强化传热文献综述

1、 华北电力大学研究生结课作业学 年 学 期：20142015第二学期课 程 名 称：强化传热 学 生 姓 名：学 号： 提 交 时 间：2015.3.26 强化传热文献综述 摘要：研究各种传热过程的强化问题来设计新颖的紧凑式换热器，不仅是现代工业发展过程中必须解决的课题，同时也是开发新能源和开展节能工作的紧迫任务，因而研究和开发强化传热技术对于发展国民经济的意义是十分重要的。本文主要总结了管内强制对流换热和强制对流沸腾换热、管束中强制对流换热、大容器沸腾换热和凝结换热的强化方法。以及管壳式换热器和管内置扰流元件的强化传热的研究进展。 关键词：强化传热；粗糙表面法；扩展表面法；扰流元件；机械强化

2、法;静电场法引言 工质的流动和传热在动力、核能、制冷、化工、石油乃至航空、火箭和航空等工业中是常见的。这些工业的换热设备中广泛存在着各种传热问题。以动力工业中的火力发电厂为例，蒸汽锅炉本身就是一个大型复杂换热面。燃料在炉膛中燃烧生产的热量，需要应用多种传热方式，通过炉膛散热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤器加热工质，是工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。此外，在锅炉尾部还装有利用排出烟气加热燃烧所需空气的空气预热器。在电厂的热力系统中还装有各式给水加热器、蒸汽凝结器、燃油加热器等。在这些设备中也都存在各种各样的传热问题。换热器的合理设计、运转和改进对于节省资金、能源、金属和空

3、间而言是十分重要的。1 强化传热的目的和意义1.1目的 减小初设计的传热面积，以减小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；减少换热器的阻力，以减少换热器的动力消耗。1.2意义 研究各种传热过程的强化问题来设计新颖的紧凑式换热器，不仅是现代工业发展过程中必须解决的课题，同时也是开发新能源和开展节能工作的紧迫任务，因而研究和开发强化传热技术对于发展国民经济的意义是十分重要的。2换热器中强化传热的途径及分类2.1途径： 增加平均传热温差；扩大换热面积；提高传热系数。2.2分类 从被强化的传热过程来分，可分为导热过程的强化、单相对流换热过程的强化、沸腾传热过程的强化

4、、凝结传热过程的强化和辐射传热过程的强化。 从提高传热系数的各种强化传热技术来分，可分为有功技术和无功技术两类。有功强化传热技术包括：机械强化法、振动强化法、静电场法和抽压法等。无功强化传热技术包括：表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面法、装置强化元件法和加入扰动流体法等。3提高传热系数来强化传热的技术3.1单相流管内强制对流换热的有效强化方法 使管内流体发生旋转运动。流体发生旋转可是贴近壁面的流体速度增加，同时还改变了整个流体的流动结构。在采用各种有效的使流体旋转的措施后，增加了旋转流体的流动路径，加强了边界层流体的扰动以及边界从流体和主流流体的混合，因而使传热过程得以强化。具体可行的方法有

5、：在管内插入各种可使流体旋转的插入物，诸如纽带、错开纽带、静态混合器、螺旋片以及螺旋线圈等；在管子内壁上开设内螺纹；采用滚压成型的螺旋槽管和在管壁上带螺旋内肋片的内肋管。3.1.1扭带 插入管内的扭带和流体相互作用会引起旋转流体中生成复杂的二次流漩涡现象。同时还会出现边界层中流动缓慢的流体和流核区流体相互混合的现象。这些现象无疑将使流动阻力增大。我们将这一附加阻力增量称为旋转流体的漩涡流动损失。管内插入扭带以强化传热的方法存在一定的缺点。当换热器管子中采用插入扭带的方法来强化传热过程中，常须消耗大量钢板。此外当Re数增大时，采用扭带插入物的强化传热效果将减小。再者，扭带插入管子后，将管子通道分

