传热过程强化

1、 化工生产中所要解决的传热问题大致化工生产中所要解决的传热问题大致可分为两类可分为两类 : 一类是传热计算一类是传热计算 , 如换热器如换热器的设计与校核的设计与校核 ; 另一类是传热设备的改另一类是传热设备的改进和传热过程的强化。二者往往有一定进和传热过程的强化。二者往往有一定的联系。的联系。 所谓强化传热过程所谓强化传热过程 , , 就是提高冷、热就是提高冷、热流体传热速率的过程。从传热基本方程流体传热速率的过程。从传热基本方程 Q= KAQ= KAt tm m 出发出发 , , 不难看出不难看出 , , 增大传增大传热系数热系数 K K 、传热面积、传热面积A A和传热平均温差和传热平均

2、温差 t tm m , , 都可以提高传热速率。其中都可以提高传热速率。其中 , , 设法增大总传热系数设法增大总传热系数 K K 是强化传热的主是强化传热的主要途径。要途径。 与其他传递过程类似与其他传递过程类似 , , 传热速率传热速率 Q Q 与传热推动力与传热推动力T T 成正比成正比 , , 与传热阻力与传热阻力 R R 成反比成反比 , , 即即： （1 1） 因此因此 , , 欲提高传热速率欲提高传热速率 , , 关键在于减关键在于减小传热过程的热阻。热边界层越薄小传热过程的热阻。热边界层越薄 , , 温温度梯度梯 度越大度越大 , , 热阻就越小。所以通过改热阻就越小。所以通过

3、改善流动状况善流动状况 , , 使边界层变薄使边界层变薄 , , 或通过相或通过相应措施应措施 , , 对边界层造成更大扰动以至破对边界层造成更大扰动以至破坏坏 , , 也是强化传热的主要途径之一。也是强化传热的主要途径之一。 K 的数值取决于流体的物性、传热过的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等。程的操作条件及换热器的类型等。 K值值除了从有关于册及专业书籍中查取外除了从有关于册及专业书籍中查取外 , 主主要通过实验测定或公式计算获得。要通过实验测定或公式计算获得。通过实验测定流经已知尺寸换热器的流通过实验测定流经已知尺寸换热器的流体温度、流量体温度、流量 ， 即可用即

4、可用 Q=KAtm 求求出出 K 值。值。利用公式计算利用公式计算 ： （2 2）式中式中 : :d di i，d d0 0- 换热管的内换热管的内径、径、外外径径 ,mm;,mm; b b -换热管壁厚换热管壁厚 ,mm;,mm; d dm m-换热管平均直径换热管平均直径 ,dm = (di +do)/2; -换热管导热系数换热管导热系数 ,W/(mK); i i, 0 0 - 管内、管外流体的对流传热系管内、管外流体的对流传热系数数 ,W/(m2K) 。 当管壁较薄且热阻较小时当管壁较薄且热阻较小时 , , 上式简化为上式简化为： (3)(3) 注意注意： 当一侧的对流传热系数远大于另当

5、一侧的对流传热系数远大于另一侧时一侧时 , , 如如i io o, , 则则i i对对 K K 值影值影响很小响很小 , ,即即K K o o此时欲提高此时欲提高 K K 值值 , , 应从管外入手应从管外入手 , , 着力减小管外流体热阻。着力减小管外流体热阻。 另外另外, ,实际的换热器运行一段时间后实际的换热器运行一段时间后, ,污垢热阻污垢热阻有时会成为传热过程的主要热阻有时会成为传热过程的主要热阻, ,此时若不首先解此时若不首先解决污垢问题决污垢问题 , ,则一切强化措施都不会起作用。则一切强化措施都不会起作用。 过程强化带来的问题是流体流动阻力的增大和过程强化带来的问题是流体流动阻

6、力的增大和能耗、操作费用的增加能耗、操作费用的增加 , , 所以在设计或选用换热所以在设计或选用换热器时器时 , , 不仅要考虑如何用最小的换热面积完成既不仅要考虑如何用最小的换热面积完成既定的任务定的任务 , , 而且应力求减小阻力而且应力求减小阻力 , , 在压在压降降P P与与传热系数传热系数 K K 之间寻求最佳值之间寻求最佳值 , , 即设计优化。即设计优化。 本实验提供装置如图所示本实验提供装置如图所示：传热强化实验装置传热强化实验装置 1 1一接风机一接风机 ; 2 ; 2 一转子流量计一转子流量计 ; 3 ; 3 一换热管一换热管 ; 4 ; 4 一气一气热交换器热交换器 ;

