|
5.7.1 换热器的分类 换热器种类很多，按热量交换的原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类：
一、 混合式（或直接接触式）
混合式换热器是依靠冷、热流体直接接触进行传热，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧污垢的热阻，只要流体间的接触情况良好，就具有较大的传热速率，它具有设备结构简单、传热效率高和易于防腐等特点。因此，在生产工艺上允许两种流体相互混合的情况下，都可以采用混合式换热器，例如气体的洗涤和冷却、循环水的冷却、蒸汽-水之间的混合加热等。图5-11示出混合式冷凝器的原理示意图。
二、 蓄热式（或回热式）
蓄热式换热器又称蓄热器，它主要是由热容量较大的蓄热室构成，蓄热室的填料一般是耐火材料或金属材料。当冷、热两种流体交替通过蓄热室时，即可通过蓄热室将热流体传给蓄热室的热量间接地传给冷流体，以达到换热的目的。蓄热式换热器的结构较简单，可耐受高温，但其缺点是设备体积庞大，冷、热流体之间存在一定程度的混合。它常用于气体的余热或冷量的回收利用。传统的蓄热室是由耐火砖砌成的格子体，单位体积蓄热室的传热面积较小，而近年开发的高效而紧凑的蓄热器则大大地改善了设备庞大的缺点，如旋转型蓄热器和流化床型蓄热器。图5-12表示旋转型蓄热器的示意图。
三、 间壁式
这类换热器的特点是冷、热两种流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面进行传递。工业上应用最广泛的换热器即是间壁式，因而本节将重点介绍间壁式换热器。
换热器还可按其用途分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器和再沸器等；按换热器制造材料分为金属、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等，这里不再详述。
5.7.2 间壁式换热器 按照传热面的型式，间壁式换热器可分为夹套式、管式、板式和各种异型传热面组成的特殊型式换热器。
一、 夹套式
夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却，如图5-13所示，夹套安装在容器外部，通常用钢或铸铁制成。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部连接管进入夹套，冷凝水由下部连接管流出；在用冷却水进行冷却时，则冷却水由夹套下部进入，而由上部流出。
夹套式换热器由于传热面积的限制，常常难以满足及时移走大量反应热的换热需求，这时就需要在反应器内部加装冷却盘管，以保证反应器内一定的温度条件。有时为了提高夹套内冷却水一侧的对流传热系数，还在夹套内加设挡板，这样可使冷却水按一定的方向流动，并提高流速，从而增大传热系数。
二、 管式换热器
1． 沉浸式换热器
沉浸式换热器是将金属管弯制成各种与容器相适应的形状（如蛇管或螺旋状盘管），并沉浸在容器内的液体中，如图5-14所示。
这种换热器可用于液体的预热或蒸发，也可用作气体和液体的冷却和冷凝。由于容器内管外液体的体积大，流速低，因而传热系数低，而且对工况的变化不够敏感。然而它具有构造简单，制作、维护方便和容易清洗等优点。由于更换管子方便，所以它还适用于有腐蚀性的流体。为了增强容器内液体的湍动程度，提高传热系数，可在容器内装搅拌器。
2． 喷淋式换热器
喷淋式换热器是将冷却水直接喷洒在管外，使管内的热流体冷却或冷凝，如图5-15所示。在上下排列的管子之间用U形弯管连接。为了分散喷淋水，在管组的上部装有带锯齿形边缘的斜槽，也可用喷头直接向排管喷淋。在换热器的下部设有水池，以收集流下来的水。
喷淋式换热器的优点是：结构简单，易于制造和检修，便于清除污垢；其传热系数通常比沉浸式换热器大，加上管外水的蒸发汽化以及空气冷却的共同作用，所以传热效果好。它适用于高压流体的冷却或冷凝。由于它可用耐腐蚀的铸铁管作冷却排管，因而可用于冷却具有腐蚀性的流体。
它的主要缺点是：当冷却水过分少时，下部的管子不能被润湿，几乎不参与换热。因此对于容易发生意外事故的石油产品或有机液体的冷却不宜采用这种型式的换热器。
3． 套管式换热器
