§5.7 換熱器內(nèi)管翅片的發(fā)展趨勢(shì)： §5.7 換熱器的發(fā)展趨勢(shì) 特殊翅片：板翅式換熱器： 3）提高傳熱系數(shù)：要提高傳熱系數(shù)，首先要提高熱阻側(cè)對(duì)流熱傳遞系數(shù)。 改善對(duì)流傳熱的措施包括：①增大流速； ②讓流體橫向沖刷傳熱面； ③盡量消除死渦區(qū)； ④增強(qiáng)流體的湍流和混合； ⑤破壞邊界層或阻止層流底層的發(fā)展； 傳熱表面的狀況。 1）強(qiáng)化管內(nèi)單相傳熱 2）強(qiáng)化層流邊界層傳熱 3）相變傳熱強(qiáng)化煙管鍋爐：煙管鍋爐不需要圍爐壁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，易于布置在爐灶附近，制造容易，操作方便。 水管鍋爐：水管鍋爐適用于蒸汽產(chǎn)量大、壓力高的場(chǎng)合。 按水循環(huán)方式分，自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)是根據(jù)管道的形狀來(lái)分的。 1999年美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室GM發(fā)明了一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用熱傳導(dǎo)原理和冷卻介質(zhì)的快速傳熱特性湖北研發(fā)不銹鋼翅片換熱熱管，將熱量快速傳遞出去被加熱物體通過(guò)熱管傳到熱源外部。 ，其熱導(dǎo)率超過(guò)任何已知金屬。 熱管換熱器是由高效傳熱元件——熱管組成的一種新型換熱器。

熱管換熱器的研究背景 當(dāng)今的傳熱工程面臨兩大難題：高絕熱材料和高導(dǎo)熱材料的研究。 導(dǎo)熱性好的材料有鋁[(λ=202W/m?°C)]、銅[λ=385W/m?°C]、銀：λ=410W/m?°C)]，但它們的導(dǎo)熱性只能達(dá)到102W/m的數(shù)量級(jí)？ ℃遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足部分工程快速散熱傳熱的需要。 熱管的發(fā)明解決了這個(gè)問(wèn)題。 熱管的等效導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到105W/m的數(shù)量級(jí)？ ℃。 是普通金屬材料的數(shù)百倍甚至數(shù)千倍。 它可以在沒(méi)有外部電源的情況下通過(guò)很小的橫截面積遠(yuǎn)距離傳輸大量的熱量。 由于熱管具有導(dǎo)熱性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、溫度均勻等優(yōu)良性能。 熱管是傳熱領(lǐng)域的一項(xiàng)重大發(fā)明和科技成果，給人類社會(huì)帶來(lái)了巨大的實(shí)用價(jià)值。 一、熱管工作原理熱管示意圖1——管殼； 它是封閉的金屬管（管殼），內(nèi)腔有少量工作介質(zhì)（工作流體）和毛細(xì)結(jié)構(gòu)（管芯），必須排除管內(nèi)的空氣和其他雜質(zhì)。 熱管工作時(shí)利用三個(gè)物理原理：⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低； ⑵同一物質(zhì)的汽化潛熱遠(yuǎn)高于感熱； ⑶多孔毛細(xì)管結(jié)構(gòu)對(duì)液體的吸力可使液體流動(dòng)。 從傳熱角度看，熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段三部分。

熱管是一個(gè)帶有.A. 熱量在.B. 流體沸騰成氣相。 C. 熱量是從上部到； 氣相。 D. 通過(guò)到 ( ) 的下部。 國(guó)外資料：（來(lái)自）熱管的工作過(guò)程如圖：當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)，毛細(xì)管芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在一定的作用下流向另一端微小的壓差釋放熱量并凝結(jié)成液體。 力的作用流回蒸發(fā)段。 在這個(gè)無(wú)盡的循環(huán)中，熱量從一端傳遞到另一端！ 在這一傳熱過(guò)程中，具體包括以下六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程： (1)熱量通過(guò)熱管壁和充滿工作流體的吸液芯從熱源傳遞到液氣界面； (2)液體在蒸發(fā)段液氣界面蒸發(fā)； (3)蒸汽室內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段； (4) 蒸汽在冷凝段液氣界面冷凝； (5) 熱量從液體-氣體界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳遞到冷源； (6)由于吸液芯內(nèi)的毛細(xì)管作用(或重力等)，冷凝功也流回蒸發(fā)段。

