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湖北化工機(jī)械管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2019-01-19

改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。改變傳熱面的形狀有多種，其中用于強(qiáng)化管程傳熱的有：螺旋槽紋管、橫紋管、螺紋管、縮放管、旋流管和螺旋扁管等。另外，也可采用擾流元件，在管內(nèi)裝入麻花鐵，螺旋圈或金屬絲片等填加物，亦可增強(qiáng)湍動(dòng)，且有破壞層流底層的作用。

　　管殼式換熱器的傳熱強(qiáng)化研究包括管程和殼程兩側(cè)的傳熱強(qiáng)化研究。通過(guò)強(qiáng)化傳熱管元件與優(yōu)化殼程結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

　　改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。改變傳熱面的形狀有多種，其中用于強(qiáng)化管程傳熱的有：螺旋槽紋管、橫紋管、螺紋管、縮放管、旋流管和螺旋扁管等。另外，也可采用擾流元件，在管內(nèi)裝入麻花鐵，螺旋圈或金屬絲片等填加物，亦可增強(qiáng)湍動(dòng)，且有破壞層流底層的作用。

　　螺旋槽紋管管壁是由光管擠壓而成。其管內(nèi)傳熱強(qiáng)化主要：一是螺旋槽近壁處流動(dòng)的限制作用，使管內(nèi)流體做整體螺旋運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生局部二次流動(dòng);二是螺旋槽所導(dǎo)致的形體阻力，產(chǎn)生逆向壓力梯度使邊界層分離。螺旋槽紋管具有雙面強(qiáng)化傳熱的作用，適用于對(duì)流、沸騰和冷凝等工況，抗污垢性能高于光管，傳熱性能較光管提高2~4倍。

　　橫紋管的強(qiáng)化機(jī)理為：

　　當(dāng)管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向游渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，使邊界層分離，有利于熱量的傳遞。當(dāng)游渦將要消失時(shí)流體又經(jīng)過(guò)下一個(gè)橫向環(huán)肋，因此不斷產(chǎn)生渦流，保持了穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。

　　換熱管表面的竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)，使管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生收縮和放大效應(yīng)，使介質(zhì)湍動(dòng)程度增加，提高了管內(nèi)介質(zhì)的熱交換能力，而且管內(nèi)靠近管壁的介質(zhì)沿管的軸向流動(dòng)時(shí)，其方向和速度在波節(jié)處產(chǎn)生突變，形成局部湍流，使管壁處流體的滯留底層減薄，熱阻降/低，也使管外介質(zhì)的傳熱能力提高。

　　4、低螺紋翅片管

　　普通換熱管經(jīng)軋制在其外表面形成螺紋翅片的一種高 效換熱管型。其強(qiáng)化作用是在管外。對(duì)介質(zhì)的強(qiáng)化作用一方面體現(xiàn)在螺紋翅片增加了換熱面積;另一方面是由于殼程介質(zhì)流經(jīng)螺紋管表面時(shí)，表面螺紋翅片對(duì)層流邊層產(chǎn)生分割作用，減薄了邊界層的厚度。

　　當(dāng)用于蒸發(fā)時(shí)，可以增加單位表面上氣泡形成的數(shù)量，提高沸騰傳熱能力;

　　當(dāng)用于冷凝時(shí)，螺紋翅片十 分有利于管下端冷凝液的滴落，使液膜減薄，熱阻減少，提高冷凝傳熱效率。

　　5、螺旋扁管

　　螺旋扁管(Twisted tube)換熱器是由美國(guó)Brown公司推出的。螺旋扁管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是管子的任一截面均為一長(zhǎng)圓。

　　螺旋扁管的強(qiáng)化機(jī)理：由于管子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使管程與殼程同時(shí)處于螺旋流動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。此換熱器比常規(guī)換熱器總傳熱系數(shù)高40%，而壓力降則幾乎相等。此換熱器可用于氣—氣、液—液以及氣—液換熱過(guò)程。

　　6、菱形翅片管

　　菱形翅片管為帶有周向非連續(xù)三維翅片的高 效傳熱管，其傳熱強(qiáng)化性能優(yōu)于帶周向連續(xù)翅片的螺紋翅片管。當(dāng)用于冷凝強(qiáng)化傳熱時(shí)，由于其三維翅片的特殊結(jié)構(gòu)造成翅片表面液膜的表面張力分布不均(根部大，頂部小)，液膜被拉向根部，使三維翅片表面的液膜厚度大幅度的減薄，熱阻減小，使汽態(tài)介質(zhì)和管外壁的換熱能力增強(qiáng)，從而提高換熱效 果7、波紋管

　　波紋管是以普通光滑換熱管為基管，采用無(wú)切削滾扎工藝使管內(nèi)外表面金屬塑性變形而成，雙側(cè)帶有波紋的管型。

　　波紋管管內(nèi)被擠出凸肋，從而改變了管內(nèi)壁滯流層的流動(dòng)狀態(tài)，減少了流體傳熱熱阻，增強(qiáng)了傳熱效 果。

　　8、表面多孔管(燒結(jié)、熱噴涂、電鍍等)

　　采用含有造孔劑的金屬粉末，在普通光管的表面制備一層多孔涂層。該涂層在沸騰傳熱時(shí)，涂層中的大量微孔變成為汽泡形成的核心，由于微孔內(nèi)的汽泡處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔，持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大，促使氣泡從管表面細(xì)縫中急速噴出。氣泡噴出時(shí)帶有較大的沖刷力量，并產(chǎn)生一定的局部負(fù)壓，使周圍較低溫度液體涌入微孔內(nèi)，形成持續(xù)不斷的沸騰。

　　T形翅片管是由光管經(jīng)過(guò)滾軋加工成型的一種高 效換熱管。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在管外表面形成一系列螺旋環(huán)狀T形隧道。管外介質(zhì)受熱時(shí)在隧道中形成一系列的氣泡核，由于在隧道腔內(nèi)處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔，持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大，促使氣泡從管表面細(xì)縫中急速噴出。氣泡噴出時(shí)帶有較大的沖刷力量，并產(chǎn)生一定的局部負(fù)壓，使周圍較低溫度液體涌入T形隧道，形成持續(xù)不斷的沸騰。

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