套管式换热器是将不同直径的两根管子套成同心套管作元件，然后将多个元件用U形弯管连接而成的换热器，其结构如图5-16所示。在套管式换热器中，可以实现两种流体以纯并流或纯逆流方式流动。其内管直径通常在38～57mm范围内选取，外管直径通常在76～108mm范围内选取，每根套管的有效长度一般不超过4～6m。
套管式换热器的优点是结构简单，易于维修和清洗，适用于高温、高压流体，特别是小容积流量流体的传热。如果工艺条件变动，只要改变套管的根数，即可以增减传热负荷。
它的主要缺点是流动阻力大，金属耗量多，而且体积较大，因而多用于所需传热面积较小的传热过程。
4． 列管式换热器
列管式换热器（又称管壳式换热器）是工业上应用最广泛的换热设备。与前述几种换热器相比，它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。由于结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大，因此，在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。
列管式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓与壳体两端的法兰相连。这种结构易于检修和清洗。在进行热交换时，一种流体由封头的进口接管进入，通过平行管束的管内，从另一端封头出口接管流出，称为管程；另一流体则由壳体的接管进入，在壳体内从管束的空隙处流过，通过折流板的引导，由壳体的另一个接管流出，称为壳程。
在列管式换热器中，由于管内外流体的温度不同，管束和壳体的温度和材料不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大，就可能由热应力引起设备的变形，管束弯曲，甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温差超过50℃时，就必须采用一定的热补偿措施。按热补偿的方法不同，列管式换热器可分为以下几种主要型式：
（1）固定管板式换热器
当冷、热流体的温差不大时，可采用固定管板的结构型式，如图5-17所示，即两端管板与壳体是连成一体的。这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但是由于壳程不易清洗或检修，要求壳程流体必须是洁净而且不易结垢的流体。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。图中示出具有膨胀节的壳体。当壳体和管束的热膨胀不同时，膨胀节即发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应壳体和管束不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但是不宜用于两流体温差过大（大于70℃）和壳程流体压力过高的场合。
（2）U形管式换热器
U形管式换热器的管束是由U字形弯管组成，如图5-18所示。管子的两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子或壳体的影响。这种换热器壳程易于清洗，而清除管子内壁的污垢则比较困难，且制造时需要不同曲率的模子弯管，管板的有效利用率较低。此外，损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对换热器的工作存在不利的影响。由于上述缺点，这种型式的换热器的应用受到很大的限制。
（3）浮头式换热器
浮头式换热器的结构如图5-19所示，它的两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，这一端称为固定端；另一端的管板不与壳体连接而可相对于壳体滑动，这一端称为浮头端。因此，这种型式换热器的管束热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因热膨胀程度的差异而产生热应力。在换热器的检修和清洗时，只要将整个管束从固定端抽出即可进行。但是其缺点是：结构较复杂，金属耗量较多，造价较高。浮头式换热器适用于冷、热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
三、 板式换热器
1． 螺旋板式换热器
螺旋板式换热器是由螺旋形传热板片构成的换热器。它比列管式换热器的传热性能好，结构紧凑，制造简单，安装方便。
