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k10-3

§3 传热的增强和削弱

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重点内容:

控制传热的分析思路。

 

所谓增强传热,是指从分析影响传热的各种因素出发,采取某些技术措施提高换热设备单位传热面积的传热量,使设备趋于紧凑、重量轻、节省金属材料以及降低动力消耗等。而削弱传热,是指采取隔热保温措施降低换热设备热损失,以达节能、安全防护及满足工艺要求等目的。

这里系统分析传热过程的强度控制进行。

方法:首先要对传热过程各个环节规律有着清晰的理解,尤其是其各项热阻的组成。传热的控制实质上就是热阻的控制,但要抓住主要矛盾,即最大的热阻项。

一、强化传热的基本途径

根据传热过程方程式

强化传热的基本途径有三个方面:

1 、 提高传热系数:应采取有效的提高传热系数的措施,如必须提高两侧表面传热系数中较小的项。另外应注意:在采取增强传热措施的同时,必须注意清除换热设备运行中产生的污垢热阻,以免抵消强化传热带来的效果。

2 、 提高换热面积:采用扩展表面,即使换热设备传热系数及单位体积的传热面积增加,如肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面等;当然必须扩展传热系数小的一侧的面积,才是使用最广泛的一种增强传热的方法。

3 、 提高传热温差:在冷、热流体温度不变的条件下,通过合理组织流动方式,提高传热温差。

 

二、增强传热的方法

1 、扩展传热面

2 、改变流动状况:增加流速、增强扰动、采用旋流及射流等都能起增强传热的效果,但这些措施都将使流动阻力增大,增加动力消耗。

3 、使用添加剂改变流体物性:流体热物性中的导热系数和体积比热容对表面传热系数的影响较大。在流体内加入些添加剂可以改变流体的某些热物理性能,达到强化传热的效果。

4 、改变表面状况:如增加粗糙度、改变表面结构、表面涂层等。

 

三、削弱传热的方法

1 、覆盖热绝缘材料。常用的材料日前有:岩棉、泡沫塑料、微孔硅酸切、珍珠岩等。

2 、改变表面状况。即改变表面的辐射特性及附加抑制对流的元件。

3 、遮热板

 

四、基本要求及例题

理解强化和削弱传热的基本途径,掌握控制传热的热阻分析原理。

例题 1 、在换热表面加肋片是强化传热的重要措施之一。当采用加肋片增强无限大平壁传热时,最有效的方法是肋片应加在哪一侧,为什么 ?

答:从热阻分析角度出发,为有效强化传热,必须有效减小传热过程的总热阻,而无限大平壁传热过程的总热阻可由 表达,可见,在忽略壁面导热热阻的情况下,如果两侧对流换热系数 h 1 、 h 2 相差较大,对流换热系数较小的一侧热阻将在传热过程的总热阻中占有较大的比例,因而大幅度减小对流换热系数较小的一侧热阻,可以有效减小传热过程的总热阻。

在换热表面加肋片可以大幅度提高该表面的传热面积,从而大幅度减小该侧的对流换热热阻 ,因此当采用加肋片增强无限大平壁传热时,最有效的方法是肋片应加在对流换热系数较小的一侧。

例题 2 、某换热器传热系数测量结果如附图所示。依据该实验结果,试提出提高该换热器传热系数的至少两种有效措施,并说明强化机理。

答:由实验结果可以看出,流体乙的流速增加可以大幅度提高传热系数 K ,说明流体乙一侧对流换热系数较小,该侧热阻在传热过程的总热阻中占有较大的比例。

有效提高该换热器传热系数有效措施为:提高流体乙的流速;在流体乙一侧加肋片。实验结果即可看出,流体乙的流速增加可以大幅度提高传热系数 K ;在流体乙一侧加肋片,可以提高单位换热设备体积内的换热面积,减小流体乙一侧的热阻。

例题 3 、热水在两根相同的管内以相同流速流动,管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后,两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大 ? 为什么 ?

答:采用水冷时,管道内外均为换热较强的水,两侧流体的换热热阻较小,因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时,气侧热组较大,这时,水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大。


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