換熱器的強化傳熱方法有哪些？換熱器的新技術新材料有什么？

更新時間：2023-07-18 點擊次數：2020

換熱器傳熱強化方法

1、螺旋凹槽、波紋、肋片管式換熱器：

（1）螺旋槽管

螺旋槽紋管是表面具有螺旋形凹槽的一種強化傳熱管，傳熱管內外表面的凸起或槽紋，干擾了管內流體的流動，破壞了層流邊界層，流動狀態達到充分的湍流，產生的漩渦又不斷地擾動邊界層的流體，促進了傳熱管同流體間的熱交換；湍流度的增加也有助于避免污垢在傳熱管壁面的沉積，提高傳熱系數，增強了管內外流體的換熱。螺旋升角對換熱的影響很大，大螺旋升角更有利于換熱。研究表明，螺旋槽管換熱器比光管的傳熱系數提高了2—4倍，在阻力損失和換熱面積相同時，換熱量可增加30％一40％。

旋流管是螺旋槽紋管的衍生品，也叫異型螺旋槽管。其槽紋是半流線的勺形或w形，流體在其內流動呈波狀特性，它的傳熱機理與螺旋槽管大體相同。這種傳熱管的傳熱面積和傳熱系數大大增加，傳熱系數比光管提高3．5倍，并且在相同傳熱量下旋流管的換熱系數比螺旋槽管高3％一8％，而壓力損失低5％一10％。

（2）波紋管

波紋管是表面有波紋狀突起的強化傳熱管，由于波紋管的壁很薄，傳熱管可以自由伸縮。流體在管內流動時，截面不斷的變化，擾動流體，破壞層流邊界層，以強化傳熱。波紋管的傳熱效率通常是光管的2—4倍，同時還具有除垢能力強，溫差應力小，結構緊湊輕巧等特點。波紋管的壁薄，有波紋突起，可以有效地消除縱向應力，但是波紋管的強度問題沒有很好的解決，應用范圍受到限制。

（3）橫紋管

橫紋管由光管的外表面被滾壓成一圈圈有序的環形凹槽而成，與管子軸線成90°角。影響橫紋槽管綜合傳熱性能的主要結構參數為肋節距和肋形，而肋高影響較小，并且傳熱綜合因子隨流動Re數增大而迅速降低。

橫紋抗垢能力要優于光管，漸近污垢熱阻值約為光管的0．83，污垢狀態下橫紋管的強化比約為1．4。說明橫紋管其性能比光管要好，也比螺紋管好，在同樣傳熱效果下，阻力增加比螺旋槽管少。

（4）螺旋橢圓扁管

螺旋橢圓扁管是把圓形光管壓成橢圓形，然后扭曲而成，流體在管內處于螺旋流動狀態，因而破壞了管壁附近的層流邊界層，提高了傳熱效率。這種管束結構的特點是：兩個并行排列的相鄰管子的橢圓長軸相互接觸，互相支撐，應用這種管的換熱器取消了附加的管束支撐物，節約了材料和成本。

研究表明，螺旋橢圓扁管換熱器具有較好的強化傳熱性能，管徑大小和螺旋導程對傳熱和阻力性能均有影響。從綜合性能來看，大管徑優于小管徑；對于相同規格的管子，導程增大，傳熱性能降低．流動阻力減小。這種結構的換熱器與光管換熱器相比，熱流密度高50％，容積小30％。

2、翅片管式換熱器：

通過增加翅片數量、間距和形狀等，增加了換熱器的表面積，從而提高了傳熱效率。

3、納米流體換熱器：

通過在傳熱介質中加入納米顆粒，可以增加介質的熱導率和傳熱面積，從而提高傳熱效率。

4、換熱器表面涂層：

在換熱器表面涂上具有高熱傳導率和高吸熱能力的材料，可以增加換熱器的傳熱效率。

5、超聲波換熱器：

通過在傳熱介質中加入超聲波，可以增加介質的振動程度，從而增強傳熱效果。

6、電場強化傳熱：

通過在傳熱介質中加入電場，可以增加介質的運動程度，從而增強傳熱效果。

換熱器新技術

1、不結垢換熱器

不結垢換熱器的開發，國外始于20世紀70年代初，用于海水脫鹽，后來應用到化工、食品、海水淡化和造紙等領域，尤其應用在一些會發生嚴重結垢的場合，或含有大量不溶解顆粒的液體處理系統中。而國內從20世紀90年代初對不結垢換熱器進行基礎性試驗研究。近年來，長嶺煉油化工總廠研制成功了一種稱之為管內彈簧自動清洗高效自潔換熱器，其技術核心是螺旋形彈簧和固定元件組成的一個簡單的機械系統，將此系統安裝在換熱器管內，在流體動能作用下，該系統產生連續的振動，促進湍流程度，破壞了污垢生成條件，從而達到防垢和強化傳熱的目的。使用該換熱器總傳熱系數可提高30％～50％，除垢率達到50％～70％。