6、隔成两部分。当这种管子用于脏流体时，易造成管子堵塞。3.1.2螺旋片和螺纹槽管在管内插入螺旋片和采用压制而成的螺纹槽管以强化传热，就可以改进这些缺点。螺旋片的宽度h和螺纹槽管的螺纹高度比管子内直径小得多，所以制造所需金属量要比纽带少得多。螺旋片插入物和螺纹槽管的强化传热机理，是同时应用了使流体旋转和使流体周期性地在螺旋凸出物区域受到扰动的原理来强化传热，所以能保持较高的传热强度。对插有纽带管子的紊流强度分布进行的测定表明，管中近壁区的紊流强度较弱。因而，要强化传热主要应使这一区域中的流体发生旋转，以增加其紊流强度而不需使全部流体旋转。纽带的作用是使全部流体旋转，因而阻力较大。流体在插有螺旋片的

7、管子和螺纹槽管中流动时，流体的旋转主要发生在强化传热所需要扰动的近壁区域。因而与插有纽带的管子相比，在高雷诺数时，这两种管子能在低阻力损失情况下，保持和插有纽带管相近的传热效果。3.1.3螺旋线圈或静态混合器在管内插入螺旋线圈或插入静态混合器也可有效地增强传热效果。螺旋线圈由直径为3mm以下的铜丝或钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。静态混合器是由一系列串联布置的左、右扭转180度的短扭转元件组成。每一原件的前缘与前一元件的后缘互成90度接触。每一元件扭转180度，其长度和管子内直径的比为1.5。前一元件为右旋，后一元件为左旋。各元件互相焊成一体插入管内

8、构成一种强化传热管。在插有螺旋线圈的管子中，在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以是传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径较细，流体旋转强度也较弱，所以这种管子的流动阻力相对较小。螺旋线圈自身所起的肋片传热效应不大，可略而不计。关于静态混合器强化传热的机理，现在一般认为是这样的，流体流入第一个元件时被分为两股，各自在相应的半圆形流道内作旋转运动。当流体流到下一个元件时，这两股流体再次被分隔。由于下一个元件的旋转方向相反，因而使流体质点沿流程交替地由管子中心流向管壁以及按相反的方向流动。在这种流动过程中，流体经过反复不断的分割和正反方向的

9、旋转使流体得到均匀的径向混合。这种流动过程中，流体经过反复不断的分割和正反方向的旋转使流体得到了均匀的径向混合。这种流体方式有效地加强了主流和近壁区域的径向混合，减小了流体在径向的温度差和速度差，从而强化了传热。3.1.4内肋管采用内肋管也可增强换热量。应用内肋可起到两个作用，一是提高管内工质到管壁的换热系数；另一是降低管壁温度。直的内肋管不扰动管内的流动，螺旋内肋管中的流动工况和螺纹槽管的相似。管内存在肋片后，由于湿周增大，所以通道截面的当量直径减小。由于当量直径的减小和内壁换热面积的增大，使直内肋管的换热系数高于光管的。因而在相同的换热量时，与光管相比可保持较低的管壁温度。螺旋内肋管也同样

10、具有这样的作用。3.2单相流体在管束中的强制对流换热的强化 在各种换热器中，管子的排列方式一般有两种：顺列和叉列。流体流过管束的基本方式也有两种，当流体流动方向和管束轴线平行时，这种流动方式称为纵向冲刷；当流动方向和管束轴线垂直时，则称为横向冲刷。横向冲刷的流动工况和传热工况比较复杂，收到管束排列方式、管子间距大小和沿流动方向上管子排数的影响。当流体横向冲刷顺列管束时，从第二排起，每排管子正对来流的一面位于前排管子的漩涡尾流内，受到流体的冲刷情况较差。而管子与管子之间（垂直流动方向上）的流体却受到管壁的干扰较小，流动方向较稳定。当流体流过叉列管束时，各排管子受到的冲刷情况大致相同。各处流体混合

11、情况较顺列时有所改善，因而平均换热系数一般比顺列的高。3.2.1人工粗糙度单相流体管束传热的较实用强化方法为采用扩展换热面及在管子外壁上增加人工粗糙度。采用合适的扩展表面后，可以提高换热器的换热量，降低换热器的壁面温度，使换热器价格下降，因而在换热器中扩展换热面得到广泛应用。暖气设备上的散热片、发电机气体冷却器中的肋片管、汽车上的散热器、大型锅炉中的肋片管以及其它工业换热器中应用的各式肋片管均属此列。在管子外壁覆盖方格铁丝网或绕上金属丝等，都可增加管束的换热量。3.2.2横纹槽管应用横纹槽管可以强化纵向冲刷管束，且有以下优点：1、横纹槽管不像外肋管那样会增加管子的周向尺寸，从而使管子难以布置紧

