我國換熱器的技術(shù)及發(fā)展(文件)
【正文】 牌，提升產(chǎn)品核心競爭力方面還存在明顯不足。要從全行業(yè)發(fā)展的大局出發(fā)，創(chuàng)造一種和諧的合作伙伴關(guān)系，營造出一個良好的技術(shù)創(chuàng)新氛圍，實現(xiàn)科技成果共享，推動行業(yè)科技水平的提高，建立具有中國換熱器特色的技術(shù)創(chuàng)新體系和運行機制。 ? (1)傳熱、壓降系數(shù)及有關(guān)關(guān)聯(lián)式：目前這些系數(shù)和關(guān)聯(lián)式還不齊備，有許多工業(yè)上用的傳熱表面的數(shù)據(jù)不全或缺少可用的關(guān)聯(lián)式，對于傳熱單元數(shù) NTU較大的情況，試驗技術(shù)有較大的誤差，有待于改進，翅片與隔板聯(lián)接的熱阻及其對整個傳熱過程的影響也需要更進一步研究。 ? (5)其它問題：物性變化的影響、表面選擇方法、如何從結(jié)構(gòu)上保證流體均布、流道如何合理布置以及縱向?qū)嵊绊懙榷喾矫娴膯栴}在設(shè)計中一直未徹底解決，仍然有待進一步研究。 1933年，英國人 Thom首次數(shù)值求解了二維粘性流體偏微分方程，標(biāo)志著 CFD的誕生； 1974年，丹麥的 函數(shù)和渦旋公式求解封閉二維流動方程，采用 kε流體湍流模型模擬室內(nèi)空氣流動情況，首次將 CFD技術(shù)應(yīng)用于換熱器。 ? 美國是使用 CFD技術(shù)較早的國家之一。數(shù)值模擬技術(shù)在日本換熱器領(lǐng)域的應(yīng)用始于 20世紀(jì) 70年代初。前者采用各種間斷翅片結(jié)構(gòu)，后者采用泡核沸騰傳熱。 ? 人們想盡各種辦法實施強化傳熱，歸結(jié)起來不外乎兩條途徑，即改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的湍流增進器或插入物。其原理是，對某些不導(dǎo)電液體的表面施以相垂直的電場，使液體表面變得很不穩(wěn)定，借冷凝液表面的張力作用和在靜電場下液膜的不穩(wěn)定現(xiàn)象使液膜厚度減薄，從而強化冷凝傳熱。狹義的強化傳熱系指提高流體和傳熱面之間的傳熱系數(shù)。美國 ASHARE協(xié)會于 1989年成立了研究用 CFD方法預(yù)測空氣流動的研究機構(gòu)，比較完整的研究了 CFD方法模擬空氣流動的相關(guān)問題。短短的 20 多年內(nèi)， CFD 技術(shù)在換熱器行業(yè)中的研究和應(yīng)用也進行地如火如荼。 CFD可以看做是在流動基本方程（質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程）控制下對流動的數(shù)值模擬，是進行“三傳” (傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞 )及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心和重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于熱能動力、航空航天、機械、土木水利、環(huán)境化工等諸多工程領(lǐng)域。 ? (3)伴有相變及兩相流的傳熱及流動：相對于單相流的傳熱與流動，這一方面的研究顯得很薄弱，今后仍是重點研究的一個領(lǐng)域。同時，注重在全行業(yè)加快形成按要素參與分配的激勵機制，增強對創(chuàng)新的激勵作用，以努力吸引集聚高層次創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，為提高自主創(chuàng)新能力提供強大的動力來源。針對目前現(xiàn)狀，我國換熱器行業(yè)下一步將著重從兩個方面加強工作，一是完善并確立一套適合我國換熱器行業(yè)的科技創(chuàng)新體系和人才激勵機制：二是加強對換熱器的研發(fā)工作，加大對新材料、新技術(shù)、新工藝的研發(fā)和應(yīng)用力度，以品牌為依托，以產(chǎn)品為重點，提升企業(yè)的技術(shù)競爭力。