螺旋板式换热器的结构包括螺旋形传热板、隔板、盖板、定距柱和连接管等部件，其结构因型式不同而异。各种型式的螺旋板式换热器均包含由两张厚约2～6mm的钢板卷制而成，构成一对相互隔开的同心螺旋流道。冷、热流体以螺旋板为传热面相间流动。
按流体在流道内的流动方式和使用条件不同，螺旋板式换热器可分为I、II、III三种结构型式，如图5-20所示。
I型：两流体在螺旋流道的两侧均作螺旋流动。通常是冷流体由外周边流向中心排出，热流体由中心流向外周排出，可实现严格的逆流传热，常用于液-液换热。由于通道两侧完全焊接密封，因此I型结构为不可拆卸结构。
II型：在这种型式中，一种流体在螺旋形流道内进行螺旋流动，而另一种流体则在另一侧螺旋流道中作轴向流动。因此，轴向流道的两端是敞开的，螺旋流道的两端是密封的。这种型式适用于两侧流体的流率差别很大的情况，常用作冷凝器、气体冷却器等。
III型：在这种型式中，一种流体在螺旋形流道内进行螺旋流动，另一种流体则在另一侧螺旋流道中作轴向流动和螺旋流动的组合。这种型式适用于蒸汽的冷凝冷却，蒸汽先进入轴流部分冷凝，体积减少后再转入螺旋形流道进一步冷却。
由上述结构可见，由于流体在螺旋板间流动时离心力形成二次环流和定距柱扰流作用，使流体在较低的雷诺数下（Re=1400～1800）就形成湍流，换热器中的允许流速较高（液体2m/s，气体20m/s），传热系数比较高。由于流体的流速较高，又是在螺旋形通道内流动，一旦流道某处沉积了污垢，该处的流通截面减小，流体在该处的局部流速相应提高，使污垢较易被冲刷掉，具有一定的自洁作用，适于处理悬浮液和粘度较大的流体。由于流道较长而且可实现逆流传热，故有助于精密控制流体的出口温度和有利于回收低温热能，在纯逆流的情况下，两流体的出口端温差最小仅为3℃。
螺旋板式换热器的主要缺点是操作压力和温度不能太高，一般只能在2.0MPa以下、300～400℃以下运行，而且流动阻力较大。此外还存在检修和维护困难的问题。
2． 板式换热器
板式换热器主要由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两相邻板片的边缘衬以橡胶或石棉垫片。板片四角有圆孔，形成流体通道。冷、热流体相间地在板片两侧流过，通过板片传热。板片一般压制成各种槽形或波纹形，既提高了板片的刚度，增强流体的扰流，也增加了传热面积和使流体在传热面上分布均匀。图5-21a所示为人字形波纹板片，图5-21b表示板式换热器中冷、热流体的流动。
板式换热器的主要优点是传热系数高。由于板片上有波纹或沟槽，可使流体在很低的雷诺数下（Re=200）达到湍流，而流动阻力却不大。板式换热器的结构紧凑，一般板片的间距为4～6mm，单位体积的传热面积可达250～1000m2/m3，比列管式换热器（40～150m2/m3）高出许多。它还具有可拆卸结构，可根据传热过程需要，用增减板片数目的方法方便地调节传热面积，提高了换热器的操作灵活性。此外，板式换热器的检修和清洗都比较方便。
板式换热器的主要缺点是允许的操作压力和温度都比较低。通常操作压力低于1.5MPa，最高不超过2.0MPa，操作压力过高容易引起泄漏。它的操作温度受到板片密封垫片的耐热性限制，一般不超过250℃。由于板片的间距较小，故操作的处理量也较小。
与螺旋板式换热器类似，板式换热器适用于操作压力和温度较低，流体的腐蚀性强而需要采用贵重材料的场合。
3． 板翅式换热器
板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的新型换热器。
隔板、翅片和封条三部分构成了板翅式换热器的结构基本单元。冷、热流体在相邻的基本单元体的通道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。将这样的基本结构单元根据流体流动方式的布置叠置起来，钎焊成一体组成板翅式换热器的板束或芯体。图5-22a所示为常用的逆流、错流和错逆流板束，图5-22b表示常用的翅片型式，主要有光直翅片、锯齿翅片和多孔翅片三种。一般情况下，从换热器的强度、绝热和制造工艺等要求出发，板束的顶部和底部还有若干层假翅片层，又称强度层。在板束两端配置适当的流体进出口集流箱即可组成板翅式换热器。
