传热学多媒体教学辅助系统（赵镇南）6.5 强化传热.pptVIP

第6章 6.5节（20） * 6.5 强化传热 强化传热是指运用各种技术手段设法提高传热设备单位换热面积的传热量. 实现强化传热，可以大幅度地缩小设备体积，减少金属材料的消耗量，节能节水，对增加换热设备的技术含量、提高经济效益的作用非常明显. 强化传热是传热研究领域里永恒的主题 第6章 6.5节（20） * 6.5.1 传热强化的原理 从传热方程出发 增大传热量可以从三个方面入手 强化传热的本意更多的是指寻找提高总传热系数 k 的各种有效方法 第6章 6.5节（20） * 1. 主导热阻原理 多环节串联传热过程的总热阻 两条基本结论： (1) 串联热阻中最大的热阻对k 的影响最大 (2) 就对流热阻而言，面积项与表面传热系数项处于同等地位，我们的根本目的是要使 hA的乘积增大 第6章 6.5节（20） * 2. 场协同原理 略体积力、内热源和轴向导热时的二维层流强迫流动换热边界层能量方程： 若把方程左侧视为源项，那么这也可以看作是一个导热方程。在?t,x 即热边界层内对上述方程两侧同时积分： 改写为矢量形式： 第6章 6.5节（20） * 无因次化后得出 强化单相对流换热，除Re，Pr 之外还存在另一个因素，即速度矢量与温度梯度矢量的夹角? ，即速度场与温度场之间的协同-配合关系： 【注：参见思考题99】 第6章 6.5节（20） * 管内充分发展的层流换热差，一个重要原因是其夹角? 几乎为90°。这时导热成为主要传热方式，而对流的作用微弱。 速度与温度梯度剖面的饱满程度提高将导致对流换热的 Nu 上升。 应用实例：交叉缩放椭圆管 图1. 网格划分 第6章 6.5节（20） * 图2. 不同截面位置的速度矢量图 第6章 6.5节（20） * 应用实例2： Twisted tube bundle for a shell-and-tube exchanger. Adapted from “Fundamentals of Heat Exchanger Design” by R K. Shah and D P. Sekulic, John Wiley Sons Inc. 第6章 6.5节（20） * 6.5.2 强化传热的基本途径 主动技术（active technique）和被动技术（passive technique）两种基本类型，也称作 有源技术和无源技术 单相流体的强化换热技术 1．改变流体的流动状态或者边界层状态 从提高湍流度、加大旋转、引发二次流、破坏边界层等方面入手 第6章 6.5节（20） * (a) 螺旋弹簧 (b) 纽带 (c) 静态混合器 (d) 挤压型内插物 第6章 6.5节（20） * 2．改变换热表面的几何状况 （1）表面粗糙化 （2）改变特征尺寸 （3）表面肋化 空冷器翅片管束的发展过程是典型例子 第6章 6.5节（20） * 三代空冷器强化传热翅片的发展与变化示意 第6章 6.5节（20） * 上图：翅片管空冷器 右图：V型抽吸式空气冷却器 第6章 6.5节（20） * 附图. 第三代空冷器的翅片管结构 第6章 6.5节（20） * 3．改变流体的物性 利用添加剂人为改变流体的部分热物性，与流体共同组成两相或多相体系 在气态介质中添加固体颗粒 在液体中加入气体，体积流量激增和流体的动加剧 空冷器外表面喷水：蒸发冷却 相变微胶囊两相流能大幅度提高表面传热系数 在液体中添加表面活化剂可以强化液体吸收过程中的传热传质 第6章 6.5节（20） * 4．外力强化方法 （1）机械搅拌 （2）机械振动 设备（换热面）振动, 流体本身脉动 介质种类、形状，振动方向和振动参数（振幅、频率） 振动本身耗能，可能引起机械故障 （3）静电场 主要针对自然对流换热的强化 第6章 6.5节（20） * 值得注意的几个问题: 应根据不同换热场合、条件，确定采用哪种强化措施 只要在机理上不矛盾，同时采用两种，甚至两种以上的强化方法一般来说是有利的：复合强化技术 一侧流体的强化措施不应该对另一侧造成不利影响 第6章 6.5节（20） * 几种单相强化波节管 第6章 6.5节（20） * 管内、管外强化管 及各种螺旋盘管 第6章 6.5节（20） * 6.5.3 强化传热性能的评价原则 比较常用的一种评价参数是 j 因子与摩擦系数之比，即 j / f，相应于单位摩擦阻力的传热能力 以强化表面的 j 因子和摩擦系数分别与光滑表面进行比较，即用 j / js、f /