傳熱強化

傳熱強化

傳熱強化是提高傳熱係數的傳熱技術。

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提高傳熱係數的傳熱技術。在傳熱理論的應用研究中最常遇到傳熱強化問題。強化的目的是提高設備的利用率、節約能源或滿足特殊的工藝要求。
根據傳熱係數的定義式,傳熱過程的總熱阻(1/KA)等於固壁兩側的對流換熱熱阻(1/h1A,1/h 2A)和固壁本身的導熱熱阻(δ/kA)等 3個分熱阻之和。其中K 為總傳熱係數,h1、h 2分別為兩側流體對固壁的對流傳熱係數,δ和k為固壁的厚度和熱導率,A 為固壁傳熱面積。如果傳熱是在高溫下進行,總熱阻中還應包括分熱阻──輻射熱阻。因此,一般地說,降低任何一個分熱阻都能提高傳熱係數。但是實際上,只有當固壁的導熱熱阻相對於其他幾個分熱阻較大或相接近時,選用熱導率k比較大的金屬作固壁材料才是有意義的。當對流換熱熱阻較大時,導熱熱阻在總熱阻中所佔比重很小,這時為了強化傳熱,主要是靠設法減小固壁兩側的對流換熱熱阻。就兩側的對流換熱熱阻來說,如果兩值相近,強化兩側或任一側都有效果;如果兩者差別較大,則應著重強化原來換熱熱阻大的一側。
通過減小分熱阻以強化傳熱的辦法很多,經常應用的有:①選用熱導率大的材料,或減薄固壁厚度,以降低導熱熱阻;②提高氣體和固壁表面的黑度,以降低輻射熱阻。
強化對流換熱常常是強化傳熱過程的主要途徑,可以採用的手段也更加多樣,常用的有:①選用熱導率比較大的流體。例如,氫冷比空氣冷有效,水冷效果更佳;②加大流動速度,以提高湍流度,減薄邊界層,降低對流熱阻;採用短管換熱器也可以抑制邊界層增厚;③採用螺旋管、螺旋板、入口旋流片、各種波形管、異形管和管內插入件,以及粗糙表面等以增強流體擾動;④在對流換熱較弱的一側採用肋片、翅片,以增大換熱面積和擾動度;⑤盡量採用相變換熱,並且在沸騰汽化時應用多孔金屬壁以增加汽化核心;在蒸汽凝結時,換熱面上加塗料或流體中摻入添加劑,造成珠狀凝結條件;⑥改進冷熱氣流的流向安排,以提高換熱溫壓;應用電磁和超聲等效應也可以達到強化傳熱的目的。