第1章传热学绪论

1、中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17第一章第一章 绪绪 论论1.11.1强化传热的发展、分类和应用强化传热的发展、分类和应用涉及领域：能源、航空航天、动力、发电、涉及领域：能源、航空航天、动力、发电、制冷、冶金、石油煤炭、环保、材料等。制冷、冶金、石油煤炭、环保、材料等。出文章、出成果、出大家出文章、出成果、出大家5050年代前每年几篇论文；年代前每年几篇论文；6060年代每年几十篇；年代每年几十篇；7070年代每年年代每年100100多篇；多篇；8080年代每年几百

2、篇；年代每年几百篇；现在每年几千篇。现在每年几千篇。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17中国工程热物理学会中国工程热物理学会6 6个学科学术会议个学科学术会议20082008年年论文数：论文数： 传热传质学（传热传质学（499499） 燃烧学（燃烧学（296296） 多相流（多相流（219219） 工程热力学与能源利用（工程热力学与能源利用（175175） 热机气动热力学（热机气动热力学（126126） 流体机械（流体机械（8282）合并开会中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17国际：A E Bergle

3、s中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17R L Webb中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17国内学者 王补宣，热能工程系教授，中国科学院王补宣，热能工程系教授，中国科学院院士。院士。19221922年生，江苏无锡人。年生，江苏无锡人。19431943年年西南联大工学士，西南联大工学士，19491949年美国普度大学年美国普度大学科学硕士。清华大学热能工程与热物理科学硕士。清华大学热能工程与热物理研究所所长。我国工程热物理学科的开研究所所长。我国工程热物理学科的开拓者和传热学学术带头人。中国工程热拓者和传热

4、学学术带头人。中国工程热物理学会原理事长，国际传热传质中心物理学会原理事长，国际传热传质中心学术委员，学术委员，国际传热传质学报国际传热传质学报国际国际主编，主编，国际热物理学报国际热物理学报、国际热国际热流体学报流体学报等学术刊物编委，并当选为等学术刊物编委，并当选为美国纽约科学院院士。美国纽约科学院院士。作为学术领导人和组织者，参与国作为学术领导人和组织者，参与国家有关科技发展规划的制定与实施，所家有关科技发展规划的制定与实施，所主持的多项科研成果获国家级和部委级主持的多项科研成果获国家级和部委级奖励，已发表学术论文奖励，已发表学术论文300300余篇，专著或余篇，专著或教材教材1010部

5、，编辑出版国际学术会议论文部，编辑出版国际学术会议论文集集6 6部。部。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17过增元：清华大学工程力学系教授，过增元：清华大学工程力学系教授，美国密西根州立大学兼职教授，中国美国密西根州立大学兼职教授，中国科学院院士。科学院院士。19361936年生，江苏省无年生，江苏省无锡市人。锡市人。19591959年毕业于清华大学。曾年毕业于清华大学。曾任清华大学工程力学系工程热物理教任清华大学工程力学系工程热物理教研室主任、研究生院副院长。现任清研室主任、研究生院副院长。现任清华大学学位评定委员会副主席，热能华大学学位评定委员

6、会副主席，热能工程与工程热物理研究所副所长，中工程与工程热物理研究所副所长，中国工程热物理学会理事长等。多年来国工程热物理学会理事长等。多年来从事传热学、热流体学和热等离子体从事传热学、热流体学和热等离子体等方面的研究工作。出版专著等方面的研究工作。出版专著电电弧和热等离子体弧和热等离子体、热流体学热流体学，发表论文发表论文140140余篇。曾获国家自然科学余篇。曾获国家自然科学三等奖、国家科技进步二等奖、教委三等奖、国家科技进步二等奖、教委科技进步一等奖等多项奖励。科技进步一等奖等多项奖励。提出了场协同理论中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 陈

7、学俊陈学俊19391939年毕业于中央大学，获工学学士；年毕业于中央大学，获工学学士；19451945年进美国年进美国PurduePurdue大学研究生院学习大学研究生院学习,1946,1946年获机械工程硕士学位并读完博士年获机械工程硕士学位并读完博士生的有关课程后生的有关课程后19471947年回国，年回国，19471947年任交通大学教授，年任交通大学教授，19801980年当选为中国科学院学部委员年当选为中国科学院学部委员( (院士院士) )，19961996年当选为第三世年当选为第三世界科学院院士。界科学院院士。19801980年年-1984-1984年任西安交通大学副校长、校学位评

