換熱器設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境下的能源緊缺問(wèn)題逼迫著人們尋找新能源的開(kāi)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(shí)現(xiàn)熱量交換的設(shè)備，在世界能源危機(jī)不斷加劇的情形下，換熱器的強(qiáng)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(wèn)題。而本文主要介紹了我國(guó)換熱器的現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題，還涉及換熱器的基本概念、工作原理、分類、 發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)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(dú)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(gè)工業(yè)行業(yè)的能源 問(wèn)題的解決提供好的途徑。一、換熱器的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 對(duì)于各型換熱器的強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對(duì) 換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對(duì)各部件的參數(shù)優(yōu)化研究?jī)煞?面，而對(duì)換熱器部件參數(shù)的主要研究對(duì)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(wèn)距、肋片形狀等。國(guó)內(nèi)對(duì)于換熱器肋片換熱 的研究起步比較晚、經(jīng)驗(yàn)比較少，多借鑒于國(guó)外，無(wú)論是理論 研究還是實(shí)驗(yàn)研究都還需進(jìn)一步深入，技術(shù)創(chuàng)新還不夠，但 是對(duì)各因素對(duì)換熱器性能影響的研究也比較全面?？偟膩?lái) 說(shuō)，仍然存在以下問(wèn)題: ( 1) 換熱器換熱的理論研究不夠完 善，可供對(duì)肋片實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論依據(jù)太少，對(duì)于換 熱公式推導(dǎo)出的解析解較少，目前大多是通過(guò)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分 析擬和而成的經(jīng)驗(yàn)公式; ( 2) 換熱的理論體系缺乏系統(tǒng)性， 不夠完善; ( 3) 因?yàn)樵囼?yàn)環(huán)境、材料、儀器的精度以及試驗(yàn)方 法不同，在同一個(gè)研究方向的某些問(wèn)題的研究結(jié)論存在的分 歧較多，很難形成統(tǒng)一的意見(jiàn)，暫不能形成對(duì)實(shí)踐的可靠指 導(dǎo); ( 4) 目前對(duì)換熱器的研究大多基于一維、二維的換熱，國(guó) 內(nèi)對(duì)于三維的換熱模型的研究過(guò)少，同時(shí)，對(duì)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(qiáng); ( 5) 結(jié)合試驗(yàn)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(lái)說(shuō)，換熱器就是遵循了熱平衡的原理，簡(jiǎn)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(gè)管道回路，一個(gè)是熱源溫度高，另一個(gè)溫度低 是被加熱源，通過(guò)熱源將熱量傳輸給被加熱源來(lái)提高被加 熱源的溫度。而且在加熱源之前有個(gè)調(diào)節(jié)閥用來(lái)控制被 加熱源的溫度，用調(diào)節(jié)閥來(lái)控制所需的熱量的程度和時(shí)間 點(diǎn)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(jìn)行同心套 接，然后將多個(gè)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(cè)就需要格外嚴(yán)格了，要充分保障連接處無(wú)縫隙， 質(zhì)量確保。套管式換熱器運(yùn)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(yùn)用，主要是小空間的建筑室 內(nèi)。因?yàn)樗恼嫉孛娣e較大，管與管連接所用的接頭過(guò) 多，發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，如果工程量過(guò)大就會(huì) 使得發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，后期的危險(xiǎn)性大，承 擔(dān)過(guò)大風(fēng)險(xiǎn)造成不必要的費(fèi)用。所用材料多，物質(zhì)流動(dòng)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(diǎn)是組合方式簡(jiǎn)單易懂，損壞后無(wú)需專人 也能大概看懂問(wèn)題所在，所需的專業(yè)知識(shí)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(jiǎn)易、安全性能高、承受高溫高壓能力強(qiáng)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(guò)板面進(jìn)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(guò)板面時(shí)造成擾動(dòng)提高熱效率。板面式換熱器的優(yōu)點(diǎn) 是占地面積較小，能省下更大的空間，也會(huì)對(duì)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(diǎn)，使得流體能在較低的速度下就到達(dá)端流狀 態(tài)，加強(qiáng)了傳熱，節(jié)省了不少時(shí)間，提高效率。但是板式 換熱器流道狹窄，處理量小，流動(dòng)阻力大，承受高壓高溫 效果也較差的缺點(diǎn)。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(dòng)流動(dòng)，易于沖刷，不易結(jié)垢。 三、換熱器未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)上對(duì)換熱器的要求是：傳熱效率高、流 體阻力小；強(qiáng)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(guó)家 要大力建設(shè)節(jié)約型環(huán)保社會(huì)，這一方面將促進(jìn)換熱器產(chǎn)業(yè) 的高速發(fā)展，國(guó)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(guó)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(zhǎng)。市場(chǎng)的廣闊需求和國(guó)家的大力支持都推動(dòng) 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(shì)。 國(guó)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(dòng)換熱器行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。 四、總結(jié) 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，能源短缺問(wèn)題成為 世界性難題，新能源的開(kāi)發(fā)、節(jié)能環(huán)保都成為世界共同關(guān) 注的話題。近年來(lái)，國(guó)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(jī)。但是在技術(shù) 上，與國(guó)外的換熱器相比依然有很多難題需要去克服。我 國(guó)在換熱、散熱、冷卻設(shè)備上都是強(qiáng)大的重要的市場(chǎng)，市 場(chǎng)需求量大?；趪?guó)家政策的支持和市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求 量，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)具有一個(gè)很好的前景，是蓬勃發(fā)展的 朝陽(yáng)企業(yè)。參考文獻(xiàn) 1祝銀海,厲彥忠.板翅式換熱器翅片通道中流體流動(dòng)與傳熱的算