换热器国内外研究现状与水平及发展趋势
时间:2017-02-22 12:50 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 近年以来由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器（见图4）和管壳式换热器（见图5）等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器（见图6）、螺旋板换热器（见图7）、板翅式换热器（见图8）、板壳式换热器和伞板换热器等。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备， 其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。5962 目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究。强化传热主要有3种途径提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差，研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。 在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。 管程强化传热归结起来不外乎两条途径， 即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面形状的方法有多种，用于强化管程传热的有：横纹管、螺旋槽管、螺纹管(低翅管)和缩放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS公司生产)。目前管内插入物种类很多， 如螺旋线、纽带、错开纽带、螺旋片和静态混合器等。最近，英国Cal Garin Ltd 公司开发的一种称之为Hitran Matrix Elements 的花环式插入物（见图9）， 它是一种金属丝制翅片管子插入物(Wire2Fin Tube Inserts) ，能增强湍流。中国石化北京设计院与华南理工大学联合研制的交叉锯齿型插入物，是华南理工大学对12种内插件(在Re=300～3500 和Pr = 135范围内) 进行比较后优选的型式，可直接形成流体的混合，尤其适用高粘度流体的换热。 壳侧的传热强化研究包括管型与管间支撑物的研究。如采用折流杆式换热器（见图10），空心环管壳式换热器，螺旋折流板换热器（见图11），周向重叠螺旋折流板换热器（见图12）。采用纵流管束换热器，强化沸腾传热的传热管，强化冷凝传热的传热管。 (责任编辑：qin) |