12、凑，横纹槽管可用于紧凑式换热器；2、横纹槽管在管内形成周向突出物，可同时加强管内换热；3、制造及装配工艺简单。3.2.3周向肋片管横向冲刷周向肋片管管束的传热效果与光管管束的相比是显著的。对于顺列管束而言，有相当一部分肋片换热面处于低速漩涡区。因而顺列周向列片管束的平均换热系数较低。在漩涡区和死滞区外面，尤其在肋尖处流速较高。因而在顺列管束中，在低速漩涡区和死滞区流体迅速受热，温度较高，而在流速较高处，则流体温度较低。这两种流体混合不良。在叉列周向肋片管中，流体混合情况就好得多，因而传热效果也好。3.2.4鳞片管和膜式管束应用鳍片管束可以减小部件尺寸，减小价格较高的承压管子金属消耗量。管内的水

13、阻力和管外的烟气流动阻力也相应降低。鳍片管的排列，可以是顺列，也可以是叉列的。前者用于烟气温度较高的污染流体中。顺列管束不易结渣，单传热效果不如叉列管束，所以用得较少。鳍片管结构简单，宜于在含灰的锅炉烟气中使用。鳞片管的主要缺点为背向来流的鳍片传热效果不好，而且在锅炉中应用时，管束的支撑需要专用的耐高温的支撑设备。因而随后又发展了膜式管束结构。在膜式管束中，各种纵向外肋片将管束中每列管子整个焊成一片。扰动型膜式管束用皱纹膜片和管子相焊，以便增强流体扰动，改进传热。带假管的膜式管束试图进一步减小承压管子的材料消耗量。透镜型膜式管束试图进一步减少烟气流动阻力。在实际工程应用中，平膜式管束因其结构简

14、单，运行可靠而应用最广。3.3单相流体对流换热的其它强化方法 用有功强化传热技术来强化单相流体作自然对流以及强制对流时的传热。此类方法都需要应用外部能量来达到强化传热的目的，其中包括有：机械搅拌法、换热面旋转法、振动强化法、电场法、加入添加剂法以及抽压法等。 混合容器中单相流体的换热主要是自然对流换热、换热系数低，温度分布很不均匀。因而，如何强化容器中的换热是一个重要的工业生产问题。较大的工业容器一般应用机械搅拌法进行强化传热。如容器中的工质为低粘度液体，一般采用高速小尺寸机械搅拌器，此时，搅拌过程将在高雷诺数的紊流状态下进行。如容器中的工质为高粘度液体，应用小尺寸的搅拌器一般效果不大。于是，

15、通常应用低速锚式和螺旋式搅拌器。这些搅拌器的直径比容器直径略小，在搅拌器和容器壁之间存在一小间隙。螺旋式搅拌器与锚式搅拌器相比，具有使顶部和底部流体加强混合的优点，但制造价格较贵。采用者两种搅拌器时，在容器壁上都不需装肋片。此外，在采用螺旋式搅拌器时，常难以应用螺旋管换热设备，一般常应用容器夹层换热设备。利用振动强化单相流体对流换热的方法可分为两种：一种是使换热面振动以强化传热；另一种是使流体脉动或振动以强化传热。研究表明，不管是换热面振动还是流体振动，对单相流体的自然对流和强制对流换热都是有强化作用的。在流体中加一静电场以强化单相流体的对流换热是一种有吸引力的强化传热方法。这种方法对气体和液

16、体的自然对流和强制对流都能产生一定的强化传热效应。在静止的流体中加上足够强度的静电场后，会促进流体流动，形成一股所谓的电晕风。这股电晕风在一定条件下恩能够强化单相流体的对流换热。在流动液体中加入气体或固体颗粒；在气体中喷入液体或加入固体颗粒，都可起到强化单相流体强制对流换热的作用。这些强化传热的方法统称为添加剂法。另一种强化传热的方法称为抽压法，多用于冷却受到高温作用的空心叶片的场合。此法是使冷却介质通过抽吸或压出的方法经叶片或管道的多孔壁面流出。这种冷却方式可以使换热系数大为增高，使金属壁温保持在适宜的水平。3.4大容器沸腾换热强化方法 有表面粗糙法、表面特殊处理法、扩展表面法、添加剂法、机

