管壳式换热器强化传热技术概述

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。

翅片管换热器传热特性的数值模拟研究文献综述姓名：姜晴班级：热动1班学号：20120390115 引言能源是人类社会生存和发展的重要保障。

近年来;我国工业化和城镇化步伐加快,能源需求量进一步增加。

据有关专家预测,若以2000年我国能源消费数据为基点,到2010和2020年,我国能源消费总量增长幅度将分别达到38%和89%,2010年能源消费总量将增长到22.4亿吨标准煤,而2020年则为25.5亿吨一30亿吨标准煤[1]。

由此可见,在未来几十年里,随着我国经济的飞速发展和人口的不断增长,能源供给相对不足的矛盾将日益突出,能源供给问题将成为制约我国经济社会发展的重要因素。

为确保我国经济平稳、协调和可持续发展,寻找新能源或可再生资源,以及合理地利用现有资源将是关键所在。

对于合理利用现有资源,我国政府提出在“十一五”期间,各级政府和企业要把“节能减排”工作放在重要地位。

我国目前的能源利用效率仅为36%左右,远低于发达国家50%的能源利用率水平[2]。

而我国能源利用率低下的一个重要因素,是大量工业余热没有得到充分利用。

有统计数据表明,我国钢铁、有色、化工、建材、石化、轻纺、机械等几大能耗大户,余热利用率仅为4%一5%,工业炉窑热效率低于70%[3]。

不同温度水平的余热其利用价值也不同,一般可将余热资源分为高温余热、中温余热和低温余热。

由于不同物质形态的余热,可利用程度不同,所以温度划分也有差别。

对于固态余热,500℃以下的为中、低温;气态余热200℃以下的算中、低温;对于液体余热80℃以下可视为中、低温[4]。

从现代热物理学的观点来看,同样多的热量,在不同的温度下可供利用的价值不同。

余热源的温度越低,能量的品位就愈低。

而据统计,在工业生产中,人们所利用的热能中平均有50%最终以低品位余热的形式直接排放[5]。

这部分未经利用的余热直接排放到环境中,不但造成了巨大的能源浪费,也给环境带来了严重的热污染。

据初步测算,能源利用效率每提高1个百分点,即可节省能源费用130多亿元[6]。

强化传热技术一、概述近年来，随着中国经济的快速发展，石油、化工等行业得到了长足的发展，各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，并且随着能源危机的进一步加大，对换热器的性能要求进一步提高，换热器向着尺寸小、重量轻、换热能力大、换热效率高的方向发展，因此强化传热技术成为一个蓬勃发展的研究领域。

强化传热技术分为无源强化技术（或被动式强化技术、无功强化技术）和有源强化技术（或主动式强化技术、有功强化技术）。

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。

本文主要介绍了管壳式换热器的无源强化传热技术。

只要存在着温度差，热量就会自发地有高温转向低温，因此热传递是自然界中的基本物理过程之一。

因很多冶金的化学反应都需要控制在一定温度下进行，为了维持所要求的温度，物料在进入反应器之前往往需要预热或冷却；在冶金进程中，由于反应本身需吸收或放出热量，又要及时补充或移走热量。

如闪速炼钢过程，为了强化熔炼反应，需将富氧气预热至500℃以上；又如硫化锌精矿的流态化焙烧过程，由于反应放出大量的热，炉子外面需设置冷却水套，及时移走多余的热量。

此外，还有一些过程虽然没有化学反应发生，但仍需维持在一定的温度下进行，如干燥和结晶，蒸发与热流体的输送等，都直接或间接与传热油关。

热传递过程可以分为导热、对流换热和辐射换热等三种基本方式，它们各自有不同的传热规律，实际中遇到的传热问题都常常是几种传热方式同时起作用。

二从传热学得出换热器的传热量可用下式进行计算，即TQ∆=，式中：kkF为传热系数，W/（m2*K）；F为传热面积，m2；为冷热液体的平均温差T∆，K。

从式中可以看出，欲增加传热量Q，可以增加k、F或T∆来实现。

下面对此加以讨论。

1：增加冷热液体的平均温差T∆在换热器中冷热液体的流动方式有四种，即顺流、逆流、交叉流和混合流。

在冷热流体进出温度相同时，逆流的平均温差T∆最小，因此∆最大，顺流时T为增加传热量应尽可能采用逆流或接近于逆流的布置。

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。

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。