換熱器的熱量傳遞技術(shù)及其發(fā)展概要

1、換熱器的熱量傳遞技術(shù)及其發(fā)展概要摘要：換熱器是石油、化工、動(dòng)力、能源、冶金、航空、車輛、制冷、食品、環(huán)保以及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的通用工藝設(shè)備，是保證加工過程正常順利運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的關(guān)鍵部件，在材質(zhì)消耗、動(dòng)力消耗及工程投資方面占有很重要的份額。本文簡述了國內(nèi)外各類換熱器的發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)而介紹換熱器的種類及其技術(shù)特點(diǎn)和研究應(yīng)用狀況，最后指出換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展方向。以期對(duì)今后的強(qiáng)化傳熱研究工作提供幫助。關(guān)鍵詞：換熱器 熱量傳遞 強(qiáng)化傳熱 傳熱技術(shù)1.概述隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時(shí)，也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用

2、不但能節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，使得換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同結(jié)構(gòu)和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。換熱器又稱熱交換器，是一種將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如石化、煤炭工業(yè)中的余熱回收裝置等。換熱器的種類繁多，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、電力、造紙、船舶、機(jī)電、分區(qū)供熱、暖通空調(diào)、余熱利

3、用、核工業(yè)、食品飲料、醫(yī)藥、紡織等工業(yè)領(lǐng)域，換熱介質(zhì)從普通水到高粘度的非牛頓液體；從含固體小顆粒的物料到含有少量纖維的物料；從水蒸汽到各種氣體；從無腐蝕性到強(qiáng)腐蝕性的各種介質(zhì)等，其主要功能是保證工藝過程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是回收廢熱，提高能源利用率的主要設(shè)備之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中，換熱器的投資約占裝置建設(shè)總投資的30%40%，在合成氨生產(chǎn)中，換熱器約占全部設(shè)備總臺(tái)數(shù)的 40%，世界各國不斷地從事著對(duì)新型高效換熱設(shè)備的研究，以期提高熱能利用率，不斷降低對(duì)天然能源的消耗，因此，換熱器在減少企業(yè)的建設(shè)投資及提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益方面具有不可忽視的重要影響。要達(dá)到此目的，就迫切需

4、要研究各種高效能緊湊節(jié)能型的換熱器。隨著各種新材料、新工藝和新的加工技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器的設(shè)計(jì)、加工、制造工藝得到不斷地完善，推動(dòng)了新型高效節(jié)能型換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 當(dāng)今換熱器的發(fā)展以計(jì)算流體力學(xué)、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)而形成了一個(gè)高技術(shù)體系。2.國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r目前，國內(nèi)外已開發(fā)出來的新型高效的換熱器主要有：螺旋槽紋管換熱器、 橫紋管折流板換熱器、旋流管換熱器、折流桿式換熱器、空心環(huán)管殼式換熱器、可拆式板式換熱器、焊接式板式換熱器、整體翅片式換熱器、熱管換熱器、不結(jié)垢換熱器、碳化硅換熱器、澳大利亞的柔性換熱器、日本的SM型換熱器和 Hybrid 換熱器、美國 Ch

5、emineer 公司的 Kenics 換熱器和德國的塊式換熱器、由法國Secatnen 公司開發(fā)，CacDregamont 設(shè)計(jì)并制造的Packinox 板殼式換熱器、德國 thermowave 板式換熱器等，此外，現(xiàn)在世界各國也在不斷地進(jìn)行著新型節(jié)能型換熱器的開發(fā)與研究，包括新的設(shè)計(jì)理論與方法的探討，新的加工制造技術(shù)的研究和新材料的開發(fā)與應(yīng)用，新型傳熱強(qiáng)化劑、添加劑等產(chǎn)品在換熱過程中的應(yīng)用等，爭取在不改變換熱器的基本結(jié)構(gòu)原理的情況下，進(jìn)行節(jié)能技術(shù)研究，以期進(jìn)一步降低換熱器的成本，提高熱能利用效率。2.1國外（1）傳熱強(qiáng)化劑對(duì)換熱器換熱性能的提高一般情況下，人們普遍認(rèn)為雙組分液體的沸騰傳熱性能

