾传热和冷凝传热。
传热过程的强化措施
传热过程的强化措施是指通过一系列技术手段,提高传热效率,实现节能减排的目的。
在工业生产中,传热过程占据了很大的比重,因此强化传热过程是非常重要的。
一、增加表面积
增加表面积是传热过程的一个重要强化措施,该方法主要是通过改变热交换器的形状、结构等,使热交换面积增加,从而提高传热效率。
例如,在换热器中增加管束,减小管子的直径,可以增加传热面积,提高传热效率。
二、增加传热物质的流速
增加传热物质的流速也是传热过程的另一个强化措施。
在传热器中,当传热物质的流速增加时,可以增加传热表面积的利用率,从而提高传热速率。
但是,需要注意的是,流速过大会造成传热物质的流体阻力增大,因此要掌握恰当的流速。
三、提高传热物质的传热系数
提高传热物质的传热系数是强化传热过程的另一个重要措施。
传热系数的大小会直接影响传热速率,因此提高传热系数是提高传热效率的关键。
可以通过增加传热物质与壁面的接触面积,改变传热物质的流动状态,采用新型导流板等方法来提高传热系数。
四、利用辅助传热设备
利用辅助传热设备也是强化传热过程的一种有效方法。
例如,直接注入高速气流,采用微波辐射加热等方法来提高传热速率,这些设备可以有效地改善传热过程的传热条件,提高传热效率。
总之,强化传热过程是一个提高传热效率的重要措施,在寻求经济、高效、可靠的传热方式方面,有着重要的意义。
大家应当结合实际情况,选择恰当的强化手段,提高传热效率,实现资源节约和环保减排的目标。
关于简析强化传热技术及一些典型的应用由于生产和科学技术发展需要强化传热从80年代起就引起了广泛的重视和发展。
表现在设计和制造各类高性能热设备,航空,航天及核聚变等尖端技术,计算机里密集布置电子元件的有效冷却。
正是上述原因促使人们对强化传热进行及为广泛的研究和探讨,从80年代到现在近20多的时间里,世界各国的科学领域里,有关强化传热研究报告举不胜数。
一、强化传热技术的分类(一)导热过程的强化导热是热量传递的三种基本方式之一,它同样也存在着强化问题。
导热是依靠物体中的质量(分子,原子,或自由电子)运动来传递能量。
固体内部不同温度层之间的传热就是一种典型的导热过程,但固体之间接触存在着接触热阻,降低了能量的传递,在高热流场合下,为了尽快导出热量必须设法降低接触热阻,一般可采用以下方法:1、提高接触面之间光洁度或增加物体间的接触压力以增加接触面积2、在接触面之间填充导热系数较高的气体(如氦气)3、在接触面上用电化学方法添加软金属涂层或加软技术垫片(二)辐射换热的强化辐射换热普遍存在于自然界和许多生产过程中,只要物体温度高于绝对零度,它就能依靠电磁波向外发射能量,所以物体之间总是存在着辐射换热,在物之间温度差别不是很大的情况下,辐射换热可以忽略,但在高温设备中辐射却是换热的主要方式。
而影响辐射换热的因素主要有:表面粗糙度,固体微粒,材料。
(三)对流换热强化对流强化传热与流体的物理特性,流动状态,流道几何形状,有无相变发生以及传热壁面的表面状况等许多因素有关。
其中对流换热的有源强化又可分为:利用机械搅动加强流体与壁面间的传热,流体脉动和传热面震动时的对流换热,电磁场作用下的对流换热,经过多孔壁有质量透过时的壁面换热。
而对流换热的无源换热又可分为:管内插入物对传热的增强,涡旋流动的强化传热,添加物对流换热,流化床与埋管间的传热,射流冲击。
二、强化传热的途径在热设备中应用强化传热技术的目的一般有:(1)增加输热量;(2)减少换热面积和缩小设备体积;(3)降低载热剂输送功率的消耗;(4)降低高温部件的温度。