8、定委年任西安交通大学副校长、校学位评定委员会副主席；员会副主席；19821982年年-1985-1985年任教育部世界银行中国大学发年任教育部世界银行中国大学发展项目中国审议委员会副主任兼工程组组长；展项目中国审议委员会副主任兼工程组组长；19811981年年-1991-1991年任国务院学位委员会工科评议组组员、国家自然科学基金年任国务院学位委员会工科评议组组员、国家自然科学基金委学科组成员；委学科组成员；1989 1989 年年-1998-1998年担任九三学社中央副主席，年担任九三学社中央副主席，19931993年当选为全国政协常委。年当选为全国政协常委。陈学俊教授创办了国内第一本热能工

9、程学术刊物陈学俊教授创办了国内第一本热能工程学术刊物热工热工专刊专刊。19481948年年19591959年年1111年内，他陆续出版了年内，他陆续出版了燃气轮燃气轮机机、实用汽轮机学实用汽轮机学、蒸汽动力厂蒸汽动力厂、锅炉学锅炉学、锅炉整体锅炉整体、锅内过程锅内过程等等1010部专著，部专著，19521952年年, ,陈学俊陈学俊先生负责筹建了我国高校中的第一个锅炉专业先生负责筹建了我国高校中的第一个锅炉专业, ,开出了锅炉开出了锅炉专业的全部课程。专业的全部课程。7070年代初，陈学俊教授亲自主持建立了水年代初，陈学俊教授亲自主持建立了水/ /空气试验台、空气试验台、氟里昂试验台和高压水氟

10、里昂试验台和高压水/ /蒸汽实验台，蒸汽实验台，70 70 年代末，他主持筹年代末，他主持筹建了我国高校中第一个工程热物理研究所，建了我国高校中第一个工程热物理研究所，19901990年创建了我年创建了我国第一个动力工程多相流国家重点实验室。国第一个动力工程多相流国家重点实验室。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 林宗虎林宗虎 研究领域或方向研究领域或方向 热能工程、气液两相流与传热以及多相流热能工程、气液两相流与传热以及多相流测量。测量。 工作简历工作简历 19571957年交通大学锅炉专业研究生毕业。年交通大学锅炉专业研究生毕业。1980-1

11、9821980-1982年曾任美国迈阿密大学访问教授。年曾任美国迈阿密大学访问教授。现任西安交通大学热能工程系教授，热能工程现任西安交通大学热能工程系教授，热能工程专业博士生导师，国家自然科学基金评审组成专业博士生导师，国家自然科学基金评审组成员，国家科技奖励机械评委会评委，流体机械员，国家科技奖励机械评委会评委，流体机械国家工程研究中心学术委员会主任，锅炉煤清国家工程研究中心学术委员会主任，锅炉煤清洁燃烧国家工程研究中心和动力工程多相流国洁燃烧国家工程研究中心和动力工程多相流国家重点实验室学术委员会委员，香港评审局专家重点实验室学术委员会委员，香港评审局专家中国电机工程学会锅炉专业委员会副主

12、任，家中国电机工程学会锅炉专业委员会副主任，中国工程热物理学会副理事长，中国工程热物中国工程热物理学会副理事长，中国工程热物理学会多相流专业委员会主任，中国工程热物理学会多相流专业委员会主任，中国工程热物理学报主编，美国理学报主编，美国国际工程流体力学国际工程流体力学期刊期刊国际顾问等职。国际顾问等职。19881988年被授予国家级有突出贡年被授予国家级有突出贡献中青年科技专家称号；献中青年科技专家称号；19951995年被选为中国工年被选为中国工程院院士。程院院士。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 陶文铨陶文铨研究领域或方向研究领域或方向传热