板翅式换热器的主要优点是：传热性能好。由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界层的发展，故传热系数很大。冷、热流体间的传热不仅仅以隔板为传热面，大部分热量是通过翅片传递的，结构高度紧凑，单位体积的传热面积可达2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。通常板翅式换热器采用铝合金制造，因此换热器的重量轻。由于铝合金在低温条件下的延展性和抗拉强度均很高，因此板翅式换热器适用于低温和超低温操作场合。同时由于翅片对隔板的支撑作用，其允许的操作压力也较高，可达5MPa。此外板翅式换热器还可用于多种不同介质在同一换热器内进行多股流换热。
板翅式换热器的主要缺点是流道尺寸小，容易堵塞，而且检修和清洗困难，因此所处理的物料应较洁净或预先净制。另外，由于隔板和翅片均由薄铝板制成，故要求换热介质不腐蚀铝材。
5.7.3 列管式换热器的选用与设计原则
换热器的设计即是通过传热过程计算确定经济合理的传热面积以及换热器的结构尺寸，以完成生产工艺中所要求的传热任务。换热器的选用也是根据生产任务，计算所需的传热面积，选择合适的换热器。由于参与换热流体特性的不同，换热设备结构特点的差异，因此为了适应生产工艺的实际需要，设计或选用换热器时需要考虑多方面的因素，进行一系列的选择，并通过比较才能设计或选用出经济上合理和技术上可行的换热器。
本节将以列管式换热器为例，说明换热器选用或设计时需要考虑的问题。
一、 流体通道的选择
流体通道的选择可参考以下原则进行：
1． 不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便于清洗管子；
2． 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，而且管内也便于检修和清洗；
3． 高压流体宜走管程，以免壳体受压，并且可节省壳体金属的消耗量；
4． 饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排出冷凝液，且蒸汽较洁净，不易污染壳程；
5． 被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体散热，增强冷却效果；
6． 有毒流体宜走管程，以减少流体泄漏；
7． 粘度较大或流量较小的流体宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流体流向和流速不断改变，在很低的雷诺数（Re<100）下即可达到湍流，可提高对流传热系数。但是有时在动力设备允许的条件下，将上述流体通入多管程中也可得到较高的对流传热系数。
在选择流体通道时，以上各点常常不能兼顾，在实际选择时应抓住主要矛盾。如首先要考虑流体的压力、腐蚀性和清洗等要求，然后再校核对流传热系数和阻力系数等，以便作出合理的选择。
二、 流体流速的选择
换热器中流体流速的增加，可使对流传热系数增加，有利于减少污垢在管子表面沉积的可能性，即降低污垢热阻，使总传热系数增大。然而流速的增加又使流体流动阻力增大，动力消耗增大。因此，适宜的流体流速需通过技术经济核算来确定。充分利用系统动力设备的允许压降来提高流速是换热器设计的一个重要原则。在选择流体流速时，除了经济核算以外，还应考虑换热器结构上的要求。
表5-4给出工业上的常用流速范围。除此之外，还可按照液体的粘度选择流速，按材料选择容许流速以及按照液体的易燃、易爆程度选择安全允许流速。
三、 流体两端温度的确定
若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在确定流体两端温度的问题。若其中一流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却一热流体，冷水的进口温度可根据当地的气温条件作出估计，而其出口温度则可根据经济核算来确定：为了节省冷水量，可使出口温度提高一些，但是传热面积就需要增加；为了减小传热面积，则需要增加冷水量。两者是相互矛盾的。一般来说，水源丰富的地区选用较小的温差，缺水地区选用较大的温差。不过，工业冷却用水的出口温度一般不宜高于45℃，因为工业用水中所含的部分盐类（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）的溶解度随温度升高而减小，如出口温度过高，盐类析出，将形成传热性能很差的污垢，而使传热过程恶化。如果是用加热介质加热冷流体，可按同样的原则选择加热介质的出口温度。
