傳熱過(guò)程強(qiáng)化

1、 化工生產(chǎn)中所要解決的傳熱問(wèn)題大致化工生產(chǎn)中所要解決的傳熱問(wèn)題大致可分為兩類(lèi)可分為兩類(lèi) : 一類(lèi)是傳熱計(jì)算一類(lèi)是傳熱計(jì)算 , 如換熱器如換熱器的設(shè)計(jì)與校核的設(shè)計(jì)與校核 ; 另一類(lèi)是傳熱設(shè)備的改另一類(lèi)是傳熱設(shè)備的改進(jìn)和傳熱過(guò)程的強(qiáng)化。二者往往有一定進(jìn)和傳熱過(guò)程的強(qiáng)化。二者往往有一定的聯(lián)系。的聯(lián)系。 所謂強(qiáng)化傳熱過(guò)程所謂強(qiáng)化傳熱過(guò)程 , , 就是提高冷、熱就是提高冷、熱流體傳熱速率的過(guò)程。從傳熱基本方程流體傳熱速率的過(guò)程。從傳熱基本方程 Q= KAQ= KAt tm m 出發(fā)出發(fā) , , 不難看出不難看出 , , 增大傳增大傳熱系數(shù)熱系數(shù) K K 、傳熱面積、傳熱面積A A和傳熱平均溫差和傳熱平均

2、溫差 t tm m , , 都可以提高傳熱速率。其中都可以提高傳熱速率。其中 , , 設(shè)法增大總傳熱系數(shù)設(shè)法增大總傳熱系數(shù) K K 是強(qiáng)化傳熱的主是強(qiáng)化傳熱的主要途徑。要途徑。 與其他傳遞過(guò)程類(lèi)似與其他傳遞過(guò)程類(lèi)似 , , 傳熱速率傳熱速率 Q Q 與傳熱推動(dòng)力與傳熱推動(dòng)力T T 成正比成正比 , , 與傳熱阻力與傳熱阻力 R R 成反比成反比 , , 即即： （1 1） 因此因此 , , 欲提高傳熱速率欲提高傳熱速率 , , 關(guān)鍵在于減關(guān)鍵在于減小傳熱過(guò)程的熱阻。熱邊界層越薄小傳熱過(guò)程的熱阻。熱邊界層越薄 , , 溫溫度梯度梯 度越大度越大 , , 熱阻就越小。所以通過(guò)改熱阻就越小。所以通過(guò)

3、改善流動(dòng)狀況善流動(dòng)狀況 , , 使邊界層變薄使邊界層變薄 , , 或通過(guò)相或通過(guò)相應(yīng)措施應(yīng)措施 , , 對(duì)邊界層造成更大擾動(dòng)以至破對(duì)邊界層造成更大擾動(dòng)以至破壞壞 , , 也是強(qiáng)化傳熱的主要途徑之一。也是強(qiáng)化傳熱的主要途徑之一。 K 的數(shù)值取決于流體的物性、傳熱過(guò)的數(shù)值取決于流體的物性、傳熱過(guò)程的操作條件及換熱器的類(lèi)型等。程的操作條件及換熱器的類(lèi)型等。 K值值除了從有關(guān)于冊(cè)及專業(yè)書(shū)籍中查取外除了從有關(guān)于冊(cè)及專業(yè)書(shū)籍中查取外 , 主主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或公式計(jì)算獲得。要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或公式計(jì)算獲得。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定流經(jīng)已知尺寸換熱器的流通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定流經(jīng)已知尺寸換熱器的流體溫度、流量體溫度、流量 ， 即可用即

4、可用 Q=KAtm 求求出出 K 值。值。利用公式計(jì)算利用公式計(jì)算 ： （2 2）式中式中 : :d di i，d d0 0- 換熱管的內(nèi)換熱管的內(nèi)徑、徑、外外徑徑 ,mm;,mm; b b -換熱管壁厚換熱管壁厚 ,mm;,mm; d dm m-換熱管平均直徑換熱管平均直徑 ,dm = (di +do)/2; -換熱管導(dǎo)熱系數(shù)換熱管導(dǎo)熱系數(shù) ,W/(mK); i i, 0 0 - 管內(nèi)、管外流體的對(duì)流傳熱系管內(nèi)、管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)數(shù) ,W/(m2K) 。 當(dāng)管壁較薄且熱阻較小時(shí)當(dāng)管壁較薄且熱阻較小時(shí) , , 上式簡(jiǎn)化為上式簡(jiǎn)化為： (3)(3) 注意注意： 當(dāng)一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于另當(dāng)

