关键热阻与换热器传热过程的强化措施.doc

PAGE PAGE 4 关键热阻与强化换热器传热过程的措施 徐忠娟 (扬州化工学校， 扬州 225002) 摘要： 本文阐明了强化换热器传热过程的最主要途径是降低关键热阻，分析了各种情况下的关键热阻，并对如何降低关键热阻提出了具体的措施。 关键词：关健热阻；换热器；传热系数；给热系数 对于如何对换热器的传热进行强化，不少教科书和文献都作了分析，但在具体情况下采取何种措施，分析很少。本文结合关键热阻［1］的概念进行了具体分析。 1. 强化传热途径分析： 由传热速率方程式可以看出换热器传热过程的强化可通过增大传热平均温度差，增大传热面积A和增大总传热系数Ｋ三个途径来实现。 1.1 增大传热平均温度差 传热平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件。物料的温度由生产工艺决定，一般是不能随意变动，而加热介质和冷却介质的温度因所选介质的不同而不同。显然这种方法受生产工艺、设备条件、环境条件及经济性等方面的限制，实际操作时有一定的局限性。 1.2 增大传热面积A 增大传热面积A可使传热量Q增大，这对新设计的换热器而言，通常增大传热面积就意味着增加金属材料的用量，使设备投资费用提高，因此，我们在进行换热器的设计时应从设备结构入手，尽可能增加单位容积所具有的传热面积，有些措施见下面分析。但是在既定的换热器上想增大传热面积是不现实的。 1.3 增大总传热系数Ｋ 增大总传热系数Ｋ（即降低总热阻1/K）是换热器强化传热的最主要的途径，无论是在换热器的设计时还是在换热器的运行中都必须设法提高K值。这也是当今世界上强化传热研究的重要工作。那么如何提高总传热系数Ｋ呢？下面就这一问题笔者将作详细的分析。 2. 增大总传热系数Ｋ的措施分析 由总传热系数Ｋ的估算公式： 可见，传热过程是一较复杂的过程，传热的总热阻是串联各项热阻之和。由于各项热阻在总热阻中所占的比例不同对传热速率的影响就不同，应先分析哪一项热阻是过程的控制性热阻——关键热阻。再设法去减小它，从而可达到有效地降低总热阻，增大传热系数Ｋ，强化传热过程的效果。下面对各种情况下的关键热阻进行分析。 2.1 给热热阻（）的影响 给热热阻（）经常是传热过程的主要矛盾，是重点研究的内容。当换热器管壁热阻，垢层热阻可以忽略时，则有:。由于给热热阻有两项:和，谁是关键热阻应作具体分析。 2.1.1间壁两侧流体的给热系数相差较大时 在一些管壳式换热器中，若时，例如：管外是蒸汽冷凝，给热系数；管内是气体强制对流，给热系数，在这种情况下，由计算得，此时K值接近于较小的值。即。很明显就成为此类传热情况的关键热阻，因此，在这种情况下，提高K值关键是提高的值即必须设法增大管内流体的湍动程度，减小管内流体层流底层的厚度。具体的措施有： 〈1〉增加列管式换热器的管程数，采用小直径管，可提高管内流体的流速而增强流体的湍动程度。 图1 异径管〈2〉采用各种异径管短管（如图１所示） 图1 异径管 图4 外翅片管〈3〉管内壁做成翅片状（如图２所示）。 图4 外翅片管 (a) (b) 图２内翅片管 上述〈3〉〈4〉两项措施不仅增加管内流体的湍动程度，提高值，提高K值。且实现了在不增加金属用量的前提下，增加管内传热面积的目的，起到了K值和A值两方面的双重强化效果。 反之若，则就成为关键热阻，增大就成为提高K值强化传热的有效途径。提高管外流体给热系数的常见措施有： = 1 \* GB2 ⑴壳程装设纵向挡板和折流挡板。这也是普通的列管式换热器常用的方法。 = 2 \* GB2 ⑵当时，将管子的外壁做成翅片形式（如图4所示）。外翅片管已广泛应用于制冷、动力、能源中的冷凝器，是空冷器的核心和关键元件。 图5 外螺纹管图３管内插入弹簧圈 = 3 \* GB2 ⑶时,采用螺纹管（如图5所示）效果较好。如在南京炼油厂，常减压蒸馏后的渣油和原油进行一次换热时，原油走管程，渣油走壳程。因渣油的粘度较大，若采用一般的光管，换热器管外壁的层流底层较厚，其传热系数Ｋ值较低，且因为渣油腐蚀性大，易结垢，使得换热器的使用寿命短。更换螺纹管换热器后，由于渣油在管外的螺旋运动，其层流底层明显减薄，传热系数提高了一倍以上。此外由于螺纹管能产生“手风琴”膨胀和收缩，这样做也起到了从A0和K值两方面双重强化作用。［2］ 图5 外螺纹管 图３管内插入弹簧圈 2.1.2当间壁两侧流体的给热系数相差不大时 两种强制对流的气体或液体在管壁两侧进行换热时，和值相差不大,此时,和对K值影响都很明显，和都是关键热阻，在这种情况下应设法同时提高和，才能有效地提高K值。 措施（1）采用内外翅片管(如图6所示)。 华南理工大学化学工程研究所传热与节能研究室研制