强化传热种类概述强化传热种类一、强化传热技术的种类提高传热系数的传热技术可分为有功强化传热技术和无功强化传热技术两类。
有功强化传热技术需要应用外部能量来达到强化传热的目的;无功强化传热技术则无需应用外部能量。
有功强化(亦称主动式强化)传热技术包括:机械强化法,振动、电场、磁场、光照射、喷射冲击等。
无功强化(亦称被动式强化)传热技术包括:表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面法和扰动流体法等。
两种传热技术与光管对比结果,见表1。
有功强化传热和无功强化抟热可以综合利用,以达到更好的传热效果。
这种强化传热技术称为合成强化传热。
二、各种类强化传热简单举例1、粗糙表面法、扰动流体法结合的复合传热方法:例如:粗糙管换热器中沿传热管轴向间隔分置旋流片的两区协同强化传热方法。
旋流片使流体产生螺旋流,螺旋流在离开旋流片之后依靠自身的运动惯性保持一定距离的自旋流,对管道近壁区与中心区产生互动的协同传热强化。
此外,该方法也可用于管间,除了对管间管束的机械支撑外,旋流片也可使管间流体产生自旋运动,实现壳程流体的两区协同传热强化。
2改变传热面的形状:换热管壁被挤压成螺旋槽状,在管内壁形成一圈圈突出的圆环。
由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道。
管外包扎钢丝等。
例如:i、在管内壁有若干月牙体,所述月牙体是半圆或小半圆体,其弦面紧贴管内壁;本实用新型同时具有强化传热传质作用,结构简单,不必二次安装。
3、扰动流体法:在传热面上或传热流路内设置各种形状的湍流增进器或内插物。
应用电磁场及协同作用强化传热。
如果能适当控制由流体流动而引起的管子震动,可以强化强热,但是若控制不当,则对设备有害。
例如:i、设计一个可安装在热交换器的入口处的环形筛网。
该环形筛网有中心通孔,通孔的环周有筛网或栅状结构。
使用本装置后,混合有摩擦减阻材料的液体在流经此筛网时,筛网使靠近管壁的液体的层流结构获得破坏,并转变成紊流,从而使流体与管壁的换热方式从层流换热转变成紊流换热,从而大大提高流体与管壁的对流换热系数,使整个热交换器的换热系数得到提高。
强化传热技术研究进展
1概述
由于生产和科学技术发展的需要,强化传热技术从上世纪80年代以来获得了广泛的重视和发展。
首先,随着现代工业的迅速发展,以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。
世界各国在寻找新能源的同时,也更加注重了节能新途径的研发。
设计和制造各类高性能换热设备是经济地开发和利用能源的最重要手段,这对于动力、冶金、石油、化工、制冷及食品等工业部门有着极为重要的意义。
其次,随着航空、航天及核聚变等高顶尖技术的发展,各种设备的运行时的温度也不断升高为了保证各设备有足够长的工作寿命及在高温下安全运行,必须可靠经济的解决高温设备的冷却问题。
最后,随着计算机的迅速发展,密集布置的大功率电子元件在电子设备中的释能密度日益增加。
电子元件的有效冷却,是电子设备性能和工作寿命的必要保证。
正是基于以上原因促使人们对强化换热进行了极为广泛的研究和探讨,力图从理论上解释各种强化传热技术的机理,从大量的实验资料中总结其规律性,以便在工业上加以推广应用,并发现新的更为经济实用的强化传热技术,因此近40年来在世界各国强化传热技术如雨后春笋般不断涌现出来。
20世纪80年代以来,我国经济发展迅速而能源生产的发展相对要滞后得多。
