强化传热1st.ppt

《强化传热》 教师：朱群志 第一章 绪论 第一节 强化传热的意义 第二节 强化传热目的、途径 第三节 强化传热技术的分类 火力发电厂生产过程 火力发电厂中的传热问题 工业中的传热问题 制冷机中的传热问题 换热设备的技术经济分析 换热器在金属消耗、动力消耗及投资方面占重要份额 锅炉占电厂投资的70％左右（2×300MW机组，投资25～30亿）； 制冷机中，蒸发器占制冷机总质量的30％～40％；动力消耗占20％～30％； 在石油化工企业中，占全部投资的30％～40％； 车辆冷却系统动力消耗占发动机输出功率的3％～15％。 强化传热技术的发展需求 大容量能源供应系统要求小尺寸、大容量换热器；尖端工业对小尺寸、轻质的紧凑式换热器的需求； 新能源利用、化石燃料高效清洁利用 海洋温差发电 低品位能源利用、余热回收利用 大功率电子设备、集成电路的有效冷却 第一章 绪论 第一节 强化传热的意义 第二节 强化传热目的、途径 第三节 强化传热技术的分类 强化传热的目的 减少初设计的传热面积，以减少换热器的体积和重量； 提高现有换热器的换热能力； 使换热器能在较低温差下工作； 减少换热器的流动阻力，以减少换热器的动力消耗。 合理选用最佳强化传热技术 在给定工质温度、热负荷以及总流动阻力条件下，先用简明方法对采用的几种强化传热技术从使换热器尺寸小、重量轻的角度进行比较。 分析需要强化传热处的工质流动结构、热负荷分布特点以及温度场分布工况，以确出有效的强化传热技术，使流动阻力最小而传热系数最大。 比较采用强化传热技术后的换热器制造工艺、安全运行工况以及经济性问题。 换热器中的分类 换热器的定义 冷热流体在其中通过传热进行热量交换的装置 按工作过程分 表面式 蓄热式 混合式 表面式换热器 本课程以表面式换热器为主，讨论稳定过程的换热。 高压加热器管系流程示意图 142MW大型螺管高压加热器结构设计， 黑龙江电力， 26（ 1），20-22，2004 。 蓄热式换热器 回转式空气预热器 混合式换热器 除氧器 传热方程式 传热计算式 复合传热三种形式。 实例：过热器的传热过程分析 表面式换热器的强化传热途径 增加平均传热温差以强化传热 扩大换热面积以强化传热 提高传热系数以强化传热 思考：凝汽器中循环水的进口、出口位置？ 顺流和逆流时温度的沿程变化 途径一：增加平均传热温差以强化传热 方法一：当冷流体和热流体的进出口温度一定时，通过改变换热面布置方式来改变平均传热温差。布置成逆流或接近逆流的方式。 如何提高省煤器、过热器、再热器和烟气侧的传热温差？ 途径一：增加传热平均温差以强化传热 （续） 方法二：扩大冷热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。 方法的局限性 物料的温度由工艺过程确定，不能随意改动 加热、冷却工质的温度选择 实例：水蒸气。压力15.86×105 Pa, T = 473 K.如温度每升高2.5K，压力要增加105 Pa。压力高引起金属消耗量增加，设备庞大、笨重。 加热工质温度的选择受被加热物料性质的限制 火用损失增加。 肋片的换热计算 设圆环面积为A‘，肋基础面积为A“，肋片效率为?。如何计算肋片换热量？ 途径二：扩大换热面积以强化传热 方法一：采用小直径管子。 管径越小，耐压越高，在同样的金属重量下，总表面积越大。 方法二：扩展表面换热面。 肋片管、销钉管和鳍片管。 扩展表面换热面 对高温、高压下运行的过热器和省煤器，采用形状简单的扩展表面，保证有足够强度的壁厚。 综合效益： a) 增加换热面积； b) 提高传热系数； c) 流动阻力增大。 途径三：提高传热系数以强化传热 洁净换热器的传热系数 各项强度分析： 金属材料导热系数很大，管壁较薄，d/l可忽略。 提高管子两侧的h1和h2， 特别要提高换热较差一侧的换热系数。 各种传热方式的换热系数 提高传热系数的具体方法 提高工质流速， 横向冲刷管束， 消除旋涡死滞区， 增加流体的扰动和混合， 破坏流体边界层和层流底层的发展， 改变换热器表面状况。 提高传热系数的基本原则 单相流体的热阻主要在层流底层，减薄层流底层的厚度 在沸腾换热中，增加换热面上的汽化核心的数目和生成气泡的频率 在凝结换热中，减薄凝结后液膜厚度 第一章 绪论 第一节 强化传热的意义 第二节 强化传热目的、途径 第三节 强化传热技术的分类 强化传热技术的分类 按照被强化的传热过程分为： 导热过程 单相对流换热 沸腾传热 凝结传热 辐射传热 强化传热技术的分类（续） 按照是否需要外部能量分为 有功技术（主动强化、有源强化） 无功技术（被动强化、无源强化） 有功强化传热技术 机械强化（搅动、旋转、刮动） 传热表面振动强化 静电场 射流冲击传热强化 无