四、 管径、管子排列方式和壳体直径的确定
小直径管子能使单位体积的传热面积大，因而在同样体积内可布置更多的传热面。或者说，当传热面积一定时，采用小管径可使管子长度缩短，增强传热，易于清洗。但是减小管径将使流动阻力增加，容易积垢。对于不清洁、易结垢或粘度较大的流体，宜采用较大的管径。因此，管径的选择要视所用材料和操作条件而定，总的趋向是采用小直径管子。
管长的选择是以合理使用管材和清洗方便为原则。国产管材的长度一般为6m，因此管壳式换热器系列标准中换热管的长度分为1.5、2、3或6m几种，常用3m或6m的规格。长管不易清洗，且易弯曲。此外，管长L与壳体D的比例应适当，一般L/D=4～6。
管子的排列方式有等边三角形、正方形直列和正方形错列三种。等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，对流传热系数大；正方形直列比较松散，对流传热系数较三角形排列时低，但管外壁清洗方便，适用于壳程流体易结垢的场合；正方形错列则介于上述两者之间，对流传热系数较直列高。
管子在管板上的间距t跟管子与管板的连接方式有关：胀管法一般取t=（1.3～1.5）do，且相邻两管外壁的间距不小于6mm；焊接法取t=1.25do。
换热器壳体内径应等于或稍大于管板的直径。通常是根据管径、管数、管间距及管子的排列方式用作图法确定。
五、 管程和壳程数的确定
当流体的流量较小而所需的传热面积较大时，需要管数很多，这可能会使流速降低，对流传热系数减小。为了提高流速，可采用多管程。但是管程数过多将导致流动阻力增大，平均温差下降，同时由于隔板占据一定面积，使管板上可利用的面积减少。设计时应综合考虑。采用多管程时，一般应使各程管数大致相同。
当列管式换热器的温差修正系数 时，可采用多壳程，如壳体内安装与管束平行的隔板。但由于在壳体内纵向隔板的制造、安装和检修都比较困难，故一般将壳体分为两个或多个，将所需总管数分装在直径相等而较小的壳体中，然后将这些换热器串联使用，如图5-23所示。
六、 折流板
折流板又称折流挡板，安装折流板的目的是为了提高壳程流体的对流传热系数。其常用型式有弓形折流板、圆盘形折流板（如图5-24所示）以及螺旋折流板等。常用型式为弓形折流板。折流板的形状和间距对壳程流体的流动和传热具有重要影响。
通常弓形缺口的高度约为壳体直径的10%～40%，一般取20%～25%。两相邻折流板的间距也需选择适当，间距过大，则不能保证流体垂直流过管束，流速减小，对流传热系数降低；间距过小，则流动阻力增大，也不利于制造和检修。一般折流板的间距取为壳体内径的20%～100%。
七、 换热器中传热与流体流动阻力计算
有关列管式换热器的传热计算可按已选定的结构型式，按前一章相关内容，根据传热过程各个环节分别计算出两侧流体的对流传热热阻及导热热阻，得到总传热系数，再按本章前述内容进行换热器传热计算。
列管式换热器中流动阻力计算应按壳程和管程两个方面分别进行。它与换热器的结构型式和流体特性有关。一般对特定型式换热器可按经验方程计算，计算式比较繁杂，具体内容可参阅有关的换热器设计教科书或手册。
八、 列管式换热器的选用和设计的一般步骤：
列管式换热器的选用和设计计算步骤基本上是一致的，其基本步骤如下：
1．估算传热面积，初选换热器型号
（1） 根据传热任务，计算传热速率；
（2） 确定流体在换热器中两端的温度，并按定性温度计算流体物性；
（3） 计算传热温差，并根据温差修正系数不小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质或冷却介质的终温；
（4） 根据两流体的温差，确定换热器的型式；
（5） 选择流体在换热器中的通道；
（6） 依据总传热系数的经验值范围，估取总传热系数值；
（7） 依据传热基本方程，估算传热面积，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择换热器的规格；
（8） 选择流体的流速，确定换热器的管程数和折流板间距。
2．计算管程和壳程流体的流动阻力
根据初选的设备规格，计算管程和壳程流体的流动阻力，具体的计算方法可参考文献[1、3、5]的有关内容。检查计算结果是否合理和满足工艺要求。若不符合要求，再调整管程数或折流板间距，或选择其他型号的换热器，重新计算流动阻力，直到满足要求为止。
3．计算传热系数，校核传热面积