面对改革开放带来的经济高速发展态势,能源供应难以满足迅速增长的需求,节能成为关系到能否可持续发展的重大问题,近年来我国也在节能领域取得了显著的成绩。
1980年到2000年中国经济年平均增长9.7% 而能源消耗的年增长仅为4.6% 节能降耗年平均达5%。
“九五”期间我国每万元国内生产总值GDP能耗1990年价由1995年的3.97吨标准煤下降到2000年的2.77 吨标准煤累计节约和少用能源达4.1亿吨标准煤;主要耗能产品单位能耗均有不同程度下降。
按“九五”期间直接节能量计算节约的能源价值约660亿元;节约和少用能源相当于减排二氧化硫820万吨二氧化碳计1.8亿吨。
当前中国在能源利用效率、能耗等方面与世界先进国家相比还存在较大差距,能源节约还有很大的潜力。
纵观强化传热技术的发展传热强化的研究自始至终有着明确的目标和广泛的应用背景表现出高速度、实用性以及不断迎接高技术发展的挑战等三个突出特点。
现代科学技术的飞速发展和能源的严重短缺对传热强化不断提出新的要求,使得研究深度和广度日益扩大并向新的领域渗透和发展,甚至成为某些高新科技中的关键。
随着世界能源出现短缺和人们环保意识的增强,节能已成为经济可持续发展的重大需求。
我国的节能技术的应用远落后于发达国家,实用的高效强化传热技术,在工业应用中具有广阔的前景。
强化传热技术在石油、化工和能源等领域的应用,将带来巨大的经济和社会效益。
在未来的几十年,能源环境、微电子和生物技术等领域必将成为传热强化研究和应用的重要舞台。
2强化传热技术研究现状
Bergles在总结强化技术及其发展时,将强化换热技术划分为三代。
从19世纪末开始,人们开始关注传热强化的研究,但是由于当时的工业生产水平对传热强化的要求不是很迫切,所以对于强化传热的研究基本上属于实验科学,还很不成熟,相应的传热强化技术属于第一代。
从20世纪70年代石油危机开始,国际传热界加强了传热传质过程的机理研究,
发展了第二代传热强化技术以提高过程效率和节能降耗为目的。
近年来又出现了第三代传热强化技术—复合强化技术。
所谓复合强化技术就是将两种或两种以上的强化措施同时应用以期获得更好的传热强化效果。
按照Bergles的分类对流换热的强化技术可分为被动强化技术(Passive Technology或称无源强化技术)和主动强化技术(Active Technology或称有源强化技术)被动强化技术除传热介质的输送外无需外加动力,而主动强化技术则需要外加能量以强化换热过程。
被动技术可分为下列7种:
(1)处理表面:用机械或化学的方法将换热表面处理成多孔表面或锯齿形表面,多用于相变换热,可以增加汽化核心及气泡脱离速度或者促进凝结液的的迅速排走。
(2)粗糙表面:其表面粗糙元的微观结构几何尺寸比处理表面大,但与通道的几何尺寸相比还是十分微小,主要用于增加壁面附近的流体湍流度、减少粘性底层厚度,对湍流对流换热的强化十分有效。
(3)扩展表面:扩展表面的翅片几何尺寸比粗糙元要大得多,目的是增大换热面积。
它广泛用于各种对流换热场合,尤其当介质是气体时,由于换热系数较小,通过增加换热面积来提高换热能力最为有效。
(4)扰流元件:扰流元件一般是设置在通道中的与介质流动方向垂直的柱体它不仅能对介质的流动起到扰动作用而且还能增加传热面积。
(5)旋流发生器:旋流发生器是在流动通道中放置的扭曲带、螺旋叶片等。
目的是使层流流动中产生强烈的涡动,从而强化换热。
但是,它对湍流状态下的传热增强比层流时要低得多。
(6)螺旋管:对流动通道本身进行弯曲或扭曲,使流体产生与主流方向垂直的二次流动从而强化换热。
