强化传热的机理和控制方法

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。

换热器的强化传热所谓换热器传热强化或增强传热是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。

换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积（F）；加大传热温差；提高传热系数（K）。

1 换热器强化传热的方式1.1 扩展传热面积F扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。

在扩展换热器传热面积的过程中，如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增强传热量，不光需要增加设备投资，设备占地面积大、同时，对传热效果的增强作用也不明显，这种方法现在已经淘汰。

现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。

1.2 加大传热温差Δt加大换热器传热温差Δt是加强换热器换热效果常用的措施之一。

在换热器使用过程中，提高辐射采暖板管内蒸汽的压力，提高热水采暖的热水温度，冷凝器冷却水用温度较低的深井水代替自来水，空气冷却器中降低冷却水的温度等，都可以直接增加换热器传热温差Δt。

但是，增加换热器传热温差Δt是有一定限度的，我们不能把它作为增强换热器传热效果最主要的手段，使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。

例如，我们在提高辐射采暖板的蒸汽温度过程中，不能超过辐射采暖允许的辐射强度，辐射采暖板蒸汽温度的增加实际上是一种受限制的增加，依靠增加换热器传热温差Δt只能有限度的提高换热器换热效果；同时，我们应该认识到，传热温差的增大将使整个热力系统的不可逆性增加，降低了热力系统的可用性。

所以，不能一味追求传热温差的增加，而应兼顾整个热力系统的能量合理使用。

1.3 增强传热系数（K）增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数（K）。

传热综合实验一、实验目的：1、 掌握传热系数K 、传热膜系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2、 掌握用最小二乘法确定关联式me AR Nu =中常熟A 、指数m 的值；3、 通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施；4、 掌握孔板流量计的原理；5、 掌握测温热电偶的使用方法。

二、实验原理（一）无量纲准则数对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关Nu 、Re 、Pr 等数据组的关系。

雷诺准数μρdu =Re努赛尔特准数λαdNu =普兰特准数λμP C =Pr式中：d ——换热器内管内劲，m ；α——空气传热膜系数，W ·m -2·℃； ρ——空气密度,kg ·m -3；λ——空气的传热系数,W ·m -1·℃；p C ——空气定压比热，J ·kg -1·℃；μ——空气的动力粘度，Pa ·S 。

实验中用改变空气的流量来改变准数Re 之值。

根据定性温度计算对应的Pr 准数值。

同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值，进而算得Nu 准数值。

（二）对流传热准数关联式对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成：nm C Nu Pr Re =系数C 、指数m 和n 则需由实验加以确定。

通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温，根据所测的数据，经过差物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法（最小二乘法）确定关联式me AR Nu =中常数A 、m 的值。

（三）线性回归用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和vPr 分别回归。

为了便于掌握这类方程的关联方法，可去n=0.4。

这样就简化成单变量方程。

两边取对数，得到直线方程Re lg lg Prlg4.0m C Nu+= 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。

传热的强化途径简述换热器广泛运用在化工，制药，冶金，能源，石油，动力等工业领域在生产中占有重要的地位，在一般的化工工业建设中，换热器建设投资金额往往可以占到总工业建设投资的10%~20%，目前在化工领域我国的能源利用率与发达国家仍有较大的差距，这与目前我国发展的绿色化工方向有所不符，因此如何强化传热便成为化工生产实践中必须要骄傲考虑的大问题。

以下我将从换热器原理出发，分析影响换热器换热效率的较大因素，并通过查询文献对这些问题给出较为可行的意见，同时对未来可能发展做出展望。

一、影响换热的主要因素目前化工生产中的换热器多为间壁式换热器，通常而言，间壁式换热器冷、热流体的传热进程主要含有三个阶段，一，基于对流方式使热量向管壁进行传递；二，通过热传导方式，让热量从管壁一侧向另一侧完成传递；三，传递到另一侧位置的热量又通过对流方式向冷流体实现传递。