中國換熱器行業(yè)的研發(fā)投入占銷售額的比例僅 1%，低至 2%3%的行業(yè)利潤率難以支撐更高的研發(fā)投入，這導(dǎo)致中國換熱器企業(yè)在基礎(chǔ)技術(shù)和核心技術(shù)領(lǐng)域基本為零，在換熱器核心技術(shù)領(lǐng)域一直受制于人。實際上，多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新是通過從外部購置生產(chǎn)設(shè)備，引進技術(shù)實現(xiàn)的。保證裝置低能耗、長周期運行，超聲防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。 、控制結(jié)垢及腐蝕的研究 國內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是 20世紀(jì) 60～ 70年代從國外照搬而來。電場動力效應(yīng)強化傳熱技術(shù)、添加物強化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)、微生物傳熱技術(shù)、磁場動力傳熱技術(shù)將會在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。板殼式換熱器、折流桿換熱器、板翅式換熱器、板式空冷器將得到發(fā)展，振動損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠的換熱器結(jié)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、重量輕方向發(fā)展。在超常規(guī)強度計算中， 可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計算結(jié)果能更方便、快捷、準(zhǔn)確地得到，使換熱器更加安全可靠。為此，要求物性模擬在實驗手段上更加先進，測試的準(zhǔn)確率更高。因此，物性模擬一直為傳熱界重點研究課題之一，特別是兩相流物性模擬。換熱管通常選用不銹鋼管等，也可根據(jù)介質(zhì)腐蝕情況及具體使用要求選用銅及鈦合金管材等； (3)波紋換熱管自身的性能特點使其能補償殼程與管程之間溫差產(chǎn)生的軸向拉脫力，使殼體省掉了膨脹節(jié)裝置，也所以從結(jié)構(gòu)上避免了介質(zhì)泄漏和介質(zhì)混合現(xiàn)象。 波紋換熱管的強度耐壓等性能特點： 波紋換熱管除具有良好的傳熱性能外，還具有如下性能特點： (1)薄壁換熱管成型具有嚴(yán)格的成形工藝和形狀尺寸，它是在無任何軸向拉 (壓 )、即在自由狀態(tài)下單波自動連續(xù)成形，所以其減薄量極小 (遠小于 10% 壁厚 )，使整體管束具有良好的韌性、剛度和軸向伸縮性能特點，避免了換熱管束在設(shè)備使用過程中由于振動等原因造成的與折流板等部件的碰撞磨損；同時能夠補償兩換熱介質(zhì)之間的溫差變形。 ? 換熱管的優(yōu)化形狀及傳熱性能：經(jīng)過大量實驗和實際應(yīng)用得出核心元件 (換熱管 )的優(yōu)化形狀是保證強化傳熱的主要條件。 介質(zhì)流動狀態(tài)的強化：殼管式換熱器的換熱管均為平滑壁面的直管，由于管內(nèi)流體與壁面的粘接 (粘性 )作用，在流體與壁面的接觸處形成具有層 (滯 )流狀態(tài)的邊界層。 技術(shù)分析：由傳熱基本方程： Q=K熱加工中的巴式殺菌，冷加工中的冷卻處理以及脫水加工的濃縮等都已經(jīng)非常成熟地應(yīng)用了板式換熱器，不僅減小了對食品本身熱性的傷害，而換熱器本身造價也很低廉，受到了廣大用戶的歡迎。并且極易實現(xiàn)單元化，安裝簡單方便，維修和運輸都可節(jié)約費用，降低成本。由于水在低流速時，就能在板式換熱器中形成高度紊流，溫度分布非常均勻，從而減少了冷凍水的凍結(jié)傾向。因此，目前板式換熱器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、電力、冶金、機械、能源等工業(yè)領(lǐng)域，成為換熱器家族中一種極有競爭力的品種。目前，可以根據(jù)不同的操作條件，不同的使用工況，組合成各種新型高效的換熱器。
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