熱管工作過(guò)程動(dòng)畫 注：熱管內(nèi)的水會(huì)因內(nèi)部低壓而在100℃以下沸騰蒸發(fā)。 水蒸氣流動(dòng)的熱量輸入液態(tài)水中，液體因重力或吸附力而蒸發(fā)。 水蒸氣凝結(jié)，熱量散失。 熱管外殼是受壓部件，要求采用高導(dǎo)熱、耐壓、抗熱應(yīng)力的材料。 在選材上必須考慮到熱管外殼在長(zhǎng)期運(yùn)行中不腐蝕，工作流體與外殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生氣體。 外殼材料有很多種，如不銹鋼、銅、鋁、鎳等，也可采用鈮、鉭等貴金屬或玻璃、陶瓷等。 管殼的作用是封閉熱管的工作部分，接受和釋放熱端和冷端的熱量，承受管內(nèi)外壓力不相等時(shí)產(chǎn)生的壓力差。 熱管的管芯是緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。 通常內(nèi)襯多層金屬絲網(wǎng)、纖維、布等，以減少接觸熱阻。 襯里也可以由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬制成。 . 右側(cè)顯示了幾種不同的模具。 二、熱管的材料 工作液的選擇 熱管的工作液必須具有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱性、合適的飽和壓力和沸點(diǎn)、較低的粘度和良好的穩(wěn)定性。 工作液還應(yīng)具有較大的表面張力和潤(rùn)濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能夠作用于工作液，產(chǎn)生必要的毛細(xì)力。 工作流體不能溶解毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁，否則溶解的物質(zhì)會(huì)聚集在蒸發(fā)段，破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。 3、熱管的工作極限從圖中可以看出：當(dāng)工作溫度較低時(shí)，最容易出現(xiàn)粘度極限和聲速極限。

在高溫下，應(yīng)防止毛細(xì)管極限和沸騰極限。 因此，熱管的工作點(diǎn)必須選擇在包絡(luò)線以下。 4、熱管換熱器利用熱管導(dǎo)熱能力強(qiáng)、傳熱能力大的特點(diǎn)，利用多根熱管作為中間傳熱元件，實(shí)現(xiàn)冷熱流體熱交換的設(shè)備稱為熱管換熱器。交換器。 四、熱管換熱器的特點(diǎn)： 1、傳熱性能高。 特別適用于氣-氣熱交換； 2、傳熱平均溫差大； 3、結(jié)構(gòu)緊湊； 4、布局靈活； 5、工作安全可靠。 重力熱管換熱器 重力熱管換熱器有單管式、集管式和分體式三種。 分體式熱管換熱器布置圖： 應(yīng)用實(shí)例1： 應(yīng)用實(shí)例2： 應(yīng)用實(shí)例3： §5.6 流化床換熱器 流化床工作原理： 流化床是指容器內(nèi)的顆粒層。 在通過(guò)底部多孔板（配風(fēng)板）的氣流作用下，顆粒處于劇烈攪拌狀態(tài)，呈“沸騰”狀。 這層顆粒稱為流化床。 風(fēng)速 固定床 流化床 氣力輸送 §5.6 流化床換熱器 (a) 固定床； (b) 流化起點(diǎn)； (c) 流化床； (d) 氣力輸送 §5.6 流化床換熱器顆粒層在不同流速下的阻力 §5.6 流化床換熱器風(fēng)速對(duì)流化床傳熱系數(shù)的影響 傳熱系數(shù)關(guān)系 §5.6 流化床換熱器 § 5.6 流化床換熱器當(dāng)出口煙氣溫度較高時(shí)，為充分利用熱量，可采用雙床甚至三床串聯(lián)使用。