这种强化技术也是主要应用于层流换热。
(7)表面张力器件:换热表面的某些特殊结构,如多孔结构,利用表面
张力能够强化有相变的换热。
属于主动强化技术的有如下6种:(1)机械搅动(2)表面振动(3)流体振动(4)电磁场(5)喷注或抽吸(6)射流冲击
强化换热技术的应用要综合考虑许多因素。
通常流体的流态即层流或湍流对于选择换热强化的方法占有举足轻重的地位在层流对流换热情况下流体的速度分布和温度分布不像湍流那样平坦,流体与壁面间的温度降产生在整个流动截面,因此对层流换热所采取的强化措施传统上是使流体发生强烈的径向混合,使核心区流体的速度场、温度场趋于均匀,壁面及壁面附近区域的温度梯度增大,进而强化层流换热。
但对于湍流,由于流体核心的速度场和温度场都已经比较均匀,对流换热热阻主要存在于贴壁的流体粘性底层中,因此对湍流换热所采取的主要强化措施是破坏边界层,即增加对边界层的扰动以减薄层流底层的厚度,使传热温差发生在更加贴近壁面的流体层中增强换热能力。
另外,传热介质的种类对选择换热强化方法也具有十分重要的作用。
每种强化传热技术都有与之相对应的强化传热机理。
但由于影响因素纷繁复杂,涉及的应用范围十分广泛技术和评价准则多种多样。
传热强化的技术研究通常是针对某种具体强化方式作各种参数下的性能实验和计算分析,并归纳出适用于一定范围的经验公式以供工程设计使用。
在对流换热强化中,研究人员通常是针对某种具体的强化技术并在可实现的范围内变动其中的参数以便最大可能地覆盖具有不同特征的流态。
然后,依靠数值计算或实验来获得强化性能,以期认识它们各自的适用场合。
是用于高粘度还是低粘度流体,层流还是湍流等。
顾维藻等, Bergles和Webb较为详细和系统地探讨了各种强化技术的机制、特点、性能和适用场合。
3对流换热的场协同理论
上述这些强化技术虽然已取得了相当广泛的应用,但是它们普遍存在一个相同的问题 , 即传热强化的同时,流动阻力(或功耗)的增加更多,这就大大限制了它们工程应用的价值和范围。
传统强化技术发展的另一不足之处是,它们基本上是现有技术的改进,缺乏一些基于新概念的创新性的传热强化技术。
过增远院士从流场和温度场相互配合的角度重新审视对流换热物理机制,在此基础上提出了换热强化的场协同原则。
它不仅能统一地认识现有各种对流换热和传热强化现象的物理本质,更重要的是,它能指导发展新的传热强化技术,不仅在思路上与现有强化技术有很大不同,而且在传热强化的同时,阻力(或功耗)低得多,更有利于节能和工程应用。
对流换热强度,取决流动当量热源强度,即量纲—积分的数值,所以定义
Pr Re Nu
y d T Fc =∇⋅=⎰u
为对流换热的场协同数,它代表了流场与热流场的场协同程度 。
速度场与温度梯度流的协同的体现有三个方面:
( 1 ) 速度矢量与温度梯度矢量的夹角余弦值尽可能大,即两矢量的夹角β尽可能小 (β< 9 0°)或β尽可能大 (β> 9 0°)。
( 2 ) 流体速度剖面和温度剖面尽可能均匀(在最大流速和温差一定条件下)。
( 3 ) 尽可能使三个标量场中的大值与大值搭配,也就是说要使三个标量场的大值尽可能同时出现在整个场中某些域上。
4结论
(1)简单介绍了强化换热技术发展的历史、背景及必要性。
(2)简单介绍了传统的强化换热的原理分类和应用。
(3)简单介绍了对流换热中的场协同原则是指:对流换热的性能不仅取决于流体的速和 物性以及流体与固壁的温差,而且还取决于流体速度场与流体热流场间协同的程度。
在相 同的速度和温度边界条件下,它们的协同程度愈好,则换热强度就愈高。