一、强化传热的基本原理
强化传热指增加热传递过程的传热量;增加传热面积、增加传热温差以及增加传热系数或对流传热系数都可以增加所传递的热量。强化传热技术指在一定的传热面积与温差下,增加传热系数或对流传热系数的技术,包括许多技术含量高的措施。
1、主导热阻原理
对于一个由几个环节串联组成的总传热过程,要强化传热首先要找出热阻最大的环节并设法强化该环节的传热,即减少该环节的热阻;单相对流传热的强化,尤其是气体与油类换热的强化是强化传热技术研究中的重点内容。
2、场协同原理
对于无相变的对流传热,凡是能减薄边界层、增加流体扰动、促使流体中各部分混合以及增加固体壁面上的速度梯度的措施都是强化措施。但减薄热边界层厚度与增加流体中的扰动之间有什么内在联系,其共同的本质是什么?
场协同原理-无论是边界层型的流动还是有回流的流动,在一定的速度及温度梯度下要强化对流传热,实质上是要减小速度与温度梯度之间的夹角。根据场协同原理,寻找强化单相对流传热的表面就是要获得能使流体的速度与温度梯度夹角尽量减小的表面。
二、强华传热的基本途径
强化传热的无源技术:除了输送传热介质的功率外不再需要附加动力的技术;有源技术:需要额外的动力的技术。
1、改变流体的流动状态或边界层状态
提高流速:增大雷诺数可使对流换热的表面传热系数由一定程度的提高,但伴随着阻力的增长;应根据允许压降确定可以采用的流速上限。
插入物体:强化管内换热,主要针对气体和高粘度介质,如各种扭带、螺旋片、螺旋线圈、麻花铁等;其作用为迫使流体做螺旋运动,增强扰动、破坏流动边界层,使当量直径减小,使临界雷诺数降低,具有肋片的作用。
2、改变换热表面的几何形状
表面粗糙化:不仅指材料表面的粗糙程度,还包括人为加工的表面凸凹以及多孔表面,流体会发生局部壁面的边界层分离,增强流体中的扰动与混合。
改变特征尺寸:减小特征尺寸对增大表面传热系数有利。
外表面肋化:通过增加面积与流体的扰动来强化换热。3、改变流体的物性
在流体中掺混入少量异种物质的小颗粒以强化传热。
4、外力强化方法