換熱器設(shè)計現(xiàn)狀

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在保護生態(tài)環(huán)境下的能源緊缺問題逼迫著人們尋找新能源的開發(fā)，換熱器是一種重要的在不同溫度的 的不同介質(zhì)之間實現(xiàn)熱量交換的設(shè)備，在世界能源危機不斷加劇的情形下，換熱器的強化傳熱技術(shù)備受關(guān)注，大量的相關(guān)研究也是層出不 窮，都在努力解決能源短缺問題。而本文主要介紹了我國換熱器的現(xiàn)狀以及存在的問題，還涉及換熱器的基本概念、工作原理、分類、 發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計現(xiàn)狀；管式換熱器；板面式換熱器前言 換熱器又稱熱交換器，是將熱流體的部分熱量傳遞 給冷流體的設(shè)備，實現(xiàn)熱量的傳遞。熱換器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng) 用廣泛，在食品、化工、石油、制藥、機械等領(lǐng)域都有涉 及。換熱器存在的形式既可以是一種單位設(shè)備，如加熱 器、冷卻器等，也可以不是獨立存在的，比如是某一工藝 設(shè)備的組成部分。熱換器的不斷更新發(fā)展不僅是熱換器行 業(yè)自身的發(fā)展，更是為使用熱換器的各個工業(yè)行業(yè)的能源 問題的解決提供好的途徑。一、換熱器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 對于各型換熱器的強化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對 換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對各部件的參數(shù)優(yōu)化研究兩方 面，而對換熱器部件參數(shù)的主要研究對象就是換熱管( 板) 排 列方式 ( 順排或叉排) 、換熱管( 板) 排數(shù)、換管( 板) 間距大 小、肋片布置問距、肋片形狀等。國內(nèi)對于換熱器肋片換熱 的研究起步比較晚、經(jīng)驗比較少，多借鑒于國外，無論是理論 研究還是實驗研究都還需進一步深入，技術(shù)創(chuàng)新還不夠，但 是對各因素對換熱器性能影響的研究也比較全面。總的來 說，仍然存在以下問題: ( 1) 換熱器換熱的理論研究不夠完 善，可供對肋片實際應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計的理論依據(jù)太少，對于換 熱公式推導(dǎo)出的解析解較少，目前大多是通過試驗、數(shù)據(jù)分 析擬和而成的經(jīng)驗公式; ( 2) 換熱的理論體系缺乏系統(tǒng)性， 不夠完善; ( 3) 因為試驗環(huán)境、材料、儀器的精度以及試驗方 法不同，在同一個研究方向的某些問題的研究結(jié)論存在的分 歧較多，很難形成統(tǒng)一的意見，暫不能形成對實踐的可靠指 導(dǎo); ( 4) 目前對換熱器的研究大多基于一維、二維的換熱，國 內(nèi)對于三維的換熱模型的研究過少，同時，對于一維和二維 傳熱模型的前提假設(shè)條件很苛刻，得出的結(jié)論適用性不強; ( 5) 結(jié)合試驗建立的部分換熱理論還缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和局限性。一、熱換器的工作原理1.工作原理 換熱器按照傳熱原理可以分為表面式換熱器、蓄熱式 換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器。但 總的來說，換熱器就是遵循了熱平衡的原理，簡而言之就 是把高溫物體的熱量傳送給低溫物體。在傳熱工程中，其內(nèi)部有兩個管道回路，一個是熱源溫度高，另一個溫度低 是被加熱源，通過熱源將熱量傳輸給被加熱源來提高被加 熱源的溫度。而且在加熱源之前有個調(diào)節(jié)閥用來控制被 加熱源的溫度，用調(diào)節(jié)閥來控制所需的熱量的程度和時間 點等。二、典型的熱換器類型 1.管式換熱器 管式換熱器主要分為套管式換熱器和管殼式換熱器。 套管式換熱器如字面意思，是將直徑不同的管進行同心套 接，然后將多個元件用u型彎管連接而成的。而管殼式換熱 器是由殼體、折流板等部分組成，管束安裝在殼體內(nèi)部， 再把一端或者兩端固定在管板上面。而管板與管箱的連接 方式也多種多樣了，可以焊接也可以用螺栓，但是連接處 的檢測就需要格外嚴(yán)格了，要充分保障連接處無縫隙， 質(zhì)量確保。