這些換熱器強化傳熱技術你都選對了嗎？

換熱器被廣泛應用於商業、工業領域中。換熱器強化傳熱技術的應用能夠節能環保，降低運營成本。

今天，小編就帶大家扒一扒換熱器的強化傳熱技術。

一、換熱器的分類及工作原理

先來三張動圖看一下換熱器的工作原理。

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二、強化傳熱的手段概述

換熱器傳熱強化通常使用的手段包括三類：擴展傳熱積（F）；加大傳熱溫差；提高傳熱係數（K）。

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拓展傳熱面積F

擴展傳熱面積是增加傳熱效果使用最多、最簡單的一種方法。

現在使用最多的是通過合理地提高設備單位體積的傳熱面積來達到增強傳熱效果的目的。

如在換熱器上大量使用單位體積傳熱面積比較大的翅片管、波紋管、板翅傳熱面等材料，通過這些材料的使用，單台設備的單位體積的傳熱面積會明顯提高，充分達到換熱設備高效、緊湊的目的。

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加大傳熱溫度Δt

加大換熱器傳熱溫差Δt是加強換熱器換熱效果常用的措施之一。

在換熱器使用過程中，提高輻射採暖板管內蒸汽的壓力，提高熱水採暖的熱水溫度，冷凝器冷卻水用溫度較低的深井水代替自來水，空氣冷卻器中降低冷卻水的溫度等，都可以直接增加換熱器傳熱溫差Δt。

但是，增加換熱器傳熱溫差Δt是有一定限度的，我們不能把它作為增強換熱器傳熱效果最主要的手段。

依靠增加換熱器傳熱溫差Δt只能有限度的提高換熱器換熱效果；同時，傳熱溫差的增大將使整個熱力系統的不可逆性增加，降低了熱力系統的可用性。

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增強傳熱係數（K）

增強換熱器傳熱效果最積極的措施就是設法提高設備的傳熱係數（K）。

換熱器傳熱係數（K）的大小實際上是由傳熱過程總熱阻的大小來決定，換熱器傳熱過程中的總熱阻越大，換熱器傳熱係數（K）值也就越低；換熱器傳熱係數（K）值越低，換熱器傳熱效果也就越差。

換熱器在使用過程中，其總熱阻是各項分熱阻的疊加，所以要改變傳熱係數就必須分析傳熱過程的每一項分熱阻。

從上式中可知: 要提高傳熱係數, 必須設法提高α1 和α2及λ，降低δ和內外污垢熱阻R1 和R2。

三、強化傳熱技術

強化傳熱技術分為被動式強化技術和主動式強化技術。

前者是指除了介質輸送功率外不需要消耗額外動力的技術；後者是指需要加入額外動力以達到強化傳熱目的的技術。

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被動式強化熱熱技術

處理表面

包括對錶面粗糙度的小尺度改變和對錶面進行連續或不連續的塗層。

可通過燒結、機械加工和電化學腐蝕等方法將傳熱表面處理成多孔表面或鋸齒形表面，如開槽、模壓、碾壓、軋制、滾花、疏水塗層和多孔塗層等。

此種處理表面的粗糙度達不到影響單相流體傳熱的高度, 通常用於強化沸騰傳熱和冷凝傳熱。

粗糙表面

通常，可通過機械加工、碾軋和電化學腐蝕等方法製作粗糙表面。

粗糙表面主要是通過促進近壁區流體的湍流強度、阻隔邊界層連續發展減小層流底層的厚度來降低熱阻, 而不是靠增大傳熱面積來達到強化傳熱的目的， 主要用於強化單相流體的傳熱, 對沸騰和冷凝過程有一定的強化作用。

基於粗糙表面技術開發出的多種異形強化傳熱管在工業生產中的應用頗為廣泛， 包括有: 螺旋槽管、旋流管、縮放管、波紋管、針翅管、橫紋槽管、強化冷凝傳熱的鋸齒形翅片管和花瓣形翅片管、強化沸騰傳熱的高效沸騰傳熱管以及螺旋扭曲管。

擴展表面

其強化傳熱的機理主要是此類擴展表面重塑了原始的傳熱表面， 不僅增加了傳熱面積，而且打斷了其邊界層的連續發展, 提高了擾動程度，增加了傳熱係數, 從而能夠強化傳熱，對層流換熱和湍流換熱都有顯著的效果。

