我國(guó)換熱器的技術(shù)及發(fā)展(編輯修改稿)
2025-01-19 14:56 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的技術(shù)難題 。采用整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空心環(huán)管殼式換熱器取代折流隔板式換熱器，能使換熱氣鋼材減少 35%~50%，氣體壓降減少 30%~40%?？招沫h(huán)管殼式換熱器以強(qiáng)化管型作為換熱管，能夠同時(shí)強(qiáng)化管內(nèi)與管間支撐物，空隙率大，對(duì)流體形成阻力小，其殼程管隙間流體絕大部分壓降可作用在強(qiáng)化管的粗糙傳熱面上用以促進(jìn)壁流體傳熱滯流層的湍流強(qiáng)度，降低傳熱傳阻、達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果還表明，當(dāng)支承同樣的強(qiáng)化管束 (即橫紋管束 )時(shí)，空心環(huán)支承結(jié)構(gòu)較美國(guó)菲利浦石油公司上世紀(jì) 70年代開(kāi)發(fā)的折流桿支承結(jié)構(gòu)更能使粗糙管束獲得好的強(qiáng)化傳熱效果，在同等殼程條件下，給熱系數(shù)高約 35%。 綜上所述，強(qiáng)化傳熱元件的開(kāi)發(fā)研究必然會(huì)帶來(lái)多種殼程折流結(jié)構(gòu)的進(jìn)步，強(qiáng)化傳熱元件管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的改變，管間折流形式要研究相應(yīng)的結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)，這樣才能達(dá)到管內(nèi)與管間整體強(qiáng)化傳熱效果。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明了多種強(qiáng)化傳熱元件的研究成果是一個(gè)基礎(chǔ)，新型殼程折流結(jié)構(gòu) (如折流桿、整圓槽孔折流柵板、空心環(huán)折流網(wǎng)板等 )的開(kāi)發(fā)使管殼式換熱器的折流結(jié)構(gòu)不斷變化。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。 、板式換熱器在制冷技術(shù)中的應(yīng)用與發(fā)展 板式換熱器是一種高效、緊湊的換熱設(shè)備。 19世紀(jì) 80年代它是首先作為連續(xù)低溫殺菌器研制成功的，到上世紀(jì) 20年代開(kāi)始應(yīng)用于食品工業(yè)。由于板式換熱器在制造和使用上都有一些獨(dú)特之處。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(jī)械、能源等工業(yè)領(lǐng)域，成為換熱器家族中一種極有競(jìng)爭(zhēng)力的品種。在制冷技術(shù)中，換熱器是不可缺少的制冷設(shè)備，冷凝器、蒸發(fā)器、回?zé)崞饕约爸虚g冷卻器等換熱器設(shè)備，不僅在重量、體積和金屬耗量上占整個(gè)制冷裝置的 50%以上，而且對(duì)制冷性能也會(huì)產(chǎn)生重大影響。因此，強(qiáng)化制冷換熱器的傳熱，減少重量和體積，降低金屬消耗量一直是制冷技術(shù)中的發(fā)展方向，現(xiàn)已出現(xiàn)了一種新型的、全焊接式的板式換熱器在制冷技術(shù)中的應(yīng)用，并且表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展?jié)摿? 與 制冷用管殼式換熱器相比，除了具有板式換熱器的一般特點(diǎn)，制冷用板式換熱器還具有如下特點(diǎn)： 制冷劑充灌減少，有利于環(huán)境保護(hù)和降低運(yùn)行成本。 凍結(jié)傾向少，抗凍性能高。由于水在低流速時(shí)，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。即使發(fā)生了凍結(jié)，也更能承受結(jié)凍所產(chǎn)生的壓力，而不像殼管式換熱器那樣容易使熱管脹裂，并且可以在結(jié)凍后繼續(xù)使用。 蒸發(fā)徹底，經(jīng)濟(jì)性高。制冷劑在制冷板式換熱器中蒸發(fā)時(shí)，很容易實(shí)現(xiàn)完全蒸發(fā)達(dá)到無(wú)液態(tài)程度，因此在大多數(shù)情況下，制冷系統(tǒng)無(wú)須設(shè)置氣液分離器。并且極易實(shí)現(xiàn)單元化，安裝簡(jiǎn)單方便，維修和運(yùn)輸都可節(jié)約費(fèi)用，降低成本。 由于與傳統(tǒng)的殼管式換熱器相比，制冷用板式換熱器具有十分明顯的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。