7、5 ; 5 一支承板一支承板 ; 6- ; 6- 空气电热器空气电热器 ; 7 ; 7 一调一调压器压器一热电偶埋放位置一热电偶埋放位置- - 该装置主体设备为一气该装置主体设备为一气 - -气热交换器气热交换器 , , 换热管为换热管为一紫铜管。配套设备有罗茨鼓风机、空气电器、调一紫铜管。配套设备有罗茨鼓风机、空气电器、调压器、控温仪表等。来自罗茨鼓风机的风分成两路压器、控温仪表等。来自罗茨鼓风机的风分成两路 , , 路经电热器加热后进入换热管内路经电热器加热后进入换热管内 , , 另一路则经分另一路则经分布板作为冷流体与管内热空气进行错流换热布板作为冷流体与管内热空气进行错流换热 , ,冷

8、、冷、热空气的流量分别通过转子流量计调节。热空气的热空气的流量分别通过转子流量计调节。热空气的人口温度事先设定后人口温度事先设定后 , , 通过智能温控仪可实现自通过智能温控仪可实现自动调节动调节 , , 其他各点温度均通过其他各点温度均通过 DS DS 系列智能数字显系列智能数字显示仪读取示仪读取。各各设备规格尺寸如下设备规格尺寸如下 ：（1 1）气气 - -气换热器气换热器 传热管传热管 :1818 1 1 紫铜管紫铜管 , ,传热部分传热部分长长 0.5m, 0.5m, 稳定段长稳定段长 0.3m; 0.3m; 有机玻璃箱体有机玻璃箱体 : : 长长 500mm, 500mm, 宽宽 5

9、0mm, 50mm, 底板分布板开孔率底板分布板开孔率 1%, 1%, 孔径孔径 1 1mm, mm, 板上板上覆以钢丝网。覆以钢丝网。 (2) 测温及控温仪表铜测温及控温仪表铜 -康铜热电偶康铜热电偶 , 由由0.20.4mm 铜铜 -康铜丝焊成康铜丝焊成 ;DS 系列智系列智能数字显示仪能数字显示仪 ;DX 系列智能温控仪系列智能温控仪 , 型型号号 DX-9 。 (3) 空气电热器空气电热器 : 加热功率加热功率 lkW 。 (4) 辅助材料辅助材料 : 自制内构件自制内构件 , 如螺旋金属如螺旋金属片、硅胶颗粒片、硅胶颗粒 (4060 目目 ) 等。等。针对该气针对该气 -气换热装置气

10、换热装置 , 试分析强化传热应试分析强化传热应从何处着手从何处着手 ? 可行的强化措施有哪些可行的强化措施有哪些 ?试从中选择若干强化措施试从中选择若干强化措施 , 自拟实验步骤自拟实验步骤 , 测定并对比采取强化措施前测定并对比采取强化措施前 后的传热系数后的传热系数K 、传热膜系数、传热膜系数、璧温及压降等。通过计、璧温及压降等。通过计算及比较算及比较 ,对各强化措对各强化措 施进行评价施进行评价 ,得出自己得出自己的结论。的结论。从传热强化出发从传热强化出发 , 总结过程强化的一般研究总结过程强化的一般研究思路和方法。思路和方法。1、实验前准备工作实验前准备工作(1) 查阅传热强化方面的有关资料和文献。查阅传热强化方面的有关资料和文献。(2) 熟悉现场设备、流程及仪表的使用。熟悉现场设备、流程及仪表的使用。(3) 制作冰块制作冰块 , 放入冰瓶放入冰瓶 ( 热电偶冰点热电偶冰点 ) 。2、操作注意事项操作注意事项 (1) (1) 实验开始实验开始 , , 先开风先开风 , , 后开电加热后开电加热 ; ; 实验结束实验结束 , , 先关电加热先关电加热 , , 过几分钟再过几分钟再关风关风 , , 防止空气电热器干烧。防止空气电热器干烧。 (2) (2) 实验后一定要将