13、强化及数值模拟方法和应用：传热与流动的传热强化及数值模拟方法和应用：传热与流动的先进数值计算方法及其应用；强化传热的基本理论与先进数值计算方法及其应用；强化传热的基本理论与工程应用；电子元器件的冷却技术；湍流模型及其工工程应用；电子元器件的冷却技术；湍流模型及其工程应用，小型低温制冷机制和冷系统性能的数值模拟；程应用，小型低温制冷机制和冷系统性能的数值模拟；高效换热器的优化设计与研发；微细尺度流动和传热高效换热器的优化设计与研发；微细尺度流动和传热的研究；燃料电池中的关键工程热物理问题；航空航的研究；燃料电池中的关键工程热物理问题；航空航天技术中的传热与流动问题研究，制冷工质相变换热天技术中的

14、传热与流动问题研究，制冷工质相变换热的强化等。的强化等。工作简历工作简历陶文铨，男，陶文铨，男，1939年年3月生于浙江绍兴。月生于浙江绍兴。1962年西安交大本科毕业，年西安交大本科毕业，1966年西安交大研究生毕业（导师杨世铭教授），年西安交大研究生毕业（导师杨世铭教授），19801982赴美国明尼赴美国明尼苏达大学机械系传热实验室进修，师从苏达大学机械系传热实验室进修，师从E M Sparrow 教授。现为西安交大教授。现为西安交大能源与动力工程学院教授、博士生导师。能源与动力工程学院教授、博士生导师。2005年被选为中国科学院院士。年被选为中国科学院院士。现任教育部高等学校热工课程教学

15、指导分委员会主任委员，教育部能现任教育部高等学校热工课程教学指导分委员会主任委员，教育部能源动力学科教学指导委员会副主任委员，中国工程热物理学会副理事长，源动力学科教学指导委员会副主任委员，中国工程热物理学会副理事长，传热传质专业委员会委副主任委员，西安交通大学学报（自然科学版）主传热传质专业委员会委副主任委员，西安交通大学学报（自然科学版）主编，编，International Journal of Heat Mass Transfer 以及以及 International Communication in Heat Mass Transfer 的负责中国地区事务的副编辑的负责中国地区事务的副

16、编辑（Associate Editor），国际杂志），国际杂志Numerical Heat Transfer（A，B） 与与Progress in Computational Fluid Dynamics 的编委。的编委。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17谢华清，陈亚平，何雅玲，陶文铨，梁新刚等中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17陈亚平，吴裕远，陈听宽，金苏敏，彭晓峰中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化

17、传热技术2021-10-17杨世铭，江苏无锡人。杨世铭，江苏无锡人。19481948年毕业于交通年毕业于交通大学机械系，大学机械系，19531953年获美国依里诺理大学博年获美国依里诺理大学博士学位。历任美国依里诺理大学研究工程师，士学位。历任美国依里诺理大学研究工程师，上海交通大学教师，西安交通大学副教授、上海交通大学教师，西安交通大学副教授、教授，上海交通大学教授，博士生导师。中教授，上海交通大学教授，博士生导师。中国工程热物理学会理事、传热传质学会副主国工程热物理学会理事、传热传质学会副主任，教育部热工教材编审委员会副主任，国任，教育部热工教材编审委员会副主任，国家教委热工课程教学指导委

18、员会副主任，国家教委热工课程教学指导委员会副主任，国际传热传质学中心学术委员会委员、执行委际传热传质学中心学术委员会委员、执行委员会委员，国际传热传质学杂志荣誉编委。员会委员，国际传热传质学杂志荣誉编委。在传热传质物理研究方面有相当贡献。著有在传热传质物理研究方面有相当贡献。著有传热学传热学及论文及论文3636篇。篇。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 程林，程林，19621962年生，山东大学空间热科学研究中心主年生，山东大学空间热科学研究中心主任、山东能源学会理事长。入选国家百千万人才工程，任、山东能源学会理事长。入选国家百千万人才工程，是国

19、家有突出贡献的中青年专家，国务院政府特殊津贴是国家有突出贡献的中青年专家，国务院政府特殊津贴获得者，获得者，20052005年入选年入选“泰山学者泰山学者”。获国家科技进步二。获国家科技进步二等奖两项。等奖两项。 程林教授担任国家程林教授担任国家“973973计划计划”项目项目“高能耗行高能耗行业典型换热设备节能的先进理论与方法业典型换热设备节能的先进理论与方法” ” 项目首席科学项目首席科学家。家。他与同事田茂诚教授共同研发的弹性管束系列换热他与同事田茂诚教授共同研发的弹性管束系列换热设备，较一般换热器效率提高设备，较一般换热器效率提高10%15%10%15%，目前在全国，目前在全国1200