自上世紀(jì) 70年代開(kāi)始在制冷裝置中得到應(yīng)用以來(lái)已經(jīng)日益受到人們的重視，特別是許多發(fā)達(dá)國(guó)家，如歐洲、美國(guó)、日本、澳大利亞等都非常重視制冷用板式換熱器的研究和應(yīng)用。 、板式換熱器在食品及醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用 食品是我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠郑侨祟?lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，在食品加工操作類(lèi)型中，板式換熱器被廣泛的應(yīng)用到食品的熱、冷加工和脫水加工中，由于板于板之間的間隙小，物料可以高速通過(guò)薄層，受熱時(shí)間短不致有過(guò)熱產(chǎn)生，對(duì)熱敏性物料尤為適宜。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(duì)食品本身熱性的傷害，而換熱器本身造價(jià)也很低廉，受到了廣大用戶(hù)的歡迎。 、波紋管換熱器技術(shù)性能強(qiáng)化及在電力供熱的應(yīng)用 波紋管換熱器是應(yīng)用強(qiáng)化傳熱原理和優(yōu)化換熱管綜合性能而推出的新型高效熱交換設(shè)備。是一種高新技術(shù)的強(qiáng)化傳熱節(jié)能型新產(chǎn)品。本高新技術(shù)的推出形成了一整套強(qiáng)化傳熱機(jī)理理論，有傳統(tǒng)殼管式換熱器不可比擬的性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)促進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了換熱設(shè)備的更新， 它是以薄壁金屬材料的波紋換熱管束代替直管換熱管束，修正內(nèi)部結(jié)構(gòu)，依據(jù)壓力容器等相關(guān)國(guó)家專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研制而成，本產(chǎn)品已經(jīng)在電力供熱領(lǐng)域，石化工業(yè)等行業(yè)得到了成熟的應(yīng)用和推廣。 技術(shù)分析：由傳熱基本方程： Q=KA△t可知：增大傳熱溫差 △t、 增加傳熱面積 A、 提高傳熱系數(shù) K是換熱器強(qiáng)化傳熱的三種途徑 。 傳熱溫差主要決定于冷 、 熱兩種介質(zhì)的溫度條件 ， 若系統(tǒng)情況允許應(yīng)盡量選擇逆流 ， 但一般已經(jīng)為生產(chǎn)操作條件所確定；本產(chǎn)品換熱管代替原等直徑光管 ， 在保證管束排列的基礎(chǔ)上不僅增加了傳熱面積 ， 更主要的是激發(fā)流體湍流的流動(dòng)效果；提高傳熱系數(shù)是本產(chǎn)品強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn) ， 它對(duì)傳熱效率和綜合經(jīng)濟(jì)效益起著關(guān)鍵性作用 。 介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)的強(qiáng)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。當(dāng)流體進(jìn)入直管初始時(shí)流速均勻，隨著介質(zhì)的流動(dòng)，邊界層厚度 δ 增加且邊界層內(nèi)流速逐漸減小直至為零，同時(shí)隨著邊界層厚度的逐漸增加，管中心部位的軸向流速也逐漸增大 (x0段 )，而當(dāng)流速 V(會(huì)使 Re 增大 )增大到一定程度時(shí)流動(dòng)即由層 (滯 )流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥?(紊 )流狀態(tài) (x1)。根據(jù)流體理論，一般確認(rèn)： Re2300為層流流動(dòng)狀態(tài)。 Re104為湍流流動(dòng)狀態(tài)。 ? 換熱管的優(yōu)化形狀及傳熱性能：經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用得出核心元件 (換熱管 )的優(yōu)化形狀是保證強(qiáng)化傳熱的主要條件。形狀的選擇是基于以較小的流速激發(fā)湍流并實(shí)現(xiàn)如下功能： (1)由于換熱管規(guī)律性的形狀尺寸，使管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)的改變不需要大的雷諾數(shù) (即流速較低 )，流阻較小，所以介質(zhì)的任意擾動(dòng)狀況使流體不能形成與軸線平行的流股，進(jìn)而流體介質(zhì)的溫度，密度、粘性分布及雜質(zhì)含量沿徑向都是均勻的，強(qiáng)化了換熱管的熱工性能。 (2)換熱管的形狀優(yōu)化，在保證 L1/D12條件下， L L2段前后具有 “引射效應(yīng) ”與
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