2、微通道換熱器

換熱器T質通過的水力學直徑從管片式的廬10～50mm，板式的聲3～10mm，不斷發展到小通道的Φ0．6～2mm，微通道的Φ10～600μm，這是現代微電子機械快速發展對傳熱的現實需求，也是微通道具有的優良傳熱特性使然。微通道技術同時觸發了傳統工業制冷、汽車空調、家用空調等領域提高效率、降低排放的技術革新。

在家用空調方面，當流道尺寸小于3 mm時，氣液兩相流動與相變傳熱規律將不同于常規較大尺寸，通道越小，這種尺寸效應越明顯。當管內徑小到Φ0．5～1mm時，對流換熱系數可增大50％～100％。將這種強化傳熱技術用于空調換熱器，適當改變換熱器結構、工藝及空氣側的強化傳熱措施，預計可有效增強空調換熱器的傳熱、提高其節能水平。

與高效的常規換熱器相比，空調器的微通道換熱效率可望提高20％～30％L3J。在這方面，全球幾大散熱器生產廠家如Delphi，Aluventa和Danfoss經開始將微通道散熱器推廣應用于家用空調如多聯機、戶式中央空調，這將使產品擁有巨大的競爭力。我國陽江寶馬利、江蘇康泰也在緊跟全球換熱器發展步伐，已開發出多種微通道家用空調散熱器。

3、塑料換熱器

塑料換熱器是以小直徑塑料軟管作為傳熱組件的換熱器。常用的塑料有聚四氟乙烯（F4）、聚全氟代乙丙烯（F46）、可熔性聚四氟乙烯（PFA）、聚丙烯或聚乙烯。塑料換熱器主要用于工作壓力為0.2~0.4MPa﹑工作溫度在-200～200℃之間的各種強腐蝕性介質的換熱﹐如硫酸﹑腐蝕性的氯化物溶液﹑醋酸和苛性介質的冷卻或加熱。

塑料換熱器的結構有管殼式換熱器和沉浸式換熱器兩種型式。它們的主要部分都是由許多小直徑薄壁的塑料傳熱軟管組成的管束。常用的管子規格有多種﹐外徑×壁厚分別為3～12mm×0.3～1.0mm。管束包含有60～5000根管子﹐兩端各用聚四氟乙烯卷帶互相隔開。管束插在一環中﹐焊成整體蜂窩狀管板。塑料換熱器的其它部件與常見的﹑用金屬管作為傳熱組件的管殼式換熱器和沉浸式換熱器略同。

塑料的化學性能極穩定﹐抗蝕性能尤好。塑料管壁表面光滑﹐并且有適度的撓性﹐使用時微有振動﹐故不易結垢。塑料換熱器體積小﹐結構緊湊﹐設備單位體積內傳熱面積為金屬管的管殼式換熱器的4倍多。撓性的塑料管能在流體的沖擊和振動中安全工作﹐管束可按需要制成各種特殊形狀。塑料的導熱系數低﹐力學性能較金屬差﹐不耐高溫。采用小直徑﹑薄管壁﹐雖對導熱系數和力學性能有所補償﹐但仍只能用于較低壓力和較低溫度的場合。

塑料換熱器的生產制作已越來越成熟，且廣泛應用于化工、醫藥、酸洗等腐蝕性行業。

4、低溫換熱器

低溫換熱器的一些特點：

（1）要求換熱效率高，溫差小;

（2）流動阻力；

（3）尺寸與重量

例如：在工質為氮的單級焦耳-湯姆遜液化循環中，當高壓壓力為1.96x107Pa，低壓壓力為9.8x104Pa，換熱器的效率低于85.5%時，液化率就等于零。低溫換熱器中換熱冷損需要冷量來補償，隨著低溫設備工作溫度的進一步降低，為獲得此溫度水平冷量花的代價越大，即冷量的價值越大，所以低溫換熱器的工作溫度越低，對它的要求越高。低溫換熱器的傳熱多在小溫差下進行，傳熱溫差越小，換熱不可逆損失也越小。

例如，在氦液化設備中，某些低溫換熱器當其熱端溫差超過0.5K時，液化設備就無法正常運行。

由于小的傳熱溫差，要傳遞一定的熱量，勢必要增加傳熱面積，或采用更高的流速，加上低溫換熱器對流動阻力、尺寸與重量的要求，使得低溫換熱器的設計處于錯綜復雜，相互矛盾的要求之中。

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換熱器新技術

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