北京化工大学：《过程设备设计》课程教学资源（课件讲稿）第六章 换热设备 6.3 传热强化技术

过程设备设计 第六章换热设备 6.1概述 6.2管壳式换热器 6.3.1传热强化概述 6.3传热强化技术 6.3.2扩展表面及内插件强化传热 6.3.3壳程强化传热

第六章 换热设备 6.1 概述 6.2 管壳式换热器 过程设备设计 1 6.2 管壳式换热器 6.3 传热强化技术 6.3.1 传热强化概述 6.3.2 扩展表面及内插件强化传热 6.3.3 壳程强化传热

过程设备设计 6.3传热强化技术 教学重点： 传热强化在结构上采取的措施。 教学难点： 无

过程设备设计 教学重点： 传热强化在结构上采取的措施。 6.3 传热强化技术 2 教学难点： 无

6.3.1传热强化概述 过程设备设计 换热设备稳定传热时的传热方程式： 表征传热过程 =KA△t 强弱程度 传热系数，w/m2℃； 换热面积，m2; △tm 热流体与冷流体的平均传热温差，℃ 增加平均传热温差 传热强化渠道 扩大换热面积 提高传热系数

过程设备设计 6.3.1 传热强化概述 换热设备稳定传热时的传热方程式： Q KA t = ∆ m K——传热系数，w/m2℃； A——换热面积，m2； 表征传热过程 强弱程度 3 A——换热面积，m2； ——热流体与冷流体的平均传热温差，℃ 传热强化渠道 增加平均传热温差 扩大换热面积 提高传热系数 m ∆t

6.3.1传热强化概述 过程设备设计 增大平均传热温差 平均传热温差△1是传热过程的推动力，由冷、热流体最大 无相变温差决定，但一般生产工艺中已经确定。 当冷流体和热流体进出口温度一定时，利用不同的换热 面布置来改变平均传热温差；—逆流；多股流动换热。 2. 扩大冷、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。 此法受生产工艺限制，不能随意变动，只能在有限范围 内采用

6.3.1 传热强化概述 过程设备设计 增大平均传热温差 平均传热温差 是传热过程的推动力，由冷、热流体最大 无相变温差决定，但一般生产工艺中已经确定 ，但一般生产工艺中已经确定。 1. 当冷流体和热流体进出口温度一定时，利用不同的换热 ，利用不同的换热 面布置来改变平均传热温差；——逆流；多股流动换热。 m ∆t 4 面布置来改变平均传热温差；——逆流；多股流动换热。 2. 扩大冷、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差 、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。 此法受生产工艺限制，不能随意变动 ，不能随意变动，只能在有限范围 ，只能在有限范围 内采用

6.3.1传热强化概述 过程设备设计 增大换热面积 1.采用小直径换热管一 在同样金属重量下总表面积增大 2.改进传热面结构— 设法提高单位容积内设备的传热面积， 即扩展表面换热面，既增加换热面积，又提高传热系数。 问题：流动阻力增大

6.3.1 传热强化概述 过程设备设计 增大换热面积 1. 采用小直径换热管——在同样金属重量下总表面积增大 5 2. 改进传热面结构——设法提高单位容积内设备的传热面积， 即扩展表面换热面，既增加换热面积 ，既增加换热面积，又提高传热系数 ，又提高传热系数。 问题：流动阻力增大 ：流动阻力增大

6.3.1传热强化概述 过程设备设计 提高传热系数 当前研究传热强化的重点 主动强化（有源强化） 提高传热系数的方法 被动强化（无源强化） 1.主动强化一需要采用外加的动力（如机械力、电磁力等） 来增强传热的技术。 如：搅拌换热介质、使换热表面或流体振动、将电磁场作 用于流体以促使换热表面附近流体的混合等技术 2.被动强化一指除了输送传热介质的功率消耗外不需要附 加动力来增强传热的技术。 主要包括：涂层表面、粗糙表面、扩展表面、扰动元件、 涡流发生器、射流冲击、螺旋管以及添加物等手段

6.3.1 传热强化概述 过程设备设计 提高传热系数 1. 主动强化——需要采用外加的动力（如机械力、电磁力等） 来增强传热的技术。 提高传热系数的方法 主动强化（有源强化） 被动强化（无源强化） 当前研究传热强化的重点 6 如：搅拌换热介质、使换热表面或流体振动 、使换热表面或流体振动、将电磁场作 用于流体以促使换热表面附近流体的混合等技术 2. 被动强化——指除了输送传热介质的功率消耗外不需要附 加动力来增强传热的技术。 主要包括：涂层表面、粗糙表面、扩展表面、扰动元件、 涡流发生器、射流冲击、螺旋管以及添加物等手段 、螺旋管以及添加物等手段

过程设备设计 6.3.2扩展表面及内插件强化传热 扩展表面及管内放置强化传热元件： 既能增加传热面积，又能提高传热系数 (1)扩展表面强化传热 槽管 扩展表面强化传热主要包括 翅片管

过程设备设计 6.3.2 扩展表面及内插件强化传热 扩展表面及管内放置强化传热元件： 既能增加传热面积，又能提高传热系数 ，又能提高传热系数 （1）扩展表面强化传热 7 扩展表面强化传热主要包括 槽管 翅片管 （1）扩展表面强化传热

6.3.2扩展表面及内插件强化传热 过程设备设计 (2)槽管 提高传热系数 壁面扰流结构的换热管 在圆管及圆形通道内形成扰流结构 改变了流体的流动结构，增加近壁区的湍流度 提高流体和壁面的对流传热膜系数

6.3.2 扩展表面及内插件强化传热 过程设备设计 （2）槽管——提高传热系数 壁面扰流结构的换热管 在圆管及圆形通道内形成扰流结构 8 改变了流体的流动结构，增加近壁区的湍流度 ，增加近壁区的湍流度 提高流体和壁面的对流传热膜系数

6.3.2扩展表面及内插件强化传热 过程设备设计 a,碾轧槽管 —特别适用于换热器中用于强化管内单相流体的 传热以及增强管外流体蒸汽冷凝和液体膜态沸腾传热的作用 b.螺旋槽管 c横纹槽管 螺旋槽管 横纹槽管 图6-31槽管结构

螺旋槽管 a.碾轧槽管——特别适用于换热器中用于强化管内单相流体的 传热以及增强管外流体蒸汽冷凝和液体膜态沸腾传热的作用 6.3.2 扩展表面及内插件强化传热 过程设备设计 b.螺旋槽管 c.横纹槽管 9 螺旋槽管 横纹槽管 图6-31 槽管结构

6.3.2扩展表面及内插件强化传热 过程设备设计 (3)翅片—提高传热面积、提高传热系数 翅片不适合用于高表面张力的液体冷凝和会产生严重 结垢的场合，尤其不适用于需要机械清洗、携带大量 颗粒流体的流动场合。 a. 内翅片圆管 b. 外翅片圆管 c.板式翅片 d.槽带板式翅片 e. 穿孔翅片 10

6.3.2 扩展表面及内插件强化传热 过程设备设计 （3）翅片——提高传热面积、提高传热系数 、提高传热系数 a. 内翅片圆管 翅片不适合用于高表面张力的液体冷凝和会产生严重 结垢的场合，尤其不适用于需要机械清洗 ，尤其不适用于需要机械清洗、携带大量 颗粒流体的流动场合。 10 a. 内翅片圆管 b. 外翅片圆管 c. 板式翅片 d. 槽带板式翅片 e. 穿孔翅片