流化床換熱器的優(yōu)點(diǎn)： 1）傳熱性能高； 2）傳熱面能保持清潔，性能穩(wěn)定； 3）煙氣側(cè)傳熱面腐蝕?。? 4）維護(hù)檢修方便。 §5.6 流化床換熱器 流化床換熱器的缺點(diǎn)： 1）煙氣側(cè)壓力損失較大； 2）氣流方向受限，煙氣必須自下而上垂直通過(guò)床層； 3）由于床內(nèi)流速的限制，不能用于煙氣量過(guò)大的場(chǎng)合。 §5.7換熱器的發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)化傳熱的目的：1）減小換熱器的傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量； 2）提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力； 3）使換熱器在小溫差下工作； 4）降低換熱器的阻力，降低換熱器的電耗。 §5.7 換熱器的發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)化傳熱的途徑： 1）增大傳熱平均溫差流體的進(jìn)出口溫度受生產(chǎn)工藝條件的限制，一般不能隨意改變。 因此，增加傳熱平均溫差的唯一措施是采用逆流布置。 但對(duì)于高溫?fù)Q熱器，當(dāng)物料的溫度受到限制時(shí)，則不得不采用具有較低傳熱溫差的順流或順流組合。 因此，該措施強(qiáng)化傳熱的潛力有限，并非主要方式。 §5.7 換熱器的發(fā)展趨勢(shì) 強(qiáng)化傳熱的途徑： 2）增加換熱面積的常用方法是適當(dāng)減小管徑湖北研發(fā)不銹鋼翅片換熱熱管，采用翅片管和螺旋管。 管外翅片： 5 熱回收換熱設(shè)備 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 § 5.2 高溫余熱回收裝置 § 5.3 余熱鍋爐 § 5.4 回轉(zhuǎn)式換熱器 § 5.5 熱管換熱器 § 5.6 流化床式換熱器 §5.7 換熱器發(fā)展趨勢(shì) §5.8 換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì) §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 空氣-空氣換熱器 液-液換熱器 加熱器 固-氣換熱器 固液換熱器 氣液換熱器 氣相變換熱器 按換熱介質(zhì)分： §5.1 熱回收用換熱設(shè)備概述 直接接觸換熱器 間接接觸換熱器 隔壁換熱器 蓄熱式換熱器 間接換熱器按換熱方式不同： §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 熱回收換熱設(shè)備主要類型： ①高溫?fù)Q熱器 ②余熱鍋爐 ③蓄熱式換熱器 ④殼管式換熱器換熱器⑤ 翅片管換熱器⑥ 緊湊型換熱器⑦ 熱管換熱器⑧ 流化床換熱器§ 5.1 熱回收用換熱設(shè)備概述換熱器設(shè)計(jì)依據(jù)： 換熱器設(shè)計(jì)主要包括熱力設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

換熱器的熱力計(jì)算方法有平均溫差法和傳熱單元數(shù)法。 換熱器熱量計(jì)算分為設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算兩種情況 (1)設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)新的換熱器，確定所需的換熱面積。 (2)校核計(jì)算：對(duì)于已有或選定換熱面積的換熱器，在非設(shè)計(jì)工況下，校核他是否能勝任規(guī)定的新任務(wù)。 1、傳熱平均溫差法這種方法常用于換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算，即根據(jù)計(jì)算出的平均傳熱溫差，即傳熱系數(shù)，求出所需的傳熱面積以保證換熱量。 2、傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法是將換熱關(guān)系表示為傳熱單元數(shù)NTU與溫度效率E即水當(dāng)量R的函數(shù)關(guān)系。傳遞單位定義為： ——冷熱流體的水當(dāng)量中較小的值，水當(dāng)量是流量與比熱容的乘積。 水當(dāng)量比R定義為： 2.傳熱單元數(shù)法溫度效率E定義為冷流體或熱流體進(jìn)出口溫差與換熱器最大溫差之比. 溫度效率定義為： 的函數(shù)關(guān)系與流體的相對(duì)流動(dòng)方向有關(guān)。 一般R取R1和R2中小于1的一個(gè)，E取E1和E2中較大的一個(gè)。 對(duì)于現(xiàn)有換熱器，由于換熱面積、冷熱流體流量和進(jìn)口溫度已知，可以計(jì)算出R和NTU的值，進(jìn)而求出溫度效率E通過(guò)使用線圖，可以計(jì)算出流體出口。 溫度和熱傳遞。 因此，NTU法更便于換熱器的標(biāo)定計(jì)算。 2、傳熱單元數(shù)法 隨著節(jié)能工作的深入，要求不斷開發(fā)高效傳熱面，以增加傳熱或減小傳熱溫差，或減小換熱器的尺寸。