5、一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于另一側(cè)時(shí)一側(cè)時(shí) , , 如如i io o, , 則則i i對(duì)對(duì) K K 值影值影響很小響很小 , ,即即K K o o此時(shí)欲提高此時(shí)欲提高 K K 值值 , , 應(yīng)從管外入手應(yīng)從管外入手 , , 著力減小管外流體熱阻。著力減小管外流體熱阻。 另外另外, ,實(shí)際的換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后實(shí)際的換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后, ,污垢熱阻污垢熱阻有時(shí)會(huì)成為傳熱過(guò)程的主要熱阻有時(shí)會(huì)成為傳熱過(guò)程的主要熱阻, ,此時(shí)若不首先解此時(shí)若不首先解決污垢問(wèn)題決污垢問(wèn)題 , ,則一切強(qiáng)化措施都不會(huì)起作用。則一切強(qiáng)化措施都不會(huì)起作用。 過(guò)程強(qiáng)化帶來(lái)的問(wèn)題是流體流動(dòng)阻力的增大和過(guò)程強(qiáng)化帶來(lái)的問(wèn)題是流體流動(dòng)阻

6、力的增大和能耗、操作費(fèi)用的增加能耗、操作費(fèi)用的增加 , , 所以在設(shè)計(jì)或選用換熱所以在設(shè)計(jì)或選用換熱器時(shí)器時(shí) , , 不僅要考慮如何用最小的換熱面積完成既不僅要考慮如何用最小的換熱面積完成既定的任務(wù)定的任務(wù) , , 而且應(yīng)力求減小阻力而且應(yīng)力求減小阻力 , , 在壓在壓降降P P與與傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) K K 之間尋求最佳值之間尋求最佳值 , , 即設(shè)計(jì)優(yōu)化。即設(shè)計(jì)優(yōu)化。 本實(shí)驗(yàn)提供裝置如圖所示本實(shí)驗(yàn)提供裝置如圖所示：傳熱強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)裝置傳熱強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)裝置 1 1一接風(fēng)機(jī)一接風(fēng)機(jī) ; 2 ; 2 一轉(zhuǎn)子流量計(jì)一轉(zhuǎn)子流量計(jì) ; 3 ; 3 一換熱管一換熱管 ; 4 ; 4 一氣一氣熱交換器熱交換器 ;

7、5 ; 5 一支承板一支承板 ; 6- ; 6- 空氣電熱器空氣電熱器 ; 7 ; 7 一調(diào)一調(diào)壓器壓器一熱電偶埋放位置一熱電偶埋放位置- - 該裝置主體設(shè)備為一氣該裝置主體設(shè)備為一氣 - -氣熱交換器氣熱交換器 , , 換熱管為換熱管為一紫銅管。配套設(shè)備有羅茨鼓風(fēng)機(jī)、空氣電器、調(diào)一紫銅管。配套設(shè)備有羅茨鼓風(fēng)機(jī)、空氣電器、調(diào)壓器、控溫儀表等。來(lái)自羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)分成兩路壓器、控溫儀表等。來(lái)自羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)分成兩路 , , 路經(jīng)電熱器加熱后進(jìn)入換熱管內(nèi)路經(jīng)電熱器加熱后進(jìn)入換熱管內(nèi) , , 另一路則經(jīng)分另一路則經(jīng)分布板作為冷流體與管內(nèi)熱空氣進(jìn)行錯(cuò)流換熱布板作為冷流體與管內(nèi)熱空氣進(jìn)行錯(cuò)流換熱 , ,冷