6、要比單組分液體低，但是 Williams，Hartnett 等人經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，在加入一定的添加劑后，其傳熱性能卻有所提高。對(duì)于為何加入適量的添加劑能起到強(qiáng)化傳熱的機(jī)理，目前國內(nèi)外的研究都還沒有較為統(tǒng)一的說法。但研究表明，在水中加入濃度低于總質(zhì)量50%的揮發(fā)性添加劑，在水的物性沒有顯著變化下，卻可使其傳熱膜系數(shù)增加80%左右。有文獻(xiàn)報(bào)道，在水中加入微量的十八烷基胺以后，不僅強(qiáng)化了核沸騰換熱以及冷凝換熱，并且它易吸附于金屬表面，可有效的緩減金屬的腐蝕，它還具有清除金屬表面污垢的能力。污垢的清除對(duì)換熱過程中能量的損失也有很大的削弱作用。對(duì)空氣中噴入液滴時(shí)的傳熱工況進(jìn)行的研究表明，如能在換熱面上形成連

7、續(xù)液膜，則換熱系數(shù)最多可增加30倍。添加劑強(qiáng)化技術(shù)的研究，英國、美國居領(lǐng)先地位。 目前在添加劑的研制方面還存在許多問題。如要保持添加劑的含量不變，防止添加劑對(duì)設(shè)備的腐蝕，保持較低的添加劑用量等問題一時(shí)還難于同時(shí)解決。但是也有人研制出少數(shù)較為理想的添加劑。如陰陽離子混合物表面活性劑，簡稱 WT 強(qiáng)化劑。該強(qiáng)化劑可以溶于水及含水有機(jī)混合工質(zhì)，揮發(fā)性小，化學(xué)性穩(wěn)定，無毒無腐蝕性，操作中用量小，強(qiáng)化傳熱效果顯著。 （2）在換熱器的設(shè)計(jì)過程中增加電場的強(qiáng)化傳熱及節(jié)能技術(shù) 早在 1916 年，英國學(xué)者 Chubb 就提出了電場強(qiáng)化傳熱的理論。但長時(shí)間內(nèi)沒有引起人們的重視。近年來，一些發(fā)達(dá)國家，開展的 EH

8、D 強(qiáng)化沸騰傳熱研究取得了很大的發(fā)展，但也尚未真正應(yīng)用于工程實(shí)踐。在該領(lǐng)域，國內(nèi)研究才剛剛起步。在液體中加一靜電場以強(qiáng)化單相流體的對(duì)流換熱量是一種有吸引力的強(qiáng)化傳熱方法。這種方法對(duì)氣體和液體的自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流都能產(chǎn)生一定的強(qiáng)化傳熱效應(yīng)。在靜止流體中加上足夠強(qiáng)度的靜電場后，會(huì)促使流體流動(dòng)，形成一股所謂的電暈風(fēng)。它在一定條件下能強(qiáng)化單相流體的對(duì)流換熱。日本 Mizushina以空氣為介質(zhì)，進(jìn)行環(huán)形通道內(nèi)電暈風(fēng)對(duì)強(qiáng)制對(duì)流影響的試驗(yàn)，分別得到了存在電暈風(fēng)時(shí)的努賽爾數(shù)及阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線及經(jīng)驗(yàn)公式。 采用靜電場可使蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，并克服油類介質(zhì)對(duì)泡核沸騰的影響，也能使冷凝液膜產(chǎn)生