间壁换热器换热的三个步骤里，热传导存在于管壁内部其热阻相对较小，进而不会对传热造成较大影响。

总结可得，在换热器的传热过程中对与换热影响较大的为对流传热。

影响对流传热速率因素包括多个方面，一，流体本身性质，由于流体的粘度，导热系数，热容，密度等都不相同，故不同流体流经同样的换热器其导热速率也不尽相同。

二，流动形式，流体在换热管路中的流动大致可以被分为两种形式，层流与湍流，层流形态中起导热作用的中介主要为流体分子，而湍流中起导热作用的主要中介为流体质点与流体微团，由于质点与微团热运动剧烈程度要比流体分子高许多，因此湍流时流体的热阻要比层流时的热阻小得多。

三，流体种类与相变，若流体传热过程中发生相变化其传热机理将发生变化，这也将体现在流体的传热系数的差异上。

四，传热面位置、形状及大小，包括板，管，翅片以及环隙等在内的传热面的形状、管径与管长等都为影响传热速率因素。

传热面布置与方位等均会使对流传热系数备受直接影响。

五，流体流动成因，流体流动可被分为强制对流和自然对流，在化工生产中一般采用泵等做功设备使流在换热器内发生体强制对流，强制对流传热系数比自然对流要高得多。

强化传热传质的机理与优化方法传热、传质是物质运动中常见的现象，具有着广泛的应用价值。

强化传热传质的方法有很多种，例如采用传热传质增强剂、改变流动状态等。

本文将探讨强化传热传质的机理与优化方法，旨在帮助读者更好地了解该领域的相关知识。

一、强化传热传质的机理传热传质的机理主要涉及流场、传热传质机制、物理化学特性等，下面将分别展开讨论。

1. 流场流动状态是影响传热传质机理的关键因素之一。

在很多情况下，流体的流动状态是不稳定的，容易产生湍流。

由于湍流的结构较复杂，流体中的物理量（如温度、浓度等）变化也较大，从而加快了传热传质过程。

另一方面，湍流促进了物质混合，提高了传质速率。

因此，湍流通常是强化传热传质的重要手段。

2. 传热传质机制传热传质过程的机制是影响传热传质效率的另一要素。

常见的传热传质机制有对流传热、辐射传热和传导传热。

对流传热是物体表面和周围流体之间的热交换，是传热传质的主要形式。

对流传热主要依靠流动状态的变化，因此能够受到湍流等因素的影响。

辐射传热是指加热体和周围物体之间的能量传递，通常发生在高温下，能够远距离传递能量。

传导传热是物质内部分子间能量传递，是固体、液体和气体传热传质的重要方式，但由于传导传热速率较慢，不易被强化。

传质过程机制与传热过程机制有些类似。

分子扩散、对流扩散和化学反应是常见的物质传输机制。

分子扩散是指由浓度梯度引起的物质向低浓度区域的传输，常见于气体与液体中。

对流扩散是指流体运动和分子扩散共同引起的物质传输，可以充分利用流动状态的变化提高物质传输速率。

化学反应通常会消耗或产生能量，从而影响物体的热平衡，如化学反应热能在反应过程中“带”走物体中的热量导致其温度降低。

3. 物理化学特性物质的物理化学特性也会影响传热传质效率。

例如，某些物质在高温下会分解或发生化学反应，从而影响传热传质性能。

另一方面，传热传质过程中涉及到的流体粘度、热导率、扩散系数等物理化学特性也会直接影响其传热传质性能。

纳米流体传热强化机理描述引言纳米流体传热强化是当前研究领域中的热点课题之一。

