传热强化比怎么算

Question

如题所述

Answer 1

强化传热三个方法

强化传热三个方法

金刚光 >《待分类》
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根据传热学原理，换热器的传热量Q可用式Q=KA△t的传热方程式计算。由式Q=KA△t可以看出，增加单位时问传热量Q的途径可以有三条：提高传热系数K，增大换热面积A，加大对数平均温差△t。
增大传热面积
增大传热面积是一种常用的增加传热量的有效方法。采用各种形状的肋片扩展表面管、螺纹管等是增大传热面积的最有效方法。需要注意的是，为了达到强化传热的效果，肋片要加在换热系数小的一侧，否则会达不到强化传热的效果。为了有效增大传热面积，在工程实际中可采用管径较小的管子，也可采用板式和板翅式换热器等紧凑式换热器。该类换热器单位体积内可以布置的换热面积比管壳式换热器要多得多，因此，在同样的体积下可以显著增加其传热量。该类换热器在制冷、石油化工、航空工业等部门中已得到较为广泛的应用。
增大传热温差
在换热器中，通过冷热流体流动方式的不同布置，可以实现顺流、逆流、混合流和交叉流四种流动方式。在相同的冷热流体进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，交叉流则处于二者之间。因此，为了增加传热量，换热器应尽可能采用逆流或近似逆流的布置方式。但逆流也有缺点，即热流体和冷流体的最高温度都集中在换热器的同一端。
在换热器中，冷、热流体一般作逆向流动，其传热平均温度差最大。但对已作逆向流动的换热器，则不能再用改变流向的方法来增大平均温度差。另外，在化工生产中，冷、热流体的种类及温度往往由生产要求而定，不能随意变动，用增大平均温度差来强化传热是有限的，而且平均传热温差愈大，有效能损失就愈大，所以从节能观点考虑是不可取的。但传热温差小，单位面积的传热量就小，对一定的热负荷所需传热面积就大，同时也会增加摩擦损耗功。因此，传热平均温差的选择应恰当，要根据具体情况确定。
在实际应用中，通过增大传热温差的方式增加换热器的传热量，需要综合考虑具体的生产工艺和换热器材料性能的要求。因为流体的进出口温度受生产工艺条件的限制，一般不能随意改变。对于高温换热器而言，为了保证材料所承受的温度不超过其允许温度，只能采用传热温差较低的顺流或顺逆流组合的布置方式。
因此，通过增大换热面积和加大对数平均温差来增加传热量都不是理想的途径。因为，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和初投资费用的大幅度增加，而加大对数平均温差又要受到工艺过程条件和流体性质等的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。
提高传热系数
由于增大换热器的面积和提高传热温差会受到设备投资、体积和工艺过程条件等的限制，因此，提高换热器的传热系数K成为强化传热的最重要途径，尤其在换热面积和传热温差给定时，提高换热器的传热系数是增加换热量的唯一途径。
为了提高对流换热系数，应该根据对流换热的特点，采用不同的强化传热方法。提高对流换热系数的主要途径有：提高流体速度场和温度场的均匀性；改变速度矢量和热流矢量的夹角，使二者的方向尽量一致。
要提高K值，就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占比例不同，故应设法减少对K值影响较大的热阻。一般来说，在金属材料换热器中，金属材料壁面较薄且导热系数高，不会成为主要热阻：污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要矛盾，但随着使用时间的加长，污垢逐渐增加，便可成为阻碍传热的主要因素；对流传热热阻通常是传热过程的主要矛盾，也是强化传热研究的主要内容。
强化传热措施应当选择换热器两侧流体中热阻较大、对换热器总传热系数起控制作用的一侧来实施。如果两侧热阻差不多，则需要在两侧同时采取强化传热措施。对于高温设备和电子器件冷却(例如，各类发动机、核反应推、火箭发动机以及电力、电子设备的冷却)，采用强化换热技术的直接目的是为了降低设备高温部件的温度，但这往往与提高设备功率和热效率或延长设备部件(如涡轮叶片)的应用寿命相联系。
根据传热学原理，换热器的传热量Q可用式Q=KA△t的传热方程式计算。由式Q=KA△t可以看出，增加单位时问传热量Q的途径可以有三条：提高传热系数K，增大换热面积A，加大对数平均温差△t。

增大传热面积

增大传热面积是一种常用的增加传热量的有效方法。采用各种形状的肋片扩展表面管、螺纹管等是增大传热面积的最有效方法。需要注意的是，为了达到强化传热的效果，肋片要加在换热系数小的一侧，否则会达不到强化传热的效果。为了有效增大传热面积，在工程实际中可采用管径较小的管子，也可采用板式和板翅式换热器等紧凑式换热器。该类换热器单位体积内可以布置的换热面积比管壳式换热器要多得多，因此，在同样的体积下可以显著增加其传热量。该类换热器在制冷、石油化工、航空工业等部门中已得到较为广泛的应用。