9、波狀失穩(wěn)，引起膜層減薄，進(jìn)而降低熱阻，使傳熱系數(shù)增加 2 倍。與此同時(shí)，另一個(gè)問題就是石油煉化以及許多其它的化工過程都對(duì)電荷比較敏感，操作不慎則會(huì)引起較大的安全事故。如何在換熱設(shè)備中設(shè)置可增強(qiáng)換熱的電場又能避免安全事故的發(fā)生及發(fā)生電場本身的能耗問題，也是該構(gòu)想所面臨的一個(gè)實(shí)際問題。（3）納米粒子在強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員早在1995年就在國際上首次提出了納米流體的概念。后經(jīng)國內(nèi)外的研究人員研究表明，在液體中添加納米粒子能有效的增加其導(dǎo)熱系數(shù)。因此，能夠生產(chǎn)出成本低廉的納米粒子和找到其與強(qiáng)化傳熱倍數(shù)的準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)關(guān)系，在換熱設(shè)備的改進(jìn)中設(shè)計(jì)一個(gè)納米粒子按比例

10、混入裝置對(duì)換熱效率的提高將十分有意義，同時(shí)也能減小換熱器本身的設(shè)計(jì)制造成本。 （4）換熱器上擾流子強(qiáng)化傳熱節(jié)能技術(shù)的使用 換熱器在傳熱過程中，影響換熱器傳熱系數(shù)（K）的主要因素包括：換熱器內(nèi)、外部液體的流動(dòng)狀態(tài)，換熱面的形狀及尺寸等。在換熱管中加擾流子添加物主要是通過改變液體的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，可大大節(jié)省換熱器的傳熱面積，降低設(shè)備重量，節(jié)約大量金屬材料。擾流子強(qiáng)化元件有多種形式，現(xiàn)在使用最多的包括：金屬絲制元件 、金屬螺旋圈、盤狀構(gòu)件、麻花鐵、翼形物等。 這些擾流子強(qiáng)化元件有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是：在換熱器換熱管中這些擾流子添加物可以有效降低換熱器傳熱過程中的總熱阻，大大地提高換熱器的傳熱系數(shù)

11、（K）值，試驗(yàn)表明，在換熱器換熱管中加擾流子添加物，換熱管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)可比光管提高 3.5倍以上。采用擾流子強(qiáng)化傳熱，另一優(yōu)點(diǎn)就是可有效地抑制污垢的生成。結(jié)垢是換熱器非常棘手的問題。污垢使傳熱效率下降，它的導(dǎo)熱性能差，只有鋼的 1/301/50。對(duì)碳鋼管油冷卻器，當(dāng)水垢厚度達(dá)到 2 mm時(shí)，將比新制無垢時(shí)的運(yùn)行效率下降 30%。美國傳熱研究公司對(duì)換熱器的污垢問題進(jìn)行了多年的研究，發(fā)現(xiàn)污垢的形成、生長，主要與介質(zhì)溫度和流速有關(guān)，介質(zhì)溫度越高，介質(zhì)與壁面溫差越大，流速越低，越易形成污垢。為了消除管側(cè)污垢，國外一些廠家通過提高管內(nèi)流速（V23 m/s） ，但這帶來過高的壓降，能耗很大。采用擾流子強(qiáng)化

12、傳熱的換熱器，設(shè)備管側(cè)的污垢顯著減少。首先，由于流體的彌散流動(dòng)，介質(zhì)的溫度梯度較小，抑制了污垢的形成、生長；其次，由于彌散流紊動(dòng)度很高（擾流子強(qiáng)化相當(dāng)于靜態(tài)攪拌器），流體中的雜質(zhì)不易沉積成垢。此外，還有其他一些節(jié)能技術(shù)正在應(yīng)用或研究之中，在此不一一列出。 2.2 國內(nèi) 中國換熱器產(chǎn)業(yè)起步較晚。1963年撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司按照美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)制造出中國第一臺(tái)管殼式換熱器，1965年蘭州石油機(jī)械研究所研制出我國第一臺(tái)板式換熱器，蘇州新蘇化工機(jī)械有限公司（原蘇州化工機(jī)械廠）在20世紀(jì)60年代研制出我國第一臺(tái)螺旋板式換熱器。之后，蘭州石油機(jī)械研究所首次引進(jìn)德國斯密特（Schmidt）換熱器技術(shù)，