17、械搅拌法、振动法、静电场法和抽压法等。强化传热的目的在于增强换热、提高换热系数。3.4.1表面粗糙法应用表面粗糙法能有效地强化汽泡状沸腾换热过程，但要注意强化效应的持久性问题。增加粗糙度能使沸腾换热系数增高，但有一极限粗糙度，超过此值后，换热系数不再随粗糙度增加而增高。此外，增加粗糙度并不能提高临界热流密度的数值。由于影响表面粗糙法的因素很多，因而至今还无法确定一种最优的粗糙壁面，还需作进一步的研究。3.4.2内凹穴在表面凹凸不平的换热面上汽泡最易在表面的圆锥形凹穴中形成，因为凹穴易于吸附气体使之成为形成汽泡的胚胎。但是，进一步研究表明，普通换热表面上的圆锥形凹穴并非理想的稳定汽化核心，因为易

18、于发生表面老化现象。随后的研究表面，内凹穴是较为理想的稳定汽化核心。表面多孔换热面具有大量尺寸较大的稳定汽化核心，因而可以使工质在过热度很小的工况下产生大量汽泡，强化了汽泡状沸腾换热过程。制造表面多孔换热面的制造方法总的来说可以分为两类：一类为在换热面表面上用各种方法加一层多孔覆盖物，这样制成的换热面称为带覆盖层的表面多孔换热面；另一类为在换热面表面上用机械加工方法加工成所需的内凹穴，这样制成的换热面称为机械加工表面多孔换热面。带覆盖层的表面多孔换热面又可分为带金属覆盖层和带非金属覆盖层的两种。3.4.3外肋管应用扩展表面法以强化传热，一般用外肋管代替光管，可以增加大容积沸腾换热系数。其原因在

19、于一方面外肋管比之光管具有较大的换热面积，所以增加了实际汽化核心；另一方面，肋片和管子基体连接处受到液体的湿润作用较差，是良好的吸附气体场所，此外，肋片与肋片之间的空间里由于液体三明受热，最易过热。由于外肋管比之光管具有这些有利于汽泡成长和长大的优越条件，使外肋管比光管易于起沸，能保持稳定沸腾，并具有较高换热系数。3.4.4添加剂法在液体中加如气体或另一种合宜的液体以强化传热的方法，对大容积沸腾换热是适用的。在液体中加入气体有利于汽化核心的汽化，加入含挥发分多的液体以及可以增加液体对金属湿润性能的液体，也可以起到增加活化的汽化核心和汽泡脱离频率的作用，因而都能强化沸腾换热过程。在液体中加入固体

20、颗粒以强化传热，试验表明，带固体颗粒层的大容积沸腾换热，不仅能提高换热系数，并且能使换热面在大气压和低压运行时不结垢。3.4.5机械方法用机械方法搅拌大容积中的液体，能使液体得到一强制对流速度。这一方法对于加强低热负荷沸腾换热和提高临界热流密度是有效的，但是对于充分发展了的汽泡状沸腾作用很小。应用旋转换热面的方法也能提高沸腾换热系数和临界热流密度值。另一种应用机械扰动方法以增强换热的措施是在换热面附近引入汽泡。3.5管道中强制对流沸腾换热的强化传热方法换热面表面粗糙法对于强化大容器沸腾换热是有效的，但是用于强化管内强制对流沸腾换热则效应较差。当工质流速较低时，表面粗糙法还有一些强化作用，但是流

21、速略增，强化作用即消失。采用换热面表面特殊处理法也可提高管内强制对流沸腾换热系数。由于管道内较难进行机械加工，一般都采用烧结法使管子内壁形成一层多孔金属覆盖层。研究表明，可使管内强制对流沸腾换热系数显著提高。在管道内强制对流沸腾换热情况下，应用流体旋转法有两个目的：一是提高管内强制对流沸腾换热系数；另一个是提高临街热流密度值，推迟或防止换热系数恶化的发生。后一目的对于在高热流密度工况下运行的锅炉、核反应堆中的沸腾管道尤为重要。使管内液体旋转的方法很多，如在管内插入扭带、螺旋片、螺旋线圈，采用螺纹槽管、螺旋内肋管和内螺纹管等。在管道内要扩展换热面只有采用内肋管。当工质在管内作强制对流沸腾换热是也

