(完整版)强化传热技术及应用

管壳式换热器强化传热技术概述马越中国矿业大学化工学院,江苏徐州，221116摘要:总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展，从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比，概括了各式换热器的强化传热特点。

最后指出了换热器的研究方向。

关键词:管壳式换热器；强化传热;研究方向Overview of the Shell and Tube Heat Exchangers about Heat TransferEnhancement TechnologyMA YueCUMT,Xuzhou，jiangsu，221116Abstract:Abstract : The research progress of shell and tube heat exchanger were summarized. The development structural improvement and heat transfer enhancement of the heat exchangers were introduced through three aspects e. g. tube pass shell pass and the whole tub bundle etc. Compared with the traditional segmental bame heat exchanger various types of heat exchangers'characteristics about heat transfer enhancement were epitomized。

At last，the studying directions of heat exchangers were pointed out.Key words：shell and tube heat exchanger;heat transfer enhancement；studying direction1引言《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出,到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0。

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。

强化传热技术在石化工程中的应用1. 引言石化工程是指利用化学方法和工程技术，将天然气、石油等可燃或可转化为可燃物质的矿石、矿物和杂质等资源，进行一系列的生产和加工过程，最终生产出各种石油化工产品的工程领域。

在石化工程中，传热技术起着非常重要的作用，它直接影响到生产过程中能量利用的有效性和产品质量的高低。

本文将重点探讨在石化工程中应用的强化传热技术。

2. 传热原理传热是指热量从一个物体传向另一个物体的过程。

在石化工程中，传热主要通过传导、对流和辐射这三种方式进行。

2.1 传导传导是指热量在物质内部的传递，其传热速率与物体的导热性能有关。

石化工程中，常见的传导热交换设备有换热器和蒸馏塔等。

2.2 对流对流是指热量通过流体的传递。

石化工程中，常用的对流传热设备有冷却塔和水冷式换热器等。

2.3 辐射辐射是指热量通过电磁波辐射的方式传递。

石化工程中，常用的辐射传热设备有辐射加热炉和辐射换热器等。

3. 强化传热技术种类强化传热技术是指通过某种方式增强传热效果的技术手段。

在石化工程中，常用的强化传热技术有以下几种：3.1 增加传热面积增加传热面积可以增加传热介质与工艺物料之间的接触面积，从而提高传热效果。

常见的增加传热面积的设备有多管分离器和环管多效式蒸发器等。

3.2 提高传热介质的速度提高传热介质的速度可以增加传热系数，从而提高传热效果。

常见的提高传热介质速度的设备有气体分离塔和流化床等。

3.3 增加传热介质的湍流增加传热介质的湍流可以提高传热系数，从而提高传热效果。

常见的增加传热介质湍流的设备有湍流强化换热器和旋流器等。

3.4 使用传热增强剂传热增强剂可以通过改变传热介质的物理性质和结构特点，从而提高传热效果。

常见的传热增强剂包括纳米材料和微胶囊等。

4. 强化传热技术在石化工程中的应用案例强化传热技术在石化工程中得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。

以下是几个应用案例：4.1 环管多效式蒸发器环管多效式蒸发器是一种利用多效原理进行蒸发的设备，其通过增加蒸发器的效果，提高了传热效果和能源利用率。

第2章螺旋槽纹管研究与应用螺旋槽纹管．亦称螺旋槽管，是一种优良的高效异形强化传热管件，对流体的换热过程有着显著的强化作用，其结构简图见图2-1．管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中显著地提高管内外的给热系数，起到双边强化的作用．用滚轧冷加工的方法，可在光管壁上加工出各种不同的螺旋槽．与其他异形管相比，具有制造工艺较简单，加工方便等优点．螺旋槽纹管为美国拔柏葛公司于1956年首次试验成功【1】，这种管子是在研究电站锅炉管子烧坏现象的基础上产生和发展起来的．研究者发现锅炉管于烧坏是在其内壁上已形成连续的汽膜而中心仍有汽水混合物流动的情况下产生的．这种低速汽膜导热性能很差，热阻极大，不能保证管子有足够的冷却．从而使壁温急剧升高，导致管子烧坏，采用螺旋槽纹管能够推迟传热恶化区的产生和降低管壁温度．这是因为螺旋槽纹管的管壁槽道能造成汽水混合物的强烈旋转和扰动，破坏汽膜的形成，增大其传热系数，同时能降低管壁的温度．螺旋槽纹管自问世以来，国内外很多学者对其传热与流动性能进行了许多深入的研究【2~5】，螺旋槽纹管用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液体的沸腾或管外蒸汽的冷凝．其强化机理为，流体在管内流动时受螺旋槽纹的引导使靠近壁面的部分流体顺槽旋流，有利于减薄边界层厚度；还有一部分流体顺壁面轴向流动，通过螺旋槽纹凸起处便产生轴向漩涡，引起边界层分层及边界层中流体的扰动，从而加快由壁面至流体主体的热量传递．螺旋槽纹管是将光滑管在车床上轧制而成．主要结构参数有槽深e、节距p和螺旋角β。