20、1200余家重要工程中应用，产生经济效益数十亿元。余家重要工程中应用，产生经济效益数十亿元。20002000年已成为国家建筑标准设计，形成属于我国的知识年已成为国家建筑标准设计，形成属于我国的知识产权。该技术项目也因此获得国家科技进步二等奖。产权。该技术项目也因此获得国家科技进步二等奖。程林程林19831983年毕业于山东大学动力工程专业，继而在年毕业于山东大学动力工程专业，继而在这里获工学硕士，在这里获工学硕士，在东南大学获工学博士学位东南大学获工学博士学位。 山东大学山东大学AMSAMS项目组的首席科学家。项目组的首席科学家。AMSAMS（阿尔法磁（阿尔法磁谱仪），是由丁肇中教授领导的大型

21、国际合作科学研究，谱仪），是由丁肇中教授领导的大型国际合作科学研究，20042004年年3 3月山东大学参与该计划。根据月山东大学参与该计划。根据NASANASA（美国航空航（美国航空航天局）提供的简化模型，山东大学负责模拟完成天局）提供的简化模型，山东大学负责模拟完成AMSAMS运行运行过程中过程中189189种工况的散热环境，现已成功设计制造了合乎种工况的散热环境，现已成功设计制造了合乎规格的散热板。规格的散热板。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17东南大学从事强化传热研究的人员 施明恒：多孔介质、分形施明恒：多孔介质、分形 周强泰：锅炉强化传

22、热周强泰：锅炉强化传热 陈善年：计算传热学陈善年：计算传热学 史美中：教材史美中：教材 张永福：电厂锅炉空气预热器等，螺旋线圈张永福：电厂锅炉空气预热器等，螺旋线圈 陈永平：分形传热通道陈永平：分形传热通道 陈振乾：泡沫铝换热器陈振乾：泡沫铝换热器中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17Two-scale corrugation plates with same direction陈亚平：同向双尺度波纹板：适合冷凝过程 中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17交叉双尺度波纹板：适合液膜过程Two-scale c

23、rosswise corrugation plate bundle cooling wateraqueous Li-Br solution中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17分形锯齿翅片普通锯齿翅片的板翅式换热器传热面普通锯齿翅片的板翅式换热器传热面中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 图图3 3不同分形阶数的锯齿翅片（上：主视图；下：俯视图）不同分形阶数的锯齿翅片（上：主视图；下：俯视图）中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17三阶分形锯齿翅片双尺度锯齿翅片中

24、国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17双面液膜反转 Islam, et al designed film inversion schemes Only half of area is used to configure film inversionw f sf s: t, w: t,-中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17Scheme of double-side film-inverting absorber the authors present a double-side film-inversion

25、absorber scheme bottom plate bundles upper plate bundles conjunction guiders leftrightrightleftAfter inversion, coolerand richer LiBrsolution film layer exposes to the steam,while both sides usedCombined enhancement: corrugation & film inversion中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 Two-scale

26、 crosswise corrugation plate bundle cooling wateraqueous Li-Br solution Two-scale crosswise corrugationsmall corrugations make film turbulent and distribution uniform large corrugation for solution film and coolant steam flow 中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术20

27、21-10-17 液膜分布在壁面上时液膜分布在壁面上时总有一侧表面藏在内总有一侧表面藏在内部，而如果将液膜在部，而如果将液膜在丝网表面分布则可以丝网表面分布则可以形成双面暴露的情况。形成双面暴露的情况。 然而对于吸收过程，然而对于吸收过程，由于溶液在吸收水蒸由于溶液在吸收水蒸气的汽化潜热后，温气的汽化潜热后，温度迅速升高，传质驱度迅速升高，传质驱动力衰减，需要不断动力衰减，需要不断进行冷却。因此吸收进行冷却。因此吸收过程的强化应该兼顾过程的强化应该兼顾传热和传质两方面，传热和传质两方面，采用耦合方式实现。采用耦合方式实现。吸收过程液膜的传热传质阻力是比较大的，即使是经过一次反转，出口端液膜内外

