常用小知识-提高换热器的传热系数，你学会了吗？

宣布时间：2020-08-21 17:07

改变流体的流动情况

(1)增加流速

增加流速可改变流动状态，并提高湍流脉动水平。如管壳式热交换器中管程、壳程的分程就是加大流速、增加流程长度和扰动的步伐之一。管内湍流时增加流速对增强传热能收到较显著的效果，但又须注意增加流速也受到种种因素的限制。因此，在设计或实际使用中应权衡种种因素，选择最佳流速或为流体输送机械所允许的流速。

(2)射流攻击

这是使流体通过圆形或狭缝形喷嘴直接喷射到固体外貌进行冷却或加热的要领。由于流体直接攻击固体壁面，流程短而界限层薄，所以对流换热系数显著增大。在用液体射流攻击加热面时，如热流密度已高至足以爆发欢喜，则就成为两相射流攻击换热。实验标明，此时不但可提高欢喜换热系数，并且可使烧毁点推迟，显著提高临界热流值。

(3)加插入物

在管内安顿或管外套装如金属丝、金属螺旋圈环、盘状构件、麻花铁、翼形物等多种型式的插入物，可增强扰动、破坏流动界限层而使传热增加。如用薄金属条片扭转而成的麻花铁扰流子插入管内后，使流体形成一股强烈的旋转流而增强换热。插入时若能紧密接触管壁，则尚能起到翅片的作用，扩展传热面。大宗的试验研究标明，加插入物对受迫对流换热等有显著增强的作用，但也会爆发流动阻力增加、通道易梗塞与结垢等运行上的问题。在使用插入物时应沿管道的全段流程，以坚持全流程上的强化传热。并且，在选择插入物的形式时，应考虑到在小阻力下增强传热。

(4)加旋转流动装置

旋转流动的离心力作用将使流体爆发二次环流，因而会强化传热。上述的某些插入物，如麻花铁、金属螺旋丝等，除其自己特点外，也都能爆发旋转流动。在此要提及的是一些专门爆发旋转流动的元件或装置。例如，涡流爆发器，它能使流体在一定压力下以切线偏向进入管内作剧烈的旋转运动。研究标明，涡旋强化传热的水平与雷诺数有关。在一定的热源温度下，对流换热系数随着Re值而增加，且将抵达某一个最大值然后下降。在应用上应控制实际的Re值接近于使对流换热系数达最大时的临界Re值，以充分利用旋转流动的效果。除了流体转动外，也有传热面转动的情况，当管道绕差别轴线旋转时利用其离心力、切应力、重力和浮力等所爆发的二次环流可促使传热强化。管道旋转对层流放热的强化效果显著，而湍流时效果不明显。过冷欢喜与大空间欢喜的试验标明，关于带有螺旋斜面和切向槽涡流爆发器的管道，可使欢喜换热系数或临界热负荷获得提高。

(5)依靠外来能量作用

概略上有三方面步伐：①用机械或电的要领使传热外貌或流体爆发振动或通过搅拌使流体很好地混淆。试验标明，振动关于自由流动换热、受迫流动换热均有一定效果。关于欢喜换热的效果不明显，但在流体振动时关于旺盛的大空间欢喜，可使临界热负荷显著提高。此法对大型换热设备，在具体应用上有一定困难。利用机械传动发动搅拌器，通过流体的良好混淆来强化对流换热，效果显著，故应用较广，尤其关于高黏度的流体。②对流体施加声波或超声波，使之交替地受到压缩和膨胀，以增加脉动而强化传热。综合各研究者试验研究结果显示出，关于液体或气体，只有处于管内层流或过渡流时，声波作用才较明显。关于大空间泡状欢喜的换热影响极微，而关于过渡欢喜或膜态欢喜的换热改善较为显著。关于凝结换热及自由流动换热均有一定效果。在声波强化步伐的实用中，要注意解决如何更有效地将声振动或超声振动传送至换热设备内部的问题。③电磁场作用。关于加入换热的流体加以高电压而形成一个非均匀的径向电场，这样的静电场能引起传热面四周电介质流体的混相助用，因而使对流换热增强。试验标明关于自由流动换热、膜状欢喜换热、凝结换热的强化效果均较显著。如果在流体中掺入磁铁粉，则纵然在较大的Re数下，磁场也能对调热起强化作用。如，在水或油中掺入磁铁粉，在磁场的作用下，可使换热系数提高50%以上。

改交流体的物性

流体的物性对对流换热系数有较大的影响，一般导热系数与容积比热较大的流体，其换热系数也较大。例如冷却设备中用水冷比风冷的体积可减小许多，因为空气与壁面间的α值在1～60 W/(m2·℃)规模内，而水与壁面间的α值在200～12000 W/(m2·℃)规模内。改变流体某些性能的另一种要领是在流体内加入一些添加剂，这是近二三十年来形成的添加剂强化传热研究的新课题。添加剂可以是固体或液体，它与换热流体组合成气-固、液-固、汽-液以及液-液混淆流动系统。

改交换热外貌情况

换热外貌的性质、形状、巨细都对对流换热系数有很大影响，通�？赏ü韵乱煸銮看龋�

(1)增加壁面粗糙度

增加壁面粗糙度不但有利于管内受迫流动换热，也有利于欢喜和凝结换热及管外受迫流动换热。同样的粗糙度在差别流动及换热条件下，对传热效果的影响是差别的。增加粗糙度也会带来流动阻力的增加，在工业应用中应予考虑。

(2)改变换热面形状和巨细

为了增大对流换热系数，亦可接纳种种异形管和外貌开槽等，如椭圆管、螺旋管、波纹管、变截面管及纵槽管等。椭圆管在相同截面积下当量直径小于圆管，故换热系数大。其他异形管除传热面积略有增大外，由于外貌形状的变革，流体在流动中将会不绝改变偏向和速度，促使湍流水平增强，界限层厚度减薄，故能增强传热。对低肋螺纹管，在凝结换热时还具有减薄冷凝膜的作用，关于有机工质的冷凝（氟利昂等）用低肋螺纹管很有利。在低肋管基础上生长而成的微细肋管，则更有利于氟利昂等低沸点有机介质的冷凝换热，如日本的C管，我国的DAC管。关于笔直凝结时，如使用纵槽管，则由于液体的外貌张力把波峰处凝液拉入波谷，在波峰处形成极薄凝液膜，而波谷又排泄凝液，故使凝结换热强化。

(3)革新外貌结构

对金属管进行烧结、电火花加工或切削，使之管外貌形成一层很薄的多孔金属层而组成多孔管，可以增强欢喜和凝结换热。如：用于欢喜换热的美国的高热流管，日本的E型管，德国的T型管，我国的DAE管等。别的另有，如在欢喜换热液体中，把一块多孔物体置于加热外貌上，靠通过这种多孔加热面连续地移走蒸汽，即所谓“吸入”的步伐，因而使膜状欢喜换热获得改善。

(4)外貌涂层

在凝结换热时，可在换热外貌涂上一层外貌张力小的质料，如聚四氟乙烯等以造成珠状凝结，有利于增大换热系数。关于欢喜换热，可凭据受热液体的物性，在加热面上涂以适当厚度的某种物质的薄膜，使之成为非润湿外貌，则可明显提高欢喜换热系数。在太阳能利用中，在集热器的吸热外貌上涂以选择性物质薄层，以提高其对太阳光的吸收率和降低其发射率，抵达增强对辐射热的吸收和减少辐射热损失的目的。

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