可分为单头和多头．螺旋槽纹管的应用以液—液型为主；其次是液—气(冷凝或蒸发沸腾)。

这种管不仅可强化传热且其抗污垢性能又高于光滑管，因而广泛用于动力、海水淡化、船舶、炼油、石油化工等换热没备上．2．1 蝇旋槽纹管强化传热研究2．1.1 螺旋槽纹管管内对流换热及阻力特性研究(1)国外的研究现状自1966年美国橡树岭国立实验室的Lawson发表了第一篇有关螺旋槽纹管的研究报告以来，引起了世界各国的高度重视和广泛研究．国外学者对螺旋槽纹管的实验研究见表2—1．此外，Srinivasan【15】等人分别对螺旋波纹管和螺旋肋片管的结垢问题进行了研究，结果表明，结垢状态下的螺旋型表面强化管传热性能仍优于同状态下的光管式传热管．针对螺旋槽纹管的结构参数对传热与流动特性的影响，Mof—fat【16】和Zimparov【17】分别对卧式冷凝器中的螺旋槽纹管进行了研究，Moffat对11种不同槽距和槽深的螺旋槽纹管进行了实验，总结出了管的几何尺寸对传热与摩擦的影响．同时．建立于总传热系数、冷凝侧的传热系数的相关准则方程．Zimparov测定了11种不同结构参数的传热性能和压降损失．得到了螺旋槽纹管内外侧的传热系数和总传热系数。

第四章 波纹管强化传热及术及应用传统管壳式换热器的换热管都是由直壁碳钢或不锈钢管所构成，使用一段时间后，管壁就会出现结垢，是传热系数降低，影响设备的传热效率和使用寿命。

20世纪90年代初波纹强化换热管问世后，在传热技术领域中出现了波纹管式换热器。

他是在继承传统管壳式换热器诸多优点的基础上，对传热元件作出改进，研制出的新型强化换热设备。

这种换热器采用波纹型强化换热管代替管壳式换热器中的直管，由于波纹管的波峰与波谷之间有一定的高度，管内流动呈等直径流束型和弧形流束型导致流速和压力周期性的变化，冷热流体流动时产生强烈扰动，使流体的流动状态达到充分湍流，从而破坏了边界和污垢层的实际厚度，故比直管的传热系数明显提高，成为一种新型，高效能的换热器。

近年来波纹管型换热器以其传热效果好，同时具有原传统的固定管板换热器结构简单，适用性强等优点在热点系统、化工、医药、食品等行业获得了广泛的应用。

[1、2]4.1 波纹管强化传热机理4.1.1 提高换热器传热系数的方法【3~7】对于管可是花惹起来说，强化传热主要是强化换热表面，波纹管是换热器是用波纹管取代原列管式换热器的光滑管来达到强化传热的目的。

为了解决传热系数低的问题，首先必须从理论上搞清传热系数低的原因，找出影响传热系数的主要矛盾。

根据传热学的基本公式Q=KF Δt m可知，增强传热的途径由3条：提高换热器的传热系数K ；加大换热器的换热面积F 和加大对数平均温差Δt m 。

加大换热器的换热面积和加大对数平均温差都不是最佳途径。

前者与换热器的结构关系较大，对一个换热系统来说，如一味地增加换热面积，势必会造成设备体积的庞大及成本的大幅度增加；而后者与流体进出换热器的工况有关，用热力学来分析，若只选择高对数平均温差，势必导致能耗的大幅度增加，因此这两条路径有时是得不偿失的。

传热系数K 是换热器的主要参数之一，长期以来，各国的科技共醉着一直致力于提高换热器传热系数的研究。

强化传热传质技术在化工工艺优化中的应用在现代化工生产的过程中，传热传质技术的重要性不言而喻。

传热传质过程是热力设备中的核心环节，直接影响到化工工艺的效率和产品质量。

因此，强化传热传质技术在化工工艺优化中具有重要的应用价值。

一、强化传热传质技术的概念和发展强化传热传质技术是指在传热传质过程中，通过各种改进措施，提高传热传质效果的技术。

它是热力设备设计、制造和运行的重要技术。

强化传热传质技术是从传统传热传质技术中衍生出来的一种新型技术，随着现代工业的高速发展，其发展也日趋成熟。

二、强化传热传质技术的应用1. 对换器强化传热传质技术的应用对换器是化工生产中最基础的传热设备之一，在化工工艺中应用广泛。

对于对换器强化传热传质技术的应用，主要体现在两个方面：（1）增加传热传质面积强化传热传质技术可以通过增加传热传质面积，提高对换器的传热传质效率。

比如，采用多组管束或片式换热器等新型设计，均可使换热面积得到增加，提高传热传质效率，从而减少工业生产中的耗能和成本。

（2）提高传热传质强度在对换器传热过程中，流体的速度对传热传质强度有着重要的影响。

通过增加流体的流速、采用波纹管和微孔板等结构，可以增加交换器内壳程或管程的传热传质强度，提高对换器的传热传质效率，从而实现节能降耗的目的。

2. 强化传热传质技术在反应器中的应用在化工反应器中，强化传热传质技术可以通过增加反应器的传热传质效果，提高反应器效率和产品品质。

其中，常用的强化技术包括：（1）增加混合效果通过增加反应器内的混合效果，可以将反应区的温度、质量分布均匀化，从而使反应速率和反应产物的质量达到最佳状态。

同时，也可以将混合后的热浆液送入外冷凝器中进行冷却，以恒定反应温度，提高反应速率和反应品质。

（2）增加传热传质面积通过使用波纹板、微管、多孔板等强化传热传质结构，可以增大反应器内的传热传质面积，从而提高反应效率和反应产物的质量。

三、强化传热传质技术对化工工艺优化的影响传热传质是化工工艺中不可或缺的环节，对工艺效率和产品品质有着直接的影响。

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。

管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。

在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。

为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。

本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。

管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。

它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。

在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。

管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。

强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。

这些因素共同影响着传热效率。

增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。

提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。

降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。

增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。

强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。

例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。

（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。

例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。

（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。

采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。

强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。