22、广泛应用内肋管以强化沸腾换热过程。例如，在制冷蒸发器中，当制冷剂在管内沸腾时常应用内肋管以强化沸腾换热过程。3.6凝结换热的强化方法水平圆管管外膜状凝结换热的强化方法：冷却表面特殊处理法、冷却表面粗糙法、扩张表面法、螺纹槽管、在管外加螺旋线圈。对于垂直布置的换热面，应用纵槽管可以利用凝结液的表面张力来促进凝结液的排泄是一种有效的强化凝结传热的措施。如将螺纹槽管垂直布置，管内流动单相冷却工质，管外凝结蒸汽，则这种管子不仅凝结换热系数比光管高，而且综合考虑管内换热系数后的传热系数也比光管高的多。垂直螺纹槽管之所以能强化凝结换热是由于凝结液不能在管子上停留过久，由于螺纹槽道的作用，管子上的凝结液体会

23、迅速顺着螺纹脱离冷却壁面，而不会像纵槽管和光管的情况那样使凝结液体一直流到管子下部再排走，所以整个螺纹管有较多的冷却壁面直接和蒸汽接触。管内凝结过程的强化方法：扩展表面法、插入扭带法、表面粗糙法、管子旋转法；流体振动法和静电场法等。4强化传热技术的发展4.1管壳式换热器强化传热进展4.1.1管程强化传热（1）螺旋槽管 螺旋槽管是通过专用轧管设备将圆管在其表面滚压出螺旋线形的凹槽，管子内部形成螺旋线形凸起，如图 1 所示，管内介质流动时受螺旋线型槽纹的导向使靠近管壁的部分介质沿槽纹方向螺旋流动，这就使得边界层的厚度较大程度的减薄，提高换热的效果；部分介质沿着壁面纵向运动，经过槽纹凸起处产生纵向漩

24、涡，促使边界层分层，加速边界层中介质质点的运动，进而加快了管壁处介质与主体介质的热量传递。（2）波纹管 波纹管是将管子加工成内外均呈连续波纹曲线的一种强化管，如图 2 所示，使管子的纵向截面呈波形，由相切的大小圆弧构成，管内流体的流动状态不断变化， 使流体的湍流程度增加从而强化传热，西安交通大学对北京广厦环宇热力设备开发有限公司生产的不锈钢薄壁波纹管换热器进行了试验研究，以水为介质时，管内传热系数是光管的 1.82.8倍，以机油为介质时为 2.12.4 倍，以煤油为介质时为 2.23.2 倍，材料为碳钢时传热系数约为光管的 1.52 倍 。（3）内插物管 这种强化传热方法是基于管内插入物能使介

25、质产生涡旋运动，从而增强流体的径向混合，有助于介质速度和温度均匀分布，以增强传热，内插物管尤其对低雷诺数、高黏度流体的传热更为有效。插入物的种类很多，如螺旋线、扭带、螺旋片等，实验表明，在层流换热时，管内插入扭带后，对流传热系数可增大23倍。4.1.2 壳程强化传热 根据间壁传热原理分析，传热效果相对较低一侧在大程度上影响着换热设备的换热效率，而这一侧通常位于壳程，于是研究开发出了折流杆式、螺旋折流板式、曲面弓形折流板等换热器。（1）折流杆换热器折流杆换热器主要是将壳程的折流板改用折流杆来固定管束，每根换热管由四根杆条从上下左右四个方向固定，使管子在流体的作用下不易产生振动。20 世纪中后期，