不僅用於傳統的管殼式換熱器管子結構的改進，而且也越來越多的應用於緊湊式換熱器。

目前已開發出了各種不同形式的擴展表面, 如管外翅片和管內翅片、叉列短肋、波型翅多孔型、銷釘型、低翅片管、太陽棒管、百葉窗翅及開孔百葉窗翅(多在緊湊式換熱器中使用)等。

擾流裝置

把擾流裝置放置在流道內能改變近壁區的流體流動，從而間接增強傳熱表面處的能量傳輸，主要用於強制對流。

管內插入物中有很多都屬於這種擾流裝置, 如金屬柵網、靜態混合器及各式的環、盤或球等元件。

漩渦流裝置

包括很多不同的幾何布置或管內插入物, 如內置漩渦發生器、紐帶插入物和帶有螺旋形線圈的軸向芯體插入物。

此類裝置能增加流道長度並能產生旋轉流動或(和)二次流，從而能增強流體的徑向混合，促進流體速度分布和溫度分布的均勻性, 進而能夠強化傳熱。

主要用於增強強制對流傳熱, 對層流換熱的強化效果尤其顯著。

螺旋盤管

其應用可提高換熱器的緊湊度，它所產生的二次流能提高單相流體傳熱的傳熱係數, 也能增強沸騰傳熱。

表面張力裝置

包括利用相對較厚的芯吸材料或開槽表面來引導流體的流動， 主要用於沸騰和冷凝傳熱。

芯吸作用常用在沒有芯吸材料冷卻介質就不能到達受熱表面的情形，常見的如熱管換熱器；還對水中表面的沸騰換熱強化非常有效。

添加物

包括用於液體體系的添加劑和用於氣體體系的添加劑。

液體中的添加劑包括用於單相流的固體粒子與氣泡和用於沸騰系統的微量液體；氣體中的添加劑包括液滴和固體粒子, 可用於稀相(氣固懸浮液)或密相(流化床)。

殼程強化

一是改變管子外形或在管外加翅片，即通過管子形狀或表面性質的改造來強化傳熱。

二是改變殼程擋板或管間支撐物的形式，儘可能消除殼程流動與傳熱的滯留死區， 儘可能減少甚至消除橫流成分, 增強或完全變為縱向流。

近年研究出的許多新的殼程支撐結構，有效彌補了單弓形折流板支撐物的不足。

如雙弓形折流板、三弓形折流板、螺旋形折流板、整圓形折流板、窗口不排管、波網支撐、折流桿式、空心環式、管子自支撐、扭曲管和混合管束換熱器式等。

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主動式強化熱熱技術

機械攪動

包括用機械方法攪動流體、旋轉傳熱表面和表面刮削。帶有旋轉的換熱器管道的裝置目前已用於商業應用。

表面刮削廣泛應用於化學過程工業中黏性流體的批量處理， 如高黏度的塑料和氣體的流動，其典型代表為刮面式換熱器， 廣泛用於食品工業。

表面振動

無論是高頻率還是低頻率振動，都主要用於增強單相流體傳熱。其機理是振動增強了流體的擾動，從而使傳熱得以強化。

利用流體誘導振動來強化傳熱， 依靠水流本身激發傳熱元件振動，會消耗很少的能量。

利用流體誘導振動強化傳熱既能提高對流傳熱係數， 同時又能降低污垢熱阻, 即實現了所謂的複合式強化傳熱。

流體振動

由於換熱設備一般質量很大， 表面振動這種方法難以應用，然後就出現了流體振動，該方法是振動強化中最實用的一種類型。

所使用的振蕩發生器從擾流器到壓電轉換器，振動範圍大約從脈動的1Hz到超聲波的106Hz。主要用於單相流體的強化傳熱。

靜電場

靜電場可以使傳熱表面附近的流體產生較大的主體混合, 從而使傳熱強化。

靜電場還可以和磁場聯合使用來形成強制對流。靜止流體中加足夠強度靜電場所形成的電暈風能在一定條件下強化單相流體的傳熱。

噴射

包括通過多孔的傳熱表面向流動液體中噴射氣體， 或向上游傳熱部分噴注類似的流體。

抽吸

包括在核態沸騰或膜態沸騰中通過多孔的受熱表面移走蒸汽和在單相流中通過受熱表面排出液體。

有研究預測,抽吸能大大提高層流流動和湍流流動的換熱係數。

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總結

兩個或兩個以上這些傳熱強化技術可以複合使用, 從而達到比僅僅使用一種技術更好的強化傳熱效果， 這種複合使用被稱為複合式強化傳熱技術。

版權說明：本微信內容由製冷空調換熱器技術聯盟編輯整理，內容來源化工707。

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