傳熱強(qiáng)化

提高傳熱系數(shù)的傳熱技術(shù)。在傳熱理論的應(yīng)用研究中最常遇到傳熱強(qiáng)化問題。強(qiáng)化的目的是提高設(shè)備的利用率、節(jié)約能源或滿足特殊的工藝要求。

根據(jù)傳熱系數(shù)的定義式，傳熱過程的總熱阻(1/KA)等于固壁兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻(1/h1A，1/h2A)和固壁本身的導(dǎo)熱熱阻(δ/kA)等 3個(gè)分熱阻之和。其中K為總傳熱系數(shù)，h1、h2分別為兩側(cè)流體對(duì)固壁的對(duì)流傳熱系數(shù)，δ和k為固壁的厚度和熱導(dǎo)率，A為固壁傳熱面積。如果傳熱是在高溫下進(jìn)行，總熱阻中還應(yīng)包括分熱阻──輻射熱阻。因此，一般地說，降低任何一個(gè)分熱阻都能提高傳熱系數(shù)。但是實(shí)際上，只有當(dāng)固壁的導(dǎo)熱熱阻相對(duì)于其他幾個(gè)分熱阻較大或相接近時(shí),選用熱導(dǎo)率k比較大的金屬作固壁材料才是有意義的。當(dāng)對(duì)流換熱熱阻較大時(shí)，導(dǎo)熱熱阻在總熱阻中所占比重很小，這時(shí)為了強(qiáng)化傳熱，主要是靠設(shè)法減小固壁兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻。就兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻來說，如果兩值相近，強(qiáng)化兩側(cè)或任一側(cè)都有效果;如果兩者差別較大，則應(yīng)著重強(qiáng)化原來換熱熱阻大的一側(cè)。

通過減小分熱阻以強(qiáng)化傳熱的辦法很多，經(jīng)常應(yīng)用的有:①選用熱導(dǎo)率大的材料，或減薄固壁厚度，以降低導(dǎo)熱熱阻;②提高氣體和固壁表面的黑度，以降低輻射熱阻。

強(qiáng)化對(duì)流換熱常常是強(qiáng)化傳熱過程的主要途徑，可以采用的手段也更加多樣，常用的有:①選用熱導(dǎo)率比較大的流體。例如，氫冷比空氣冷有效，水冷效果更佳;②加大流動(dòng)速度，以提高湍流度，減薄邊界層，降低對(duì)流熱阻;采用短管換熱器也可以抑制邊界層增厚;③采用螺旋管、螺旋板、入口旋流片、各種波形管、異形管和管內(nèi)插入件，以及粗糙表面等以增強(qiáng)流體擾動(dòng);④在對(duì)流換熱較弱的一側(cè)采用肋片、翅片，以增大換熱面積和擾動(dòng)度;⑤盡量采用相變換熱，并且在沸騰汽化時(shí)應(yīng)用多孔金屬壁以增加汽化核心;在蒸汽凝結(jié)時(shí)，換熱面上加涂料或流體中摻入添加劑，造成珠狀凝結(jié)條件;⑥改進(jìn)冷熱氣流的流向安排，以提高換熱溫壓;應(yīng)用電磁和超聲等效應(yīng)也可以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。

在傳熱中，單位時(shí)間內(nèi)的換熱量Q與冷熱流體的溫度差Δt及傳熱面積A成正比，即Q=KAΔt式中，K為傳熱系數(shù)，是反映傳熱強(qiáng)弱的指標(biāo)。從上式可以看出，增大傳熱量可以通過提高傳熱系數(shù)、擴(kuò)大傳熱面積和增大傳熱溫差3種途徑來實(shí)現(xiàn)。

從強(qiáng)化的傳熱過程來分，可分為導(dǎo)熱過程的強(qiáng)化、單相對(duì)流傳熱過程的強(qiáng)化、沸騰傳熱過程的強(qiáng)化、凝結(jié)傳熱過程的強(qiáng)化和輻射傳熱過程的強(qiáng)化。從提高傳熱系數(shù)的各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)來分，可分為有功技術(shù)和無功技術(shù)，也將其稱為有源強(qiáng)化技術(shù)和無源強(qiáng)化技術(shù)，主動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)和被動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)。