26、美国飞利浦石油公司为了改善管壳式换热器中换热管与折流板间的相互切割磨损和流体诱导震动，研制了壳程介质呈纵向流的折流杆式换热器，如菲利普公司使用螺纹管作为换热管，比传统的弓形折流板换热器传热系数提高30%左右，压降减少50%。目前，一些单位把圆钢条变为扁钢条、波形扁钢、准椭圆截面的杆等，都取得了良好的效果，通常情况下，这种结构只适用于大流量的情况6。图 1 折流杆换热器（2） 螺旋折流板换热器螺旋折流板换热器采用若干块1/4壳程截面的扇形板组装成螺旋状折流板，如图2所示，使壳程介质呈螺旋状流动，其介质流动的返混较少，几乎不存在死区，同时在离心力的作用下介质与换热管接触后会脱离管壁而产生尾流， 使

27、边界层分离充分，改善了传热效果，相同流量条件下压降最大可以降低 45%；同时螺旋折流板又能在较低压降下使介质产生较大的流速，提高了雷诺数，从而使得传热数显著提高，传热系数可提高20%30%；最大特点是单位压降下的换热系数高，螺旋折流板换热器尤其适用于壳程压力、污垢热阻、流体诱导震动要求比较严格的场合，对于高粘度流体效果更加突出7。图 5 螺旋折流板换热器（3） 曲面弓形折流板换热器 曲面弓形折流板换热器是一种新型管壳式换热器，折流板的曲面是圆弧面，每块折流板曲面外凸侧朝向壳程流体进口，利用圆弧形折流板使被导流后的壳程流体流动曲线趋于光滑，并与介质流通通道相一致，显著改善壳程介质的流速分布情况，

28、流动死区、传热死区明显减少，与传统弓形折流板换热器相比，曲面弓形折流板换热器壳程膜传热系数增加 3%11%，压降下降了 9%24%8,9。4.1.3整体强化 整体强化通常是将管程和壳程强化联合起来，从而取得更高的强化传热效果，例如，螺旋折流板与波纹管相结合，或者折流杆与波纹管相结合等；还有一种就是通过改变管子形状使得管壳程传热均得以强化，例如，螺旋扁管换热器、变截面管换热器、交错扁管换热器等。（1）螺旋扁管 螺旋扁管换热器是瑞典 Allares 公司近年来推出的一种高效换热元件。螺旋扁管换热器的换热管采用螺旋扁管，螺旋扁管是把圆管在压扁的同时进行 360扭曲，相邻管子保持螺旋线点接触以支撑管子

29、，管内外均形成螺旋形通道，介质呈螺旋状运动，由于离心力的作用，介质运动时速度和方向发生周期性的改变，增强了介质的径向混合和湍流程度，强化传热过程10,11,12,13，而且壳程介质整体上呈纵向流动状态，也大大降低了管束震动；由于流体的螺旋运动趋势，湍流程度较大，还可以改善壳程中常出现的油污附着换热管表面和杂质沉积对传热不利的现象；壳程中没有折流板，无流动死区，使得传热面积充分利用，压降降低，这些都有效地提高了设备的整体传热效果。（2）变截面管式 变截面管与螺旋扁管的传热机理基本相似，均是通过改变管型强化传热。变截面管靠凸起部分与相邻管子接触支撑管子，壳程中不设置折流板，相邻管子中心距小，管子布

30、置紧密，单位体积内的换热面积增加；由于相邻管子中心距小，壳程流速得到提高，湍流程度加强，减薄了管壁上的边界层，提高传热效率；同时由于换热管形状的连续变化，强化了管内、外介质的换热。4.2管内扰流元件的强化传热的研究进展4.2.1常规扰流元件 处于层流、过渡状态的流体以及易结垢的物系，其换热效率一般较低，在系统压降容许的范围内，管内扰流技术是一种可有效提高传热效率的方式 。常规的扰 流元件有弹簧、扭曲带、线圈与螺旋带等。 AbuKhader等1研究发现由于引起的压力降增加明显，在湍流状态下使用扭曲带是不经济的。同时，换热管管径越小，引起的压力降损耗增加越明显，除非应用系统能承受压力降增加带来的损

31、耗。Bas等以空气为实验介质研究发现，管内扭曲带与管壁之间的空隙越小，扭曲带的强化传热效果越好；扭曲带的扭距对强化传热效果的影响要大于其与管壁间隙的影响；同时也发现扭曲带扭距小于3时，随着Re的增大，扭曲带的强化传热效果增强，而当Re 超过15000时，扭曲带的强化传热效果趋于恒定。Padhi等则研究了扭曲带在气、固流化床中作为挡板时的作用，发现扭曲带可以减小床层波动与膨胀比，使床层流化状态优化，但同时也使床层压降显著增加。 Ritchie等2综述了采用激光多普勒测速(LDV) 与粒子成像测速(PIV)技术研究hiTRAN线圈的阻垢与强化传热效果，发现hiTRAN线圈增强了管内流体在管壁附近的