8、、冷、熱空氣的流量分別通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)。熱空氣的熱空氣的流量分別通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)。熱空氣的人口溫度事先設(shè)定后人口溫度事先設(shè)定后 , , 通過(guò)智能溫控儀可實(shí)現(xiàn)自通過(guò)智能溫控儀可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)調(diào)節(jié) , , 其他各點(diǎn)溫度均通過(guò)其他各點(diǎn)溫度均通過(guò) DS DS 系列智能數(shù)字顯系列智能數(shù)字顯示儀讀取示儀讀取。各各設(shè)備規(guī)格尺寸如下設(shè)備規(guī)格尺寸如下 ：（1 1）氣氣 - -氣換熱器氣換熱器 傳熱管傳熱管 :1818 1 1 紫銅管紫銅管 , ,傳熱部分傳熱部分長(zhǎng)長(zhǎng) 0.5m, 0.5m, 穩(wěn)定段長(zhǎng)穩(wěn)定段長(zhǎng) 0.3m; 0.3m; 有機(jī)玻璃箱體有機(jī)玻璃箱體 : : 長(zhǎng)長(zhǎng) 500mm, 500mm, 寬寬 5

9、0mm, 50mm, 底板分布板開(kāi)孔率底板分布板開(kāi)孔率 1%, 1%, 孔徑孔徑 1 1mm, mm, 板上板上覆以鋼絲網(wǎng)。覆以鋼絲網(wǎng)。 (2) 測(cè)溫及控溫儀表銅測(cè)溫及控溫儀表銅 -康銅熱電偶康銅熱電偶 , 由由0.20.4mm 銅銅 -康銅絲焊成康銅絲焊成 ;DS 系列智系列智能數(shù)字顯示儀能數(shù)字顯示儀 ;DX 系列智能溫控儀系列智能溫控儀 , 型型號(hào)號(hào) DX-9 。 (3) 空氣電熱器空氣電熱器 : 加熱功率加熱功率 lkW 。 (4) 輔助材料輔助材料 : 自制內(nèi)構(gòu)件自制內(nèi)構(gòu)件 , 如螺旋金屬如螺旋金屬片、硅膠顆粒片、硅膠顆粒 (4060 目目 ) 等。等。針對(duì)該氣針對(duì)該氣 -氣換熱裝置氣

10、換熱裝置 , 試分析強(qiáng)化傳熱應(yīng)試分析強(qiáng)化傳熱應(yīng)從何處著手從何處著手 ? 可行的強(qiáng)化措施有哪些可行的強(qiáng)化措施有哪些 ?試從中選擇若干強(qiáng)化措施試從中選擇若干強(qiáng)化措施 , 自擬實(shí)驗(yàn)步驟自擬實(shí)驗(yàn)步驟 , 測(cè)定并對(duì)比采取強(qiáng)化措施前測(cè)定并對(duì)比采取強(qiáng)化措施前 后的傳熱系數(shù)后的傳熱系數(shù)K 、傳熱膜系數(shù)、傳熱膜系數(shù)、璧溫及壓降等。通過(guò)計(jì)、璧溫及壓降等。通過(guò)計(jì)算及比較算及比較 ,對(duì)各強(qiáng)化措對(duì)各強(qiáng)化措 施進(jìn)行評(píng)價(jià)施進(jìn)行評(píng)價(jià) ,得出自己得出自己的結(jié)論。的結(jié)論。從傳熱強(qiáng)化出發(fā)從傳熱強(qiáng)化出發(fā) , 總結(jié)過(guò)程強(qiáng)化的一般研究總結(jié)過(guò)程強(qiáng)化的一般研究思路和方法。思路和方法。1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作(1) 查閱傳熱強(qiáng)化方面的有關(guān)資料和文獻(xiàn)。查閱傳熱強(qiáng)化方面的有關(guān)資料和文獻(xiàn)。(2) 熟悉現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、流程及儀表的使用。熟悉現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、流程及儀表的使用。(3) 制作冰塊制作冰塊 , 放入冰瓶放入冰瓶 ( 熱電偶冰點(diǎn)熱電偶冰點(diǎn) ) 。2、操作注意事項(xiàng)操作注意事項(xiàng) (1) (1) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)開(kāi)始 , , 先開(kāi)風(fēng)先開(kāi)風(fēng) , , 后開(kāi)電加熱后開(kāi)電加熱 ; ; 實(shí)驗(yàn)結(jié)束實(shí)驗(yàn)結(jié)束 , , 先關(guān)電加熱先關(guān)電加熱 , , 過(guò)幾分鐘再過(guò)幾分鐘再關(guān)風(fēng)關(guān)風(fēng) , , 防止空氣電熱器干燒。防止空氣電熱器干燒。 (2) (2) 實(shí)驗(yàn)后一定要將