传热的增强和削弱

增强传热,指分析影响传热的各种因素,采取某些技术措施以提高换热设备单位面积的传热量。 削弱传热,采取隔热保温措施,以达到节能、安全防护及满足工艺要求等目的。

1.改变传热面积F 扩展或减少传热面积以改变传热效果,不应理解为单纯的改变设备体积增加传热面积或增加设备台数,而应是合理的调整设备单位体积的传热面积,如采用肋片管,波纹管,板翅式换热面等,也就是说从研究如何改进传热面结构出发改变传热面积,已达换热设备高效紧凑的目的。

2.改变传热温差Δt 改变热流体或冷流体的温度就能改变传热温差Δt。而有时要受到工艺或设备条件的限制,并不是经常可以达到的。另一方面,换热器中两中流体之间的平均温差还与流体流动方式有关,一般尽可能采用逆流的流动方式。此外,加大传热温差Δt,还会使整个热力系统的不可逆性增加,降低热力系统的可用能,采用这种方案增强时,还应兼顾整个热力系统。

3.提高或降低传热系数 增强传热的积极措施时设法提高传热系数。因为传热过程中总热阻是各项热阻的叠加,所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项热阻。反之,减小传热系数可达到削弱传热的目的。因为传热过程中总热阻是各项热阻的叠加,所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项热阻。

1.改变流体的流动情况:

1)增加流速:可改变流动状态,提高紊流脉动程度
2)加插入物:在管内安放或管外套装等多种型式的插入物,可增强扰动、破坏流动边界层而使传热增强。但也会带来流动阻力的增加,通道易堵塞与结垢的运行上的问题,必须予以注意。
3)加旋转流动装置:旋转流动的离心力作用将产生二次环流,它能增强换热。某些插入物除本身特点外,也都能产生旋转流动。
4)依靠外来能量作用: 
   a.用机械或电的方法使传热表面或流体产生震动
   b.对流体施加声波或超声波,使之交替的受到压缩和膨胀,以增强脉动而强化传热
   c.外加静电场
   

2.改变流体的物性:

1)气体中加入少量固体细粒,如石墨、黄砂、铅粉等形成气-固悬浮系统;
2)液体中加入固体细粒,如油中加入聚苯乙烯悬浮物;
3)在蒸汽或气体中喷入液滴;
4)液体中加入少量液体添加剂。

3.改变换热表面情况:

1)增加壁面粗糙度
2)改变换热面形状和大小
3)改进表面结构
4)表面涂层

随着科技发展而提出的增强传热方法很多,总的可分为被动式和主动式两类。实际工程中必须考虑到设备制造的难易,运行检修是否方便,以及动力消耗、经济核算等各方面问题。抓住妨碍提高传热的主要矛盾,提出改进措施。

削弱传热的方法:

1.热绝缘:在工程上,采用一般的热绝缘技术,即在传热表面包裹上热绝缘材料,如石棉、珍珠岩等,就能收到良好的保温或隔热效果。

2.改变表面状况

1)改变换热表面的辐射特性:如在表面涂上某种物质材料,借此增强投入辐射的吸收,又削弱了本身对环境的辐射换热损失。

2)附加抑流元件 如蜂窝状的结构元件,以减少集热器的对外热损失。

新型热绝缘技术:

作为主要削弱传热方法,随着科学技术的发展,现在主要的热绝缘技术有:

1.真空热绝缘

2.多层热绝缘

3.粉末热绝缘

4.泡沫热绝缘

增强传热可使设备紧凑、重量轻、节省金属材料;而隔热和绝热技术在电力、冶金、化工、石油等行业,对于减少热力设备的热损失,节约能源具有显著经济效益。

[1]章熙民 梅飞鸣• 传热学(第二版) 建筑工业出版社 1984

[2]上海机械学院卓宁、孙加庆主编工程对热换流 机械工业出版社 1982/5

[3]W.M.Rohsenow, J.P.Hartnet Handbook of heat transfer

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