32、剪切力，从而有效防止了生物与化学污垢的沉积，同时还具有强化传热、传质的效果。 Eiamsa-ard等研究了Re处于2300-8800之间的空气、水换热系统，发现螺旋带引起的径向旋流使得管内气相边界层变薄，最终导致管内流体鲁塞尔数 (Nu)增大 1.45-1.60倍，同时，扰流元件也使得管内流体流通面积减小，导致压力降高于光管2-4倍。对于有中轴支撑和无中轴支撑的螺旋带进行研究发现，前者较后者强化传热速率高10% ，同时压降也高。经研究与实践应用发现在Re小于4000时，螺旋带与扭曲带引起的压力降增加没有明显区别，但扭曲带较螺旋带易于加工、安装检修，且具有更好的机械强度而得到更广泛的应用。常规扰

33、流元件中，在压力降增加允许的范围内，达到相同的强化传热效果时，弹簧与扭曲带由于具有加工方便、造价低、易于安装检修等特点，而得到最为广泛的应用。4.2.2其他类型扰流元件及组合扰流元件（1）特殊结构的扰流元件姬长发等3设计了一种管内扰流元件并研究了其强化传热效果，发现相同的泵耗下，扰流元件与波纹管有同样的强化传热效果。杨卫民等4研发的转子洁能芯带有中轴，可随流体流动而旋转，具有除垢、强化传热的效果，应用到发电机组冷凝 器改造，能达到10%的节水量。Tijing等以水为实验介质，对横截面为星型带鳍状突起的扰流元件进行了研究，发现传热效率提高了12%-51%，但是由于星型扰流元件占据了大量的管内流通

34、空间，致使管内流体流通面积下降70%以上，引 起的压力降增加了286%-399%。Yakut等14,15研究了圆锥环扰流元件的强化传热效果、引起的压力降增加以及涡流振幅的变化，发现随着管内圆锥环的间距减小，圆锥环引起的涡流衰减程度大幅减弱，传热效率随之增强。（2）扭曲带的变形在典型扭曲带的边沿切出不同的深度，并向扭曲轴方向弯曲形成三角齿形扭曲带 ，在相同扭距下，较典型扭曲带强化传热效率增强了20%。Murugesan等在典型扭曲带的边沿切去部分，使扭曲带形成不同的V形切口，实验表明较典型扭曲带有更好的强化传热效果。（3）扰流元件的组合Promuonge等研究了圆锥环与扭曲带的组合型扰流元件，与

35、单独使用扭曲带或圆锥环相比，传热效率提高了4%-10%，而引起的压力降也有明显增加。扭曲带与弹簧组合研究时，发现在相同的扭距下，组合使用两种扰流元件有更好的强化传热效果，同时也会使压力降增加明显。在同一管内插入两根 、三根扭曲带，使管内流体形成同向或反向旋流的研究也有报道 。在相同的扭矩下，组合型的扰流元件较单独使用一种扰流元件时，都有更好的强化传热效果，但由于占据了更大的管内流体流通空间，导致引起的压力降增加也更大。结论 随着计算流体力学和计算传热学的快速发展，数值模拟是对换热器进行传热强化研究的实用工具，能够预测传热过程的影响因素，且方法简单、效率高、费用低；借助先进仪器，如激光测速、红外

36、摄像仪等 “可视化技术”，深入研究换热器的流场分布和温度场分布，彻底弄清强化传热的机理。开发新型高效节能换热器，如缠绕管式、微尺度等紧凑式换热器，这将在高新技术领域中具有广泛的应用前景。参考文献1 Abu-Khader M M,Further understanding of twisted tape effects as tube insert for heat transfer enhancementJ.Heat and Mass Transfer ,2005,43(2):123-134.2 Ritchie J,Droegemueller P,Simmons M,hiTRAN wire mareix inserts in fouling appli