随着纳米技术的发展与应用，人们对纳米流体传热强化机理的研究不断深入，取得了一系列重要的成果。

纳米流体传热强化机理的描述是理解并优化纳米流体传热过程的关键一步。

本文将分析和讨论纳米流体传热强化机理的几个主要方面，为相关研究提供参考。

纳米流体的特性纳米流体是由纳米颗粒均匀分散在基础流体中形成的复合流体。

与传统流体相比，纳米流体具有许多独特的特性。

首先，纳米颗粒具有较大的比表面积，可以提供更多的表面与流体接触，增强了传热性能。

其次，纳米颗粒的大小亚微米级别，具有与传统流体相比更小的热质量，使其具有更大的热扩散系数。

此外，纳米流体还表现出高稳定性、良好的可逆性和可控性等特点。

纳米颗粒的传热机制纳米颗粒与流体之间存在着多种传热机制，包括纳米颗粒的尺寸效应、纳米颗粒的热物理性质以及纳米颗粒与流体之间的相互作用等。

首先，纳米颗粒的尺寸效应对纳米流体的传热性能有显著影响。

由于纳米颗粒的尺寸小于传统流体中热扩散长度尺度，纳米颗粒的热扩散系数相对较大，有利于快速传导热量。

此外，纳米颗粒的较大比表面积增强了与流体之间的接触面积，进一步提高了传热性能。

其次，纳米颗粒的热物理性质也对纳米流体的传热机制起到重要作用。

纳米颗粒的热导率较高，使得其快速传热成为可能。

而纳米颗粒的比热容相对较小，使得纳米流体在传热过程中温度升高幅度较小。

最后，纳米颗粒与流体之间的相互作用对纳米流体的传热性能具有重要影响。

纳米颗粒可以与流体形成有效的热对转移机制，增加传热界面的热阻。

此外，纳米颗粒还可以作为传热增强剂，在流体中形成微观结构，进一步增强传热效果。

纳米流体的传热增强机制纳米流体传热强化主要体现在两个方面：纳米颗粒的机械增强作用和纳米颗粒的界面效应增强作用。

纳米颗粒的机械增强作用是指纳米颗粒与流体之间的相互作用增加了流体的混合程度，进而增强了传热性能。

当纳米颗粒的浓度较低时，纳米颗粒可以促进流体的对流性能，增加了传热与流体的交换程度。

气体水合物相变储能热质传递控制机理及强
化方法
气体水合物是一种由气体分子与水结合而成的物质，在低温高压下具有存储大量氧气、氢气等能源的潜力。

而气体水合物的相变储能则是将气体水合物在合适条件下转变为固态，将储存的能量以热能的形式释放出来。

对气体水合物相变储能的热质传递控制机理及强化方法的研究，对于太阳能、风能等不稳定能源的储存和利用有着重要的意义。

首先，需要研究气体水合物相变过程中的热质传递机理。

相变过程中热量的传递是一个非常重要的环节，只有通过合适的传热方式来控制温度变化，才可以完成相变储能过程。

因此，在研究控制机理时需要考虑液相和气相的热物性，以及气相与水合物的传热模式。

其次，基于控制机理的研究，需要进行相变储能的强化方法研究。

如何提高气体水合物相变的储能效率，是相变储能研究的重要课题。

在强化相变储能过程的方法研究中，我们可以考虑通过改变相变反应物质的组成、改变压力、温度等控制相变的过程，从而可以提高相变过程的储能效率。

最后，通过实验来验证相变储能的控制机理及强化方法。

在实验过程中可以选用常用的储能材料构造加热模型，用高精度测温仪和测压仪来测量温度和压力变化等数据，从而可以进行相变储能过程的仿真实验，并通过实验结果来验证相变储能过程控制机理及强化方法的可行性。

