强化传热节能技术的研究

脉动热管强化传热技术研究进展

张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦

【期刊名称】《《科学技术与工程》》

【年(卷),期】2019(019)021

【总页数】7页(P1-7)

【关键词】脉动热管; 强化换热; 研究方法

【作 者】张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦

【作者单位】郑州大学化工与能源学院 热能系统节能技术与装备教育部工程研究中心 郑州450001; 郑州大学土木工程学院 郑州450001; 北京建筑大学北京市建筑能源综合高效综合利用工程技术研究中心 北京100044

【正文语种】中 文

【中图分类】TK124; TH137

换热器作为化工行业的核心设备，提高其换热效率有利于推动系统效能的提升。在强化换热技术发展过程中，毛细芯式的反重力换热器成为改良重力式和分离式换热器换热高度差这一缺陷的有效途径，但自身的复杂结构和环境适应性差等限制了其走向工业化。与此同时，脉动热管因其具有结构简单、结构尺寸紧凑、性能稳定、换热高效及普适性强等特性[1]，使其在新能源换热技术、电子设备、微电子热处理、航空航天的深低温技术及核能等领域具有独特的技术优势和广阔的市场前景和经济价值[2—5]。因此，进一步认识脉动热管的传热机理有助于提升其换热效率。近年来脉动热管的可视化实验已经对其性能影响因素分析取得了丰硕成果，但强化脉动热管传热机理的研究依然缺乏统一性认识。

本文致力于概括和整理近年来在结构和工质选型方面强化脉动热管传热的研究进展，同时汇总在提高机理认识方面新技术，最后提出目前热管领域存在的问题和技术难点，希望能为脉动热管的优化设计提供有益的借鉴。

1 脉动热管的技术简介

脉动热管技术最早由Akachi等提出[6—9]，其结构模型如图1所示，主要包括闭环和开环回路的毛细蛇形结构，分为蒸发段、绝热段和冷凝段。因其具有结构简单、热响应快、传热高效、性能稳定、价格低廉、无功耗和普适性好的优势和克服传统热管易受黏性、毛细力、飞散以及沸腾制约传热极限等不足的缺点的能力，目前己经在微电子散热、核电站开发、太阳能集热、制冷空调和航空航天等领域展现出良好的应用前景。

综述　石油化工设备技术，２Ｏ１Ｏ，３１（５）・５８・　Ｐｅｔｒｏ—Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

强化高效传热技术的推广应用　

高莉春　，高莉萍　（１．中交一公局第三Ｘ－程有限公司，北京１０１１０２；２．ｅｅ国石化＿Ｔ－程建设公司，北京１００１０１）　摘　要：顺应装置大型化的趋势，响应国家节能减排的号召，在传统装置上应用能够强化传热的新型传　热技术已迫在眉睫。文章主要阐述已经在炼油装置上应用的强化传热技术及其所解决的技术问题。　关键词：强化高效传热技术；推广应用；节能　石油是十分复杂的烃类及非烃类化合物的混　合物，组分沸点从常温到５００℃不等。石油炼制　过程中所涉及到的装置有：常减压蒸馏、催化裂　化、焦化汽柴油加氢精制、催化柴油加氢精制、润　滑油加氢精制、石蜡加氢精制、酮苯脱油脱蜡、加　氢裂化、制氢、催化重整、延迟焦化、气体分馏、脱　硫、硫磺回收、烷基化、芳烃分离、歧化异构化、二　甲苯异构化、二甲苯分离、溶剂脱沥青等。原料油　在这些装置中经过不断的加热、冷却、蒸发和冷　凝，最终成为各种需要的产品。传热存在于这些　过程工艺的每一个环节，以一套常减压蒸馏装置　为例，有换热设备近百台，换热设备的性能对产品　质量、装置的能耗起着重要的作用。而且其金属　消耗、动力消耗和一次性投资，在整个工程投资中　占有重要份额。　随着炼油、化工行业的发展以及对装置增效　节能要求的提高，各企业新上装置及改造装置的　规模逐渐增大。随着装置规模的增大以及新的过　程工艺、新技术的推广应用，迫切需要与之配套的　新型、高效设备。就传热设备来说，炼油装置采用　新技术的步子也越迈越大，在不断引进国际先进　产品的同时，也采用了很多国内研发的新技术。　１实用强化传热技术　作为工艺装置中的重要操作设备，换热器的　种类很多，按其结构形式分类可分为：管壳式换热　器、套管式换热器、螺旋板换热器、伞板换热器、板　式换热器、板翅式换热器、蛇管式换热器、夹套式　换热器、淋洒式换热器和空气冷却器等。目前对　强化传热技术的研究越来越深入，强化传热元件　种类很多，研究报告数量极大。　所谓强化传热，就是指提高换热器的传热速　率Ｑ。传热基本方程式为：　Ｑ—Ｋ×Ｓ×Ａｔ　从传热基本方程式中可以看出，增大传热系　数Ｋ、传热面积ｓ或平均温度差△￡　，均可提高传　热速率。因此学术研究、工业设计和生产实践中　大都从这三方面采取强化措施。　１．１管壳式换热器　由于结构简单，承压、承温能力强，操作弹性　大，且制造材料范围较广泛，在炼油装置中应用的　各种结构换热器中，适应性最大、应用最广泛的是　管壳式换热器。虽然随着研究的深入，许多紧凑　式结构得到迅速的发展，但在很多工况中，尤其高　温、高压工况，管壳式换热器是无可替代的。所以　针对强化管壳式换热器传热效率的研究工作一直　是传热研究的重点。　针对壳程的研究工作包括折流板和传热管两　方面的内容。为降低压降、减少振动，在普通单弓　形折流板的基础上，开发并成功应用于装置上的　有双弓形、三弓形、盘一环形、螺旋形折流板等以及　完全实现纵向流的折流杆。为强化传热，目前已　经成功应用于生产装置上的有螺纹管、横纹槽管、　螺旋槽管、纵槽管、Ｔ型翅片管、表面多孔管、锯齿　形翅片管。为了满足降低压降和提高传热系数的　要求，还可以进行组合折流板与强化传热管，如：　折流杆与螺纹管、螺旋折流板和螺纹管的组合强　收稿日期：２０１０－０５－２１。　作者简介：高莉春（１９７３一），女，北京人，１９９４年毕业于西安　公路学院工程机械专业，获学士学位，２００７年毕业北京航空　航天大学软件工程专业，获硕士学位，现在中交一公局第三　工程有限公司工作，高级工程师，已发表论文３篇。　Ｅｍａｉｌ：ｇｌｃｍ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ；ｇａｏｌｉｐｉｎｇ＠ｓｅｉ．ｃｏｒｎ