28、温差仍可达5左右，而质量分数差则达0.035左右，此时液膜厚度约0.38mm；此外还显示在液膜反转后初期吸收率可比反转前增大23倍。在自由表面附近很薄的一层液膜中产生质量分数下降，而内部的溶液的质量分数较高。解决方案： 液膜充分暴露； 在表面不发生干涸的前提下尽量减薄液膜；1.使液膜充分混合和冷却。 中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17图 可视化试验装置 图 双面液膜反转导流器与上下板片的连接 (a)正面 (b)侧面中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17图 吸收试验台照片 (a) 装置全貌 (b) 吸收器

29、试验容器局部中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17丝网翅片板翅式换热器双面液膜热质耦合传递吸收过程的强化研究 中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17机理初步分析 扩展了传热传质面积扩展了传热传质面积，丝网表面可形成双面布膜，凹凸和空，丝网表面可形成双面布膜，凹凸和空心表面使得溶液与冷剂蒸气的传质接触面积增大；心表面使得溶液与冷剂蒸气的传质接触面积增大； 实现实现耦合传热传质耦合传热传质方式，液膜可利用重力沿丝网呈光线反射方式，液膜可利用重力沿丝网呈光线反射状在相邻两块传热板之间逐渐曲折向下流动。在丝网与板管

30、状在相邻两块传热板之间逐渐曲折向下流动。在丝网与板管连接节点处，沿板管壁面的和沿丝网表面流动的液膜经历重连接节点处，沿板管壁面的和沿丝网表面流动的液膜经历重新混合和分配的过程，可不断地将新鲜液膜表面暴露并及时新混合和分配的过程，可不断地将新鲜液膜表面暴露并及时地将所吸收的冷剂蒸气的汽化潜热带走，交替完成传热传质地将所吸收的冷剂蒸气的汽化潜热带走，交替完成传热传质过程；过程； 由于大部分液膜分布到丝网翅片上，板管上的由于大部分液膜分布到丝网翅片上，板管上的液膜厚度将相液膜厚度将相应减薄应减薄，有利于提高蒸气对板管的膜传热系数；，有利于提高蒸气对板管的膜传热系数； 表面张力可使液膜在表面张力可使液

31、膜在丝网上分布均匀丝网上分布均匀，且丝网的物理结构还，且丝网的物理结构还可促进液膜可促进液膜扰动扰动，增强液膜各层之间的，增强液膜各层之间的混合混合，避免了传统方，避免了传统方案自由表面外层饱和，贴近壁面的内层浓度基本不变，因而案自由表面外层饱和，贴近壁面的内层浓度基本不变，因而出口处总体平均质量分数偏高的情况。出口处总体平均质量分数偏高的情况。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17捷克的Lutcha, J. 等发明的1/4扇形折流板方案 中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17三分螺旋折流板换热器 1-壳体

32、；壳体；2-管束；管束；3-管板；管板；4-折流板；折流板；5-进、出口接管进、出口接管三分扇形螺旋折流板管壳式换热器本体三分扇形螺旋折流板管壳式换热器本体中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17强化传热的主要任务 改善、提高热传播的速率，以达到用改善、提高热传播的速率，以达到用最经济的设备来传递规定的热量，或最经济的设备来传递规定的热量，或用最有效的冷却来保护高温部件的安用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行，或用最高的热效率来实现能全运行，或用最高的热效率来实现能源合理利用的目的。源合理利用的目的。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术

33、强化传热技术2021-10-17强化传热方法分类强化传热方法分类无源（被动）有源（主动）处理表面粗糙表面发展表面扰流元件涡流发生器螺旋管添加物射流冲击机械搅动表面振动流体振动电磁场喷射或吸出复合强化：如粗糙管加扭曲带需要外加辅助动力，增加能源和设备投入，影响可靠性研究较多研究较多研究较多研究较多旋流强化对层流强化效果好,研究较多适合沸腾和凝结适合湍流边界层强化适合气体侧(控制热阻)可增强对流和辐射传热最好是利用自然存在的电磁场、振动、二次流、脉动等中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17换热器分类1 1）按结构分）按结构分 管式：套管式、管壳式、盘管式

