換熱器的技術(shù)及發(fā)展概論(編輯修改稿)
2025-03-23 11:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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)管殼式換熱器以強化管型作為換熱管，能夠同時強化管內(nèi)與管間支撐物，空隙率大，對流體形成阻力小，其殼程管隙間流體絕大部分壓降可作用在強化管的粗糙傳熱面上用以促進壁流體傳熱滯流層的湍流強度，降低傳熱傳阻、達到強化傳熱的目的。 實驗研究結(jié)果還表明，當(dāng)支承同樣的強化管束 (即橫紋管束 )時，空心環(huán)支承結(jié)構(gòu)較美國菲利浦石油公司上世紀(jì) 70年代開發(fā)的折流桿支承結(jié)構(gòu)更能使粗糙管束獲得好的強化傳熱效果，在同等殼程條件下，給熱系數(shù)高約 35%。 綜上所述，強化傳熱元件的開發(fā)研究必然會帶來多種殼程折流結(jié)構(gòu)的進步，強化傳熱元件管內(nèi)流動狀態(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)，這樣才能達到管內(nèi)與管間整體強化傳熱效果。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明了多種強化傳熱元件的研究成果是一個基礎(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。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制冷裝置的 50%以上，而且對制冷性能也會產(chǎn)生重大影響。因此，強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，制冷用板式換熱器還具有如下特點： 制冷劑充灌減少，有利于環(huán)境保護和降低運行成本。 凍結(jié)傾向少，抗凍性能高。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。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)濟性高。制冷劑在制冷板式換熱器中蒸發(fā)時，很容易實現(xiàn)完全蒸發(fā)達到無液態(tài)程度，因此在大多數(shù)情況下，制冷系統(tǒng)無須設(shè)置氣液分離器。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。自上世紀(jì) 70年代開始在制冷裝置中得到應(yīng)用以來已經(jīng)日益受到人們的重視，特別是許多發(fā)達國家，如歐洲、美國、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?，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，在食品加工操作類型中，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，物料可以高速通過薄層，受熱時間短不致有過熱產(chǎn)生，對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。 、波紋管換熱器技術(shù)性能強化及在電力供熱的應(yīng)用 波紋管換熱器是應(yīng)用強化傳熱原理和優(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化傳熱機理理論，有傳統(tǒng)殼管式換熱器不可比擬的性能優(yōu)勢，同時促進并實現(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)國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研制而成，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)流體湍流的流動效果；提高傳熱系數(shù)是本產(chǎn)品強化傳熱的重點 ， 它對傳熱效率和綜合經(jīng)濟效益起著關(guān)鍵性作用 。 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。當(dāng)流體進入直管初始時流速均勻，隨著介質(zhì)的流動，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(會使 Re 增大 )增大到一定程度時流動即由層 (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： Re2300為層流流動狀態(tài)。 Re104為湍流流動狀態(tài)。 ? 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。形狀的選擇是基于以較小的流速激發(fā)湍流并實現(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)的任意擾動狀況使流體不能形成與軸線平行的流股，進而流體介質(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)
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