提高熱經(jīng)濟(jì)性和降低換熱器成本是比較合理的，這可以通過(guò)換熱器的溫度效率或溫度效率高低來(lái)判斷。 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 換熱器設(shè)計(jì)制約因素： ①換熱器壁溫限制： 材料最高使用溫度/℃ 材料最高使用溫度/℃ 銅 200 耐熱球墨鑄鐵 650~700 黃銅280 表面滲鋁碳鋼 650~700 銅鎳合金 370 合金鋼 800 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 400~450 鎳 980 鑄鐵 550~600 耐熱鎳基合金 1000 耐熱鑄鐵 600~650 陶瓷>1400 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 ② 傳熱污染： §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 ③ 傳熱的局限性面積：增加換熱器的換熱面積，可以增加余熱回收量，進(jìn)一步節(jié)約能源。 但隨著余熱回收深度的增加和換熱溫差的減小，回收同樣的熱量將需要數(shù)倍的換熱面積，換熱器的造價(jià)與換熱面積有關(guān)。 因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要經(jīng)過(guò)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)比較，慎重選擇。 §5.1 熱回收換熱設(shè)備概述 ④ 流體輸送耗電量：安裝余熱回收裝置時(shí)，需要增加余熱源通路的阻力，從而增加風(fēng)機(jī)的耗電量。

提高流體的流速可以提高換熱器中對(duì)流傳熱的傳熱系數(shù)，從而提高換熱器的傳熱系數(shù)。 對(duì)流傳熱系數(shù)大致與流速的0.8次方成正比，而流阻會(huì)隨流速的1.75次方迅速增加，耗??電量所需的運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)增加比例關(guān)系。 因此，在采取提高流量強(qiáng)化傳熱的措施時(shí)，需要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較慎重選擇。 §5.1 熱回收用換熱設(shè)備概述④ 流體輸送耗電量：§5.1 熱回收用換熱設(shè)備概述⑤ 強(qiáng)度設(shè)計(jì)：換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)的重要性不亞于傳熱設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于高-溫余熱回收利用更為重要。 設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何解決換熱器各部分熱膨脹不同的問(wèn)題，采取什么措施產(chǎn)生熱應(yīng)力。 在某些情況下，為了給強(qiáng)度留有余地，設(shè)計(jì)不得不取較小的溫度效率。 §5.2高溫余熱回收裝置 1、高溫?fù)Q熱器形式根據(jù)傳熱方式切換； 蓄熱室隔壁換熱器為金屬換熱器； 陶瓷換熱器基于煙氣側(cè)傳熱方式； 輻射換熱器為對(duì)流換熱器 §5.2 高溫余熱回收裝置 輻射換熱器：煙氣空氣 §5.2 高溫余熱回收裝置 對(duì)流換熱器：煙氣空氣 §5.2 高溫余熱回收裝置 2.高溫選擇換熱器 1) 設(shè)備成本 2) 工作溫度 §5.2 高溫余熱回收裝置 3) 最高預(yù)熱溫度 §5.2 高溫余熱回收裝置 3. 高溫?fù)Q熱器在使用中的問(wèn)題 高溫?fù)Q熱器在使用中的問(wèn)題包括燒壞、堵塞、腐蝕、參數(shù)不符合設(shè)計(jì)要求等。

主要原因：1）原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不正確； 2）設(shè)計(jì)不當(dāng)； 3) 制造缺陷； 4) 操作不當(dāng)； 蒸氣壓，此時(shí)從煙道氣中回收的壓最大。 §5.3 余熱鍋爐 2）余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量取決于前端設(shè)備的生產(chǎn)工藝，不能隨用戶需要而改變。 §5.3 余熱鍋爐 2）余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量取決于前端設(shè)備的生產(chǎn)工藝，不能隨用戶需要而改變。 §5.3 余熱鍋爐 3) 余熱鍋爐容量的確定應(yīng)考慮生產(chǎn)過(guò)程的周期性、最大和最小煙氣流量及相應(yīng)的溫度變化規(guī)律。 4）余熱鍋爐工作溫度較低，同樣蒸發(fā)量的鍋爐，所需換熱面積比工業(yè)鍋爐大。 5）根據(jù)煙氣的不同特性，需要采取相應(yīng)的措施。 6）防止排氣溫度低于露點(diǎn)溫度，以免低溫腐蝕。 §5.3 余熱鍋爐 7) 含塵量高的煙氣，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆滥ゴ胧? §5.3 余熱鍋爐 2、余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)型式 余熱鍋爐按余熱源溫度及其熱力特性大致可分為兩種：一種是熱源起始溫度在400℃之間。和800°C，主要依靠對(duì)流交換。 熱; 另一種熱源初溫在850℃以上，鍋爐既有輻射供熱又有對(duì)流傳熱。 余熱鍋爐按受熱面形式可分為煙管式和水管式。