34、（蛇管式）；管式：套管式、管壳式、盘管式（蛇管式）；中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17板式：垫片板式、钎焊板式、螺旋板式、板壳式、热板；中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17延伸表面：管翅式、板翅式；中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17再生式：固定蓄热床、旋转式 Regeneration air r z Process air z Adiabatic wall i i-1 i+1 Y(z), T(z) Y(z+dz), T(z+dz) W (z), T*(z

35、) W (z+dz), T*(z+dz) L dz Electromotor Desiccant wheel Process air Temperature & humidity sensor Fan Anemometer Wind valve Regeneration air Heater Thermometer 2 3 1 0 45678 9 Sectional view 0123456101520253035404550 Experimental temperature data Simulative temperature results Experimental humidi

36、ty data Simulative humidity results Cycle numberMixed outlet temperature of process air ()0.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.020Mixed outlet humidity ratio of process air (kg/kg)中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-172 2）按过程分）按过程分 直接传递（间壁式）直接传递（间壁式） 间接接触式：蓄热式、流化床间接接触式：蓄热式、流化床 直接接触式：冷却塔、刮板式直接接触式：

37、冷却塔、刮板式3 3）按紧凑程度分）按紧凑程度分，大于，大于700m2/m3为界为界 紧凑型，优点：容积小，适合处理昂贵和紧凑型，优点：容积小，适合处理昂贵和危险物料，重量轻，易于运输，基础小，危险物料，重量轻，易于运输，基础小，易于控制温度（响应快）；限制因素：缺易于控制温度（响应快）；限制因素：缺少标准，通道狭窄，不易清洗，易堵，适少标准，通道狭窄，不易清洗，易堵，适合处理空气、干净工质（制冷剂）等。合处理空气、干净工质（制冷剂）等。非本课程研究范围中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-174 4）按流动形式分）按流动形式分 顺流；顺流； 逆流逆流

38、错流：不混合不混合；不混合混合；混合混合错流：不混合不混合；不混合混合；混合混合5 5）按分程情况）按分程情况 单程单程 多程多程6 6）按流体的相态分）按流体的相态分 单相对流：单相对流： 两相对流：冷凝、沸腾（池两相对流：冷凝、沸腾（池、流动、流动）或蒸发）或蒸发 对流对流+ +辐射（高温换热器）辐射（高温换热器）层流强制对流研究较多自然对流研究较少湍流按发生原因按运动状态中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-171.1.2不同强化传热技术的应用场合 处理表面：处理表面： 沸腾、凝结沸腾、凝结 旋流：旋流：螺旋管、涡流螺旋管、涡流发生器、机械搅动发生

39、器、机械搅动 层流层流 粗糙表面：粗糙表面： 湍流湍流 发展表面：发展表面： 气体换热气体换热 添加物：添加物：固体微粒固体微粒掺和物、纳米颗粒掺和物、纳米颗粒 在一定条件下增强流体的在一定条件下增强流体的对流换热，高温下增强辐对流换热，高温下增强辐射换热，流化床射换热，流化床薄弱环节：薄弱环节：传质、自然对流传质、自然对流 习惯于用强制对流代替习惯于用强制对流代替; ;如太阳能电池板冷却如太阳能电池板冷却中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 强化传热技术的研究和应用具有较大的经强化传热技术的研究和应用具有较大的经济效益。济效益。 专利：专利：强化

40、翅片、粗糙表面、处理表面、复杂组合通道；机械搅动和电磁场中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-171.1.3强化传热技术推广中存在的问题应用强化传热的目的一般有：应用强化传热的目的一般有： 增加输热量；增加输热量； 减少换热面积和缩小设备体积；减少换热面积和缩小设备体积； 提高被加热流体的出口温度，减小提高被加热流体的出口温度，减小tm ； 降低载热剂唧送功率的消耗；降低载热剂唧送功率的消耗； 降低高温部件的温度。降低高温部件的温度。普通换热器达到前4个目的中的一至两个太阳能电池板冷却:温度上升1度,发电效率降低0.3%强化措施应选择换热器两侧流体中热阻