计算管程、壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，计算传热系数和所需的传热面积。一般选用换热器的实际传热面积比计算所需传热面积大10%～25%，否则另设总传热系数，另选换热器，返回第一步，重新进行校核计算。
上述步骤为一般原则，可视具体情况作适当调整，对设计结果应进行分析，发现不合理处要反复计算。在计算时应尝试改变设计参数或结构尺寸甚至改变结构型式，对不同的方案进行比较，以获得技术经济性较好的换热器。
5.7.4 换热器的传热强化途径 换热器的传热强化是指通过分析和计算，采取一定的技术措施以提高换热器中冷、热流体之间的传热速率。由传热速率方程可以看出，增大传热系数K，扩展传热面积A和增大传热平均温差Dtm均可提高传热速率。
一、扩展传热面积A
扩展传热面积的方法应以合理地提高设备单位体积的传热面积，如采用翅片管、波纹管、螺纹管来代替光管等，从改进传热面结构和布置的角度出发加大传热面积，以达到换热设备高效、紧凑的目的。而不应单纯理解为通过扩大设备的体积来增加传热面积，或增加换热器的台数来增加传热量。
二、增大传热平均温差Δtm
传热平均温差与生产工艺所确定的冷热流体温度条件有关，且其中的加热或冷却介质的温度因所选介质不同而存在很大差异。如在化工生产中常用的加热介质是饱和水蒸气，提高蒸汽压力就可提高蒸汽加热温度，从而增大传热温差；又如采用深井水来代替循环水，也可以增大传热温差。但在增加传热温差时应综合考虑技术可行性和经济合理性。当换热器中冷、热流体均无相变时，应尽可能在结构上采用逆流或接近于逆流的流动排布型式以增大平均传热温差。然而，传热温差的增大将使整个系统的热力学不可逆性增加。因此，不能一味追求传热温差的增加，而需兼顾整个系统能量的合理利用。
三、提高传热系数K
提高传热系数是强化传热过程的积极措施。欲提高传热系数，就必须减小传热过程各个环节的热阻。由于各项热阻所占份额不同，故应设法减小传热过程中的主要热阻。
在换热设备中，金属间壁比较薄且导热系数较高，一般不会成为主要热阻。
污垢热阻是一个可变因素。在换热器投入使用的初期，污垢热阻很小。随着使用时间的增长，污垢将逐渐集聚在传热面上，成为阻碍传热的重要因素。因此，应通过增大流体流速等措施减弱污垢的形成和发展，并注意及时清除传热面上的污垢。
通常，流体的对流传热热阻是传热过程的主要热阻。当间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，应设法强化对流传热系数较小一侧的对流传热。
目前增强对流传热的方法主要有：
1． 改变流体的流动状况
（1）提高流速 提高流速可增加流体流动的湍动程度，减薄层流底层，从而强化传热。如在列管式换热器中通过增加管程数和壳程中的折流板数来提高流速。
（2）增加人工扰流装置 在管内安放或管外套装如麻花铁、螺旋圈、盘状构件、金属丝、翼形物等以破坏流动边界层而增强传热。实验表明加入人工扰流装置后，对流传热可显著增强，但也使流动阻力增加，易产生通道堵塞和结垢等运行上的问题。
2． 改变流体物性
流体物性对传热有很大影响，一般导热系数与比热较大的流体，其对流传热系数也较大。例如空气冷却器改用水冷却后，传热效果大大提高。另一种改变流体性能的方法是在流体中加入添加剂。例如在气体中加入少量固体颗粒以形成气-固悬浮体系，固体颗粒可增强气流的湍流程度；在液体中添加固体颗粒（如在油中加入聚苯乙烯悬浮物），其强化传热的机理类似于搅拌完善的液体传热；以及在蒸汽中加入硬脂酸等促进珠状冷凝而增强传热等。
3．改变传热表面状况
通过改变传热表面的性质、形状、大小以增强传热的方法主要有：
（1）增加传热面的粗糙程度 增加传热面的粗糙程度不仅有利于强化单相流体对流传热，也有利于沸腾传热。在不同的流动和换热条件下粗糙度对传热的影响程度是不同的。不过增加粗糙度将引起流动阻力增加。
（2）改进表面结构 对金属管表面进行烧结、电火花加工、涂层等方法可制成多孔表面管或涂层管，可以有效地改善沸腾或冷凝传热。
（3）改变传热面的形状和大小 为了增大对流传热系数，可采用各种异形管，如椭圆管、波纹管、螺旋管和变截面管等。由于传热表面形状的变化，流体在流动中将不断改变流动方向和流动速度，促进湍流形成，减薄边界层厚度，从而加强传热。
综上所述，强化传热应权衡利弊，在采用强化传热措施时，对设备结构、制造费用、动力消耗、检修操作等方面作综合考虑，以获得经济而合理的强化传热方案。
| 
发表于 2023-3-29 11:24:16