第１０卷第２期　２　０　１　０年４月　制冷与空调　ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＡＩＲ—ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ　７—１０　

国内外吸收式热泵强化传热传质研究综述＊　

孙健付林　张世钢　

（清华大学）　

摘要综述国内外对吸收式热泵强化传热传质研究的现状。目前主要的研究方向为新型强化管的开　发、新型表面活性剂及强化吸收机制的研究，主要研究目的是如何增大传热面积与加强界面马拉格尼对　流，以此提高传热传质系数。　关键词　吸收式热泵；强化传热；强化传热管；表面活性剂　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ａｎｄ　ｍａｓｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｎ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　

ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　

Ｓｕｎ　Ｊ　ｉａｎ　Ｆｕ　Ｌｉｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｉｇａｎｇ　

（Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｂｒｉｅｆ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｈｅａｔ　ａｎｄ　

ｍａｓｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｎ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ，ｗｈｏｓｅ　ｍａｉｎ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｅｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅ　

ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｂｏｕｔ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ｔｕｂｅ，ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ　ｉｎ　ｍｅｄｉｕｍ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　

ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ａｎｄ　ｍａｓｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｍｏｓｔ　ｏｆ　ｒｅ—　

ｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ａｒｅ　ｓｅｅｋｉｎｇ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　Ｍａ—　

ｒａｎｇｏｎｉ　ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ；ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ；ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　

煤矿现代化　２００６年第６期　患第７５期　热交换设备传热强化技术的新进屡　

兖矿集团公司机电部　华聚能源公司鲍店分公司　兖州煤业公司南屯煤矿　华聚能源公司　

能源是社会和经济发展的重要物质基础，也是提高人民　生活水平的先决条件。然而目前能源短缺和能耗水平低下已　经成为制约我国可持续发展的瓶颈。　高效节能过程装备的研究与开发是当今工程节能的重要　手段。热交换设备是煤炭、化工、炼油、动力、食品、轻工、原子　能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺　设备。初级能源消费中８０％要经历传热和热交换设备，传热过　程的效率显著影响各行业的能源使用效率。热交换设备的技　术性能影响到整个工艺装置的综合技术指标，发达国家都十　分重视对热交换设备传热技术的研究、开发和应用。　１传热强化研究进展　传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学。在２０　世纪６０年代以前，研究的重点是揭示基本传递现象的规律。　发生于２０世纪７０年代的能源危机对世界的经济发展和科学　研究是一次大冲击，迫使人们尽力减少石油与其他二次能源　的消耗。这在客观上极大地促进了强化传热（ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）技术的研究，其实质是探求在消耗　一定能量的条件下尽可能多地传递为某种过程所需的热量。　自２０世纪７０年代以来强化传热成为国内外传热学界研究的　热门课题。进入２０世纪９ｏ年代以后，强化传热的技术开始由　第２代向第３代发展，并且取得了突出的成绩，最近又提出了　第４代强化传热技术的概念。　１．１换热设备传热强化概述　在换热设备中的传热过程强化，具体的是通过提高传热　系数、增大传热面积和增大平均传热温差来实现，但这些都离　不开对传热强化的研究。　（１）增加平均传热温差。利用不同的换热面布置来改变　平均传热温差，或基于工艺的改进，尽可能地扩大流体的进出　口温度差。　（２）扩大传热面积。增大单位体积内的传热面积，从而使　得换热设备高效而紧凑。主要是通过采用合适的管间距或排　列方式来合理布置传热面，既可加大单位传热面积，又改善流　动特性；采用合适的换热结构，最大限度地消除传热不活跃　区，高效利用换热面。采用扩展表面传热面，同时也能提高传　热系数等。　（３）提高传热系数。增大对流传系数的方法主要有如下　几种：对无相变的流体，可采用提高流体流速并减小污垢热　阻，增大流体对传热表面的冲刷，采用粗糙表面（主要用于湍　流情况）或产生涡流或造成湍流（主要用于层流情况）来破坏　流体流动边界层，减薄层流底层的办法。对有相变的流体，对　于冷凝传热多从减薄传热面上的冷凝膜厚度考虑，对于沸腾　传热过程，采用有利的金属特性、表面形状、粗糙度及表面的　化学性质来增加汽化核心或提高操作压力来增强传热。提高　传热系数的方法大致可分为主动强化（有源强化）、被动强化　古锋　奏延忠　张惠民　候涛