13、原四平換熱器總廠引進(jìn)法國維卡勃（Vicarb）換熱器技術(shù)，國內(nèi)換熱器行業(yè)在消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始獲得較快發(fā)展。20世紀(jì)80年代后，中國出現(xiàn)了自主開發(fā)傳熱技術(shù)的新趨勢，大量的強(qiáng)化傳熱元件被推向市場，國內(nèi)傳熱技術(shù)高潮時(shí)期的代表作有折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等一批優(yōu)良的高效換熱器。進(jìn)入21世紀(jì)后，大量的強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起。如蘭石換熱設(shè)備公司板式換熱器成功進(jìn)入國內(nèi)核電建設(shè)項(xiàng)目常規(guī)島和核島領(lǐng)域，并陸續(xù)將板式換熱器用于大乙烯項(xiàng)目、鈦白粉生產(chǎn)線等領(lǐng)域。四平巨

14、元瀚洋板式換熱器公司也成功進(jìn)入大亞灣二期嶺澳核電站的常規(guī)島和核島領(lǐng)域。最近幾年，我國還在大型管殼式換熱器、大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器、高效節(jié)能板殼式換熱器、大型板式空氣預(yù)熱器方面獲得了重大突破。2008年8月，由中國石化集團(tuán)上海工程公司與中國第一重型機(jī)械公司、蘭州石油機(jī)械研究所、鎮(zhèn)海煉化公司共同承擔(dān)研制的鎮(zhèn)海煉化百萬噸/年乙烯項(xiàng)目-EO/EG裝置大型管殼式換熱器國產(chǎn)化研制通過技術(shù)鑒定，標(biāo)志著我國在大型管殼式換熱器領(lǐng)域獲得了重大突破。該換熱器是國內(nèi)正在制造的首臺(tái)換熱面積超過10000m2的超大型管殼式換熱器。2009年4月，中國石化組織專家對(duì)“大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器國產(chǎn)化研制攻關(guān)”項(xiàng)目進(jìn)行了

15、科學(xué)技術(shù)成果鑒定。該項(xiàng)目是依托中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司千萬噸級(jí)煉油項(xiàng)目中的320萬噸/年加氫處理裝置開展的，由中國石化工程建設(shè)公司、中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司、蘭州蘭石機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司、撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司聯(lián)合承擔(dān)。該換熱器的國產(chǎn)化標(biāo)志著我國已經(jīng)具備設(shè)計(jì)和制造DN2000以下的螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器的能力，大大降低了石化工程建設(shè)成本，單臺(tái)即可節(jié)約采購資金1400萬元，且縮短了交貨期，打破了國外公司壟斷地位。國產(chǎn)首臺(tái)總傳熱面積達(dá)10910m2板式空氣預(yù)熱器將應(yīng)用于中國石油烏魯木齊石化分公司100萬噸/年對(duì)二甲苯（PX）芳烴聯(lián)合裝置，是國內(nèi)首套加熱爐空氣預(yù)熱器全部采用全焊接波紋

16、板空氣預(yù)熱器的對(duì)二甲苯裝置，也是首套排煙溫度低至100的裝置，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這臺(tái)空氣預(yù)熱器屬高效、環(huán)保節(jié)能型熱交換器，其研制成功標(biāo)志著國產(chǎn)全焊接波紋板空氣預(yù)熱器的研制邁上了一個(gè)新臺(tái)階。3.換熱器的分類及其特點(diǎn)3.1管式換熱器 管式換熱器主要有套管式換熱器和管殼式換熱器兩種。 3.1.1套管式換熱器 套管式換熱器是將不同直徑的兩根管子套成的同心套管作為元件、然后把多個(gè)元件加以連接而成的一種換熱器，工作時(shí)兩種流體以純順流或純逆流方式流動(dòng)。套管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，適用于高溫、高壓流體，特別是小容量流體的傳熱。另外，只要做成內(nèi)管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的

