浅议换热器强化传热技术

2015-03-28于鹏王二龙国家热交换产品质量监督检验中心吉林四平136000

化工管理 2015年24期

于鹏王二龙 (国家热交换产品质量监督检验中心，吉林四平 136000)

1 强化传热技术的价值

随着能源危机的日益加深，如何高效利用能源成了社会各界广泛关注的焦点。在工业生产领域，换热器作为一种关键设备，在传递能量方面发挥着重要作用，其传热性能的高低对能源利用效率产生直接且明显的影响。所谓强化传热技术指的是，提升和保证换热器综合效率的一系列措施的集合。二十世纪七十年代初，能源危机几乎波及全球各国，这在很大程度上推动了强化传热技术的进一步发展[1]。若想达成节能降耗的目的，则需要针对传热环节所涉及的强化问题进行深入研究，并在此基础上设计出适宜的强化传热结构，这也已然成为现代工业节能工作中亟需解决的问题之一。

2 主动式强化传热技术

2.1 机械搅拌

机械搅拌主要有三种形式，一是搅动流体，二是旋转传热表面，三是表面刮削[2]。拥有可旋转性能换热器管道的设备现如今已经被广泛应用于商业领域。表面刮削常见于化学生产领域黏性流体的批量式处理，如刮面式换热器，目前已经在食品工业领域得以普及应用，并取得了良好的应用效果。

2.2 表面振动

不管是高频率振动，又或者是低频率振动，大多情况下都用来增强单相流体传热。其作用原理是，通过振动以实现对流动扰动的强化，最终达成强化传热的目的。尽管振动能够强化传热，然而振动需要大量外界能量的支撑，因而显得得不偿失。有鉴于此，相关学者研究指出，可通过流体诱导振动，进而达成强化传热的目的，利用水流自身特性诱导传热元件发生振动，能够节省大量能量，不仅如此，还可以降低污垢热阻，获得复合式强化传热效果。

2.3 静电场

可借助一些方法使静电场施加作用于介电流体。总体而言，静电场能够让传热表面处的流体形成比较充分的主体混合，最终达成强化传热的目的。静电场还能够与磁场结合应用，产生强制对流环境或拥有该功能的电磁泵。对于静止流体，施加相应强度静电场所产生的电晕风能可以在相应条件下完成对单相流体传热的有效强化。

3 被动式强化传热技术

3.1 表面处理

常见的表面处理形式有两种：一种是对表面粗糙度进行小幅度调整，另一种是设置表面涂层（可以是连续的，也可以是不连续的）。另外，还可以借助以烧结为代表的一系列传热表面处理方式，形成多孔状或者锯齿状表面，常见的如开槽、碾压以及多孔涂层等。通过该方式得到的表面粗糙度无法满足单相流体传热的实际需要，因而大多用于以下两种传热的强化，一是强化沸腾传热，二是强化冷凝传热[3]。

3.2 扰流装置

将扰流装置安装在流道中的适宜位置，可实现对近壁区流体流动的有效调整，以一种间接方式强化传热表面所拥有的能量传输能力，常见于强制对流。对于管内插入物，相当一部分是此类扰流装置，不仅有金属栅网，还有静态混合器，除此之外，还有不同类型的环、盘以及球等元件。

3.3 漩涡流装置

包括若干种不同类型的几何布置，常见的如内置式漩涡发生器等。这一类装置能够延长流道长度，形成旋转流动，大幅提升流体发生径向混合的程度，使流体速度和温度各自的分布拥有更为理想的均匀性，从而达成强化传热的目的，在强化对层流换热方面表现出了相当理想的效果。

4 换热器强化传热技术的发展方向

4.1 管程

强化传热技术正处于迅猛发展之中，异形强化传热管引起了业界关注，其研发工作现正在如火如荼地进行。传统异形管表现出诸多不足，如加工难度系数大、生产成本大、需要借助复杂的加工装置。因此，有必要优化高效换热管的研发技术，或者设计出更为理想的新型高效换热管，在降低其结构复杂程度的同时，削减其制造、使用成本，这是普及此类换热管的一个基本前提，也是换热器的未来发展方向之一。