41、较大、强化措施应选择换热器两侧流体中热阻较大、对换热器总传热系数起控制作用的一侧来实施。对换热器总传热系数起控制作用的一侧来实施。如：各类发动机、核反应堆、火箭发动机、电力、电子设备的冷却mtKFQ减少材料消耗中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17强化传热研究范围不断扩大，研究深度日益增加，但强化传热研究范围不断扩大，研究深度日益增加，但在在工业上得到广泛应用的不多。原因有：工业上得到广泛应用的不多。原因有： 对于强化传热的原理和应用方面的科学知识没能进对于强化传热的原理和应用方面的科学知识没能进行广泛的宣传普及。行广泛的宣传普及。 虽然有了一些理论

42、分析资料，但研究还不够深入。虽然有了一些理论分析资料，但研究还不够深入。有些研究结果分歧较大，缺少适用面较广的通用经有些研究结果分歧较大，缺少适用面较广的通用经验公式；不少强化技术既不能用纯粹数学方法推导验公式；不少强化技术既不能用纯粹数学方法推导出与实验一致的理论公式，又不能任意从有限的经出与实验一致的理论公式，又不能任意从有限的经验资料外推到实际生产条件中去。实验验资料外推到实际生产条件中去。实验中试中试生生产之过程需要大量投资。生产部门常常宁可采用习产之过程需要大量投资。生产部门常常宁可采用习惯应用的旧技术，而不愿增加投资冒险采用新技术。惯应用的旧技术，而不愿增加投资冒险采用新技术。中国

43、 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17 生产工艺跟不上，产品未能实现系列化。强化传热技生产工艺跟不上，产品未能实现系列化。强化传热技术中有一些需要较高的工艺水平，从而增加了成本，术中有一些需要较高的工艺水平，从而增加了成本，积极改进工艺并降低成本是推广强化传热技术的关键。积极改进工艺并降低成本是推广强化传热技术的关键。 一些强化传热技术缺乏必要的寿命试验资料，如处理一些强化传热技术缺乏必要的寿命试验资料，如处理表面在与高温介质或不洁流体长期接触时，表面受到表面在与高温介质或不洁流体长期接触时，表面受到腐蚀或发生结垢，会使热阻急剧增加，导致得益逐渐腐蚀或发

44、生结垢，会使热阻急剧增加，导致得益逐渐下降，致使所采取的强化传热措施失效。如沸腾和凝下降，致使所采取的强化传热措施失效。如沸腾和凝结。要有必要措施保持其效能。结。要有必要措施保持其效能。 本门课程本门课程 介绍新的强化传热技术的研究和应用经验； 主要强化传热方法的机理分析； 介绍相关强化传热技术的计算方法、经验公式或研究思路。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-171.2 强化传热性能的评判准则实际选用强化措施及有关参数时考虑的问题：实际选用强化措施及有关参数时考虑的问题： 采用强化措施所获得的设备功率的增加和系采用强化措施所获得的设备功率的增加和系统

45、热效率的提高，或者设备体积减小、传热统热效率的提高，或者设备体积减小、传热介质唧送功率降低等效果究竟有多大？介质唧送功率降低等效果究竟有多大？ 采用所选择的强化传热措施后需要增加多少采用所选择的强化传热措施后需要增加多少费用？工艺复杂性如何？能否成批生产？费用？工艺复杂性如何？能否成批生产？ 所采取的强化方法与传热介质的相容性如何，所采取的强化方法与传热介质的相容性如何，能否保证强化传热性能持久有效？能否保证强化传热性能持久有效？ 采用强化措施后能收到多大的经济效益？采用强化措施后能收到多大的经济效益？中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17最佳强化传

46、热方法和有关几何参数的性能评判准则 早期指标：早期指标： 考虑了强化传热的同时阻力系考虑了强化传热的同时阻力系数也会增加数也会增加 介质的唧送功率几乎与速度的介质的唧送功率几乎与速度的三次方成正比三次方成正比 前二个可以作为准则，但不宜前二个可以作为准则，但不宜以其是否大于以其是否大于1 1作为可否应用作为可否应用的标准。即使对第三个，还要的标准。即使对第三个，还要考虑工艺、费用等问题。考虑工艺、费用等问题。0uuNN还应注意传热量是由两侧的换热系数确定的，对控制热阻侧的讨论才有意义。00uuNN1/300uuNN中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17实验装置现场图片不同折流板方案的管芯 中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术2021-10-17图 壳侧综合指标ho/po-1随油流量变化的关系中国 南京能源与环境学院能源与环境学院强化传热技术强化传热技术20