增大传热温差

在换热器中，通过冷热流体流动方式的不同布置，可以实现顺流、逆流、混合流和交叉流四种流动方式。在相同的冷热流体进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，交叉流则处于二者之间。因此，为了增加传热量，换热器应尽可能采用逆流或近似逆流的布置方式。但逆流也有缺点，即热流体和冷流体的最高温度都集中在换热器的同一端。

在换热器中，冷、热流体一般作逆向流动，其传热平均温度差最大。但对已作逆向流动的换热器，则不能再用改变流向的方法来增大平均温度差。另外，在化工生产中，冷、热流体的种类及温度往往由生产要求而定，不能随意变动，用增大平均温度差来强化传热是有限的，而且平均传热温差愈大，有效能损失就愈大，所以从节能观点考虑是不可取的。但传热温差小，单位面积的传热量就小，对一定的热负荷所需传热面积就大，同时也会增加摩擦损耗功。因此，传热平均温差的选择应恰当，要根据具体情况确定。

在实际应用中，通过增大传热温差的方式增加换热器的传热量，需要综合考虑具体的生产工艺和换热器材料性能的要求。因为流体的进出口温度受生产工艺条件的限制，一般不能随意改变。对于高温换热器而言，为了保证材料所承受的温度不超过其允许温度，只能采用传热温差较低的顺流或顺逆流组合的布置方式。

因此，通过增大换热面积和加大对数平均温差来增加传热量都不是理想的途径。因为，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和初投资费用的大幅度增加，而加大对数平均温差又要受到工艺过程条件和流体性质等的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。

提高传热系数

由于增大换热器的面积和提高传热温差会受到设备投资、体积和工艺过程条件等的限制，因此，提高换热器的传热系数K成为强化传热的最重要途径，尤其在换热面积和传热温差给定时，提高换热器的传热系数是增加换热量的唯一途径。

为了提高对流换热系数，应该根据对流换热的特点，采用不同的强化传热方法。提高对流换热系数的主要途径有：提高流体速度场和温度场的均匀性；改变速度矢量和热流矢量的夹角，使二者的方向尽量一致。

要提高K值，就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占比例不同，故应设法减少对K值影响较大的热阻。一般来说，在金属材料换热器中，金属材料壁面较薄且导热系数高，不会成为主要热阻：污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要矛盾，但随着使用时间的加长，污垢逐渐增加，便可成为阻碍传热的主要因素；对流传热热阻通常是传热过程的主要矛盾，也是强化传热研究的主要内容。

强化传热措施应当选择换热器两侧流体中热阻较大、对换热器总传热系数起控制作用的一侧来实施。如果两侧热阻差不多，则需要在两侧同时采取强化传热措施。对于高温设备和电子器件冷却(例如，各类发动机、核反应推、火箭发动机以及电力、电子设备的冷却)，采用强化换热技术的直接目的是为了降低设备高温部件的温度，但这往往与提高设备功率和热效率或延长设备部件(如涡轮叶片)的应用寿命相联系。

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进步换热设备的传热量或者在知足原有传热量前提下，使它的体积缩小。板式换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积；加大传热温差；进步传热系数。

1、扩展传热面积扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简朴的一种方法。在扩展换热器传热面积的过程中，假如简朴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显著，这种方法现在已经淘汰。现在使用最多的是通过公道地进步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显著进步，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。

2、加大螺旋板换热器 传热温差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，进步辐射采暖板管内蒸汽的压力，进步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。但是如国，我们在进步辐射采暖板的蒸汽温渡过程中，不能超过辐射采暖答应的辐射强度，辐射采暖板蒸汽温度的增加实际上是一种受限制的增加，依赖增加换热器传热温差只能有限度的进步换热器换热效果；同时，我们应该熟悉到，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公道使用。

3、增强传热系数增强换热器传热效果最积极的措施就是想法进步设备的传热系数。换热器传热系数的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定，换热器传热过程中的总热阻越大，换热器传热系数值也就越低；换热器传热系数值越低，换热器传热效果也就越差。换热器在使用过程中，其总热阻是各项分热阻的叠加，所以要改变传热系数就必需分析传热过程的每一项分热阻。如何控制换热器传热过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的枢纽。

上述三方面增强传热效果的方法在换热器都或多或少的获得了使用，但是因为扩展传热面积及加大传热温差经常受到场地、设备、资金、效果的限制，不可能无穷制的增强，所以，当前换热器强化传热的研究主要方向就是：如何通过控制换热器传热系数值来进步换热器强化传热的效果。我们现在使用最多的进步换热器传热系数值的技术就是：在板式换热器换热管中加扰流子添加物，通过扰流子添加物的作用，使换热器传热过程的分热阻大大的降低，并且终极来达到进步换热器传热系数值的目的。