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簡析強化傳熱技術(shù)及一些典型的應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數(shù):64
核心提示:

  論文摘要:本文闡明了強化傳熱技術(shù)的重要性及其發(fā)展趨勢;包括強化傳熱的分類、強化傳熱的途徑、強化傳熱的應(yīng)用場合等;列舉了一些強化傳熱的典型應(yīng)用,包括表面增強型蒸發(fā)管、采用波紋換熱管管內(nèi)強化傳熱、采用超聲波抗垢強化傳熱技術(shù)、采用螺旋槽管的強化傳熱技術(shù)、采用小熱管的強化傳熱技術(shù)等。通過分析得出強化傳熱應(yīng)注意的一些問題。  

  論文關(guān)鍵詞:強化傳熱 典型 應(yīng)用  

  由于生產(chǎn)和科學技術(shù)發(fā)展需要強化傳熱從80年代起就引起了廣泛的重視和發(fā)展。表現(xiàn)在設(shè)計和制造各類高性能熱設(shè)備,航空,航天及核聚變等尖端技術(shù),計算機里密集布置電子元件的有效冷卻。正是上述原因促使人們對強化傳熱進行及為廣泛的研究和探討,從80年代到現(xiàn)在近20多的時間里,世界各國的科學領(lǐng)域里,有關(guān)強化傳熱研究報告舉不勝數(shù)。  

  一、強化傳熱技術(shù)的分類  

  (一)導熱過程的強化  

  導熱是熱量傳遞的三種基本方式之一,它同樣也存在著強化問題。導熱是依靠物體中的質(zhì)量(分子,原子,或自由電子)運動來傳遞能量。固體內(nèi)部不同溫度層之間的傳熱就是一種典型的導熱過程,但固體之間接觸存在著接觸熱阻,降低了能量的傳遞,在高熱流場合下,為了盡快導出熱量必須設(shè)法降低接觸熱阻,一般可采用以下方法:  

  1、提高接觸面之間光潔度或增加物體間的接觸壓力以增加接觸面積  
  2、在接觸面之間填充導熱系數(shù)較高的氣體(如氦氣)  
  3、在接觸面上用電化學方法添加軟金屬涂層或加軟技術(shù)墊片  

 。ǘ┹椛鋼Q熱的強化  

  輻射換熱普遍存在于自然界和許多生產(chǎn)過程中,只要物體溫度高于絕對零度,它就能依靠電磁波向外發(fā)射能量,所以物體之間總是存在著輻射換熱,在物之間溫度差別不是很大的情況下,輻射換熱可以忽略,但在高溫設(shè)備中輻射卻是換熱的主要方式。而影響輻射換熱的因素主要有:表面粗糙度,固體微粒,材料。  

 。ㄈ⿲α鲹Q熱強化  

  對流強化傳熱與流體的物理特性,流動狀態(tài),流道幾何形狀,有無相變發(fā)生以及傳熱壁面的表面狀況等許多因素有關(guān)。其中對流換熱的有源強化又可分為:利用機械攪動加強流體與壁面間的傳熱,流體脈動和傳熱面震動時的對流換熱,電磁場作用下的對流換熱,經(jīng)過多孔壁有質(zhì)量透過時的壁面換熱。而對流換熱的無源換熱又可分為:管內(nèi)插入物對傳熱的增強,渦旋流動的強化傳熱,添加物對流換熱,流化床與埋管間的傳熱,射流沖擊。  

  二、強化傳熱的途徑  

  在熱設(shè)備中應(yīng)用強化傳熱技術(shù)的目的一般有:(1)增加輸熱量;(2)減少換熱面積和縮小設(shè)備體積;(3)降低載熱劑輸送功率的消耗;(4)降低高溫部件的溫度。在表面式換熱器中,單位時間內(nèi)的換熱量Q與冷熱流體的溫度差△t及傳熱面積F成正比,即Q=KF△t,式中K為傳熱系數(shù),是反映傳熱強弱的指標。從上式可以看出,增大傳熱量可以通過提高傳熱系數(shù),擴大傳熱面積和增大傳熱溫差3種途徑來實現(xiàn)。  

  三、應(yīng)用場合  

  不同的強化傳熱技術(shù)有不同的應(yīng)用場合:對流換熱按其發(fā)生的原因可分為自然對流換熱和強制對流換熱。在這良種對流換熱過程中,就流體的運動狀態(tài)又可區(qū)分為層流換熱及湍流關(guān)熱,這取決于流體的雷諾數(shù),流道集合形狀和固體的壁面狀況。從流道集合想狀來看就更為復雜,既有圓形,環(huán)形,三角形,弧形,又有縱向或橫向掠過管簇以及由各種形狀管翅或板翅結(jié)構(gòu)組成的復雜集合通道。如果流體在穿熱過程中發(fā)生相變,則又有遲內(nèi)沸騰,流動沸騰及蒸汽凝結(jié)之分。  

  前面提到的那些強化傳熱技術(shù),有的只使用于特定的某些傳熱介質(zhì)和傳熱過程,有的則對所有對流換熱狀態(tài)都有不同程度的強化作用。其中在各類通道中強制對流(包括層流及湍流)換熱的強化研究得最多,因而也是最成熟的和在工業(yè)上應(yīng)用的最廣的。從強化傳熱各類措施來看,研究得最多的是各種發(fā)展表面,粗糙表面和渦旋強化,而且它們還被廣泛地應(yīng)用于各類熱設(shè)備中去。就目前來看,應(yīng)用最多的是換熱器方面的強化傳熱。當然其他電子方面也有很多。  

  四、強化傳熱的應(yīng)用舉例  

  (一)表面增強型蒸發(fā)管  

  采用雙側(cè)強化管型,管內(nèi)側(cè)有內(nèi)螺紋槽,管外側(cè)是一種利用機械加工的雙重凹陷多孔結(jié)構(gòu),管型的機構(gòu)其總傳熱系數(shù)隨著流速的增大而增大,當管內(nèi)水流速為0.3~1.3m/s時,主翅和內(nèi)翅的翅高分別為0.70mm和0.48mm,翅數(shù)分別為52和38時,增大了換熱面積,管表面更多的凹陷增加了汽化核心數(shù)量,其換熱性能最為優(yōu)越。  

 。ǘ┎捎貌y換熱管管內(nèi)強化傳熱  

  用波紋管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光滑直管,能大大強化熱量傳遞。分別在實驗環(huán)境溫度20度,管程水流量40-1400L/h,雷諾數(shù)Re=1800 -24000,蒸汽壓力為0.15MPa,蒸汽溫度為113.5度;實驗環(huán)境溫度20度,管程水流量范圍40-1400L/h,雷諾數(shù)Re=1800-24000,蒸汽壓力為0.15MPa,蒸汽溫度為113.5度。在實驗Re變化范圍內(nèi),波紋管的管內(nèi)對流傳熱系數(shù)a和努塞爾數(shù)Nu均隨著Re的增大而增大,并且都比光滑直管大2.5-3倍。 

  (三)采用超聲波抗垢強化傳熱技術(shù)  

  超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時會產(chǎn)生機械振動作用,空化作用和熱作用。這些作用同時產(chǎn)生效應(yīng),會減弱成垢物質(zhì)的分子之間結(jié)合力以及析出垢粒與管道間的

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