套管式換熱器運用范圍主要是用于傳熱面積需 求不大的地方，只能小范圍運用，主要是小空間的建筑室 內(nèi)。因為他的占地面積較大，管與管連接所用的接頭過 多，發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，如果工程量過大就會 使得發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，后期的危險性大，承 擔(dān)過大風(fēng)險造成不必要的費用。所用材料多，物質(zhì)流動的 阻力也增大，加熱的效率降低，而且能覆蓋的面積也減少 了。但是它的優(yōu)點是組合方式簡單易懂，損壞后無需專人 也能大概看懂問題所在，所需的專業(yè)知識少。維修清洗便 捷，適合高溫、高壓的流體物質(zhì)使用。管殼式換熱器依靠 其結(jié)構(gòu)簡易、安全性能高、承受高溫高壓能力強等優(yōu)良性 能，所以在目前的大多數(shù)工業(yè)工程中使用比例大。管殼式 換熱器按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的種類。根據(jù)其 結(jié)構(gòu)不同可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U 型管式換熱器等等。2.板面式換熱器 板面式換熱器顧名思義就是通過板面進行換熱的換熱 器。板面一般不是平滑的表面，是有凹凸不平的紋路，流 體通過板面時造成擾動提高熱效率。板面式換熱器的優(yōu)點 是占地面積較小，能省下更大的空間，也會對室內(nèi)的美觀 減少影響。相比于管殼式換熱器，板面式質(zhì)量更輕，所用 的材料更少，而且凹凸不平的版面使得傳熱效率更高。由 于其結(jié)構(gòu)特點，使得流體能在較低的速度下就到達端流狀 態(tài)，加強了傳熱，節(jié)省了不少時間，提高效率。但是板式 換熱器流道狹窄，處理量小，流動阻力大，承受高壓高溫 效果也較差的缺點。板面式換熱器形式多種多樣，可分為 板式換熱器、板殼式換熱器、螺旋板式換熱器傘板式換熱 器等等。螺旋式換熱器由于其螺旋狀的外形，能促使流體 隨螺旋狀自動流動，易于沖刷，不易結(jié)垢。 三、換熱器未來發(fā)展趨勢未來工業(yè)生產(chǎn)上對換熱器的要求是：傳熱效率高、流 體阻力??；強度、剛度、穩(wěn)定性都要足夠；結(jié)構(gòu)合理，節(jié) 省材料，成本較低；制造、裝拆、檢修方便等。產(chǎn)品高效 化、節(jié)能化、大型化都將是換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。國家 要大力建設(shè)節(jié)約型環(huán)保社會，這一方面將促進換熱器產(chǎn)業(yè) 的高速發(fā)展，國家提供足夠的支持力度，刺激換熱器行業(yè) 的積極性。另一方面也將引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)向高效、環(huán)保、節(jié)能方 面發(fā)展。2013年，國務(wù)院頒布了能源發(fā)展的“十二五” 規(guī)劃，規(guī)劃中的條例表明了基于石油、化工等行業(yè)的需 求將穩(wěn)定增長。市場的廣闊需求和國家的大力支持都推動 著換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上的革新和在品種上的多樣化趨勢。 國家的資金和政策支持引領(lǐng)更多的人才投入和精力投入， 必然推動換熱器行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。 四、總結(jié) 隨著經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)化進程加快，能源短缺問題成為 世界性難題，新能源的開發(fā)、節(jié)能環(huán)保都成為世界共同關(guān) 注的話題。近年來，國內(nèi)換熱器行業(yè)在節(jié)能增效、提高傳 熱效率、降低降壓方面都取得了顯著的成績。但是在技術(shù) 上，與國外的換熱器相比依然有很多難題需要去克服。我 國在換熱、散熱、冷卻設(shè)備上都是強大的重要的市場，市 場需求量大。基于國家政策的支持和市場日益增長的需求 量，我國換熱器產(chǎn)業(yè)具有一個很好的前景，是蓬勃發(fā)展的 朝陽企業(yè)。參考文獻 1祝銀海,厲彥忠.板翅式換熱器翅片通道中流體流動與傳熱的算