综上所述，气体水合物相变储能热质传递控制机理及强化方法的研究对于未来低碳领域的发展有着重要的意义。

在研究过程中，需要多方面探索、探究，并采用多种手段验证实验结果，从而为其实际应用提供更实际可行的技术支持。

强化传热管
1、类型: 螺纹管、翅片管、波纹管、波节管。

螺纹管主要是靠管外肋化扩大传热面积。

翅片管通常在换热管的表面加翅片，增大换热管的外表面积（或内表面积）;
波纹管、波节管
2、机理：1）增加传热面积；
2）增加流体在流动过程中的扰动；
3）利用表面张力的作用,对于管外冷凝
及沸腾，由于表面张力作用，也有较好
的强化作用（如蒸汽凝液快速收集）
4)尖端传热效应，流体形成局部循环。

3、波纹管换热器
1).传热效率高
波纹管换热器是依靠独特的传热元件—波节管来实现的。

波节管特殊的波峰与波谷设计，使流体流动时由于管内外截面连续不断地突变形成强烈湍流，即使在流速很小的情况下，流体在管内外均可形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统管式换热器高2—3 倍。

2).不污不堵不结垢，运行平稳。

波纹管在工作过程中，一方面管内外介质始终处于高度
湍流状态，使得介质中的固体微粒难以沉积结垢；另一方面受介质温差影响，波节管会产生微量的轴向伸缩变形，管内外的曲率会随之频繁变化，由于垢层和波节管的线膨胀系数相差很大，所以污垢和换热管之间会产生较大的拉脱力，即使有水垢沉着也会因此破裂而自动脱落，从而使换热器始终保持持久、高效的换热性能。

同时管路通道大，压降小、节能效果明显，也不存在堵塞问题。

3).具有自动补偿功能
波纹管的特殊结构形状，使其在受热情况下，可有效的降低热应力，无须加设膨胀节，从而简化了产品结构，提高了产品的可靠性。

扭转通道内二次流强化传热机理扭转通道内二次流强化传热机理摘要：在工况复杂、热力负荷较大的热工设备中，传热效率的提高是一个重要的技术难题。

通过研究扭转通道内二次流强化传热机理，可以有效地改善传热效果，提高热工设备的热能利用效率。

本文通过理论分析和数值模拟的方法，探究了扭转通道内二次流强化传热机理，并对其应用前景进行了展望。

关键词：扭转通道；二次流；传热效率；数值模拟一、引言热工设备中的传热过程是能量转化的关键部分，传热效率的提高直接关系到能源的利用效率和环境的保护。

近年来，随着热工设备工况的复杂化和热力负荷的增加，传统的换热器已经无法满足实际生产中对传热效果的要求。

因此，研究如何改善传热效果，提高热工设备的热能利用效率成为一个迫切的需求。

二、扭转通道内二次流特性传热器内部流动过程是传热机制的基础，而流动中的二次流现象往往会影响传热效果。

扭转通道作为一种新型的传热器结构，在流动特性上与传统的直通通道存在一定的差异。

由于扭转通道的存在，流体在通道内会产生一种螺旋状的流动形态，即二次流。

通过数值模拟和实际观测，我们可以发现扭转通道内二次流的一些特性。

首先，二次流的存在会使得传热器内的流体分布更加均匀，进而提高了传热效率。

其次，二次流会增大通道内的流动阻力。

虽然增大了阻力，但通过适当的参数设计和流体控制，可以有效地降低阻力损失，从而保证传热效果的提高。

三、扭转通道内二次流强化传热机理扭转通道内二次流强化传热机理主要表现在以下几个方面： 1. 涡旋结构增大了传热界面在扭转通道内，涡旋结构的存在使得流体与壁面的接触面积增大，从而增大了传热的接触界面。

这种涡旋结构不仅可以改善传热效果，还可以提高流体的混合程度，进一步增强传热效果。

2. 紊流效应增强了传热由于扭转通道内部的二次流动，流体的速度场出现了复杂的紊动状态。

这种紊流效应不仅可以使流体与壁面更充分地接触，还可以增加流体的传热面积，从而提高传热效果。

3. 湍流流动降低了热边界层厚度在扭转通道内，湍流流动引起了热边界层的扩散，使得热量更加均匀地传递到流体中。