17、流體。他的主要缺點(diǎn)是流動(dòng)阻力大；金屬消耗量多；管間接頭較多，易發(fā)生泄露；而且體積大，占地面積大，故多用于傳熱面積不大的換熱器。3.1.2管殼式換熱器 管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，結(jié)構(gòu)一般由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。目前，國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中所用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位，雖然它在換熱效率、 結(jié)構(gòu)緊湊性和金屬材料消耗等方面，不如其它新型換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，操作彈性大，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠程度高，選材范圍廣，處理能力大，能承受高溫高壓等特點(diǎn)，所以在工程中仍得到廣泛應(yīng)用。以下是幾種常見的管殼式強(qiáng)化換熱器。3

18、.1.2.1螺旋槽管換熱器 螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內(nèi)凹的異形管，流體流出管壁時(shí)在管壁附近誘發(fā)螺旋流動(dòng)。層流層減薄，同時(shí)壁表面起伏強(qiáng)化了流體湍流，加快了由壁面至流體主體的熱量傳遞， 強(qiáng)化了傳熱過程。早期進(jìn)行螺旋槽管研究的主要有美國、英國、日本，從 19701980 年進(jìn)行了大量的研究。我國對(duì)螺旋槽管的實(shí)驗(yàn)研究起步也是較早的，華南理工大學(xué)、北京理工大學(xué)和重慶大學(xué)都對(duì)螺旋槽管進(jìn)行了試驗(yàn)研究，而且都取得顯著的成效。目前，無論是從傳熱、流阻、阻垢性能，還是從無相變對(duì)流換熱和有相變凝結(jié)換熱，對(duì)螺旋槽管的強(qiáng)化傳熱研究從理論到實(shí)際已達(dá)到較高水平。3.1.2.2橫紋管換熱器 1974年前蘇聯(lián)首先提出橫紋

19、管，它是一種用普通圓管作毛胚，在管外壁經(jīng)簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時(shí)在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)肋。流體流經(jīng)橫紋管環(huán)槽處能頻頻發(fā)生邊界層分離而產(chǎn)生軸向旋渦，強(qiáng)化了流體湍流，旋渦不斷生成，保持了連續(xù)而穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。橫紋管在我國研究較少，只有華南理工大學(xué)對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)在相同流速下，橫紋管流阻比單頭螺旋槽管的小。沈陽化工學(xué)院與遼寧冷熱設(shè)備制造公司對(duì)橫槽紋管進(jìn)行了開發(fā)研制，從而使橫槽紋管與螺旋槽管換熱器的應(yīng)用得到同步發(fā)展。 3.1.2.3螺旋扁管換熱器 螺旋扁管是瑞士 Allares 公司首先提出、美國Brown 公司經(jīng)過改進(jìn)的一種換熱管。這種傳熱管由壓扁和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)過程制成，管子截面和形

20、狀都發(fā)生了變化，因而流體也隨之不斷改變方向和速度，使湍流加強(qiáng)，邊界層減薄，傳熱加強(qiáng)。我國梁龍虎經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，螺旋扁管管內(nèi)膜傳熱系數(shù)通常比普通圓管大幅度提高，在低雷諾數(shù)時(shí)最為明顯，達(dá)23倍；隨著雷諾數(shù)的增大，通常也可提高傳熱系數(shù)50以上。 3.1.2.4螺旋扭曲管換熱器 近年來，螺旋式扭曲管的研制引起了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。XYKAYCKARA 報(bào)道過一種高效換熱器，其換熱管是螺旋式扭曲管，兩端為圓形，管子與管子在橢圓長軸處相接觸，相互支撐而取消了支撐折流板，這樣能保證裝置的抗震性，且流體在管程和殼程都發(fā)生旋流。我國華南理工大學(xué)化機(jī)所和武漢化工學(xué)院化機(jī)系也開發(fā)了變截面扭曲管和混合管束。 3.1.2

21、.5波紋管換熱器 波紋管換熱器強(qiáng)化傳熱機(jī)理與螺旋扁管相一致。波紋管能起到溫差補(bǔ)償作用，省掉殼體膨脹節(jié)；由于溫差應(yīng)力的作用，換熱管能自動(dòng)去掉表面污垢，使管表面不易產(chǎn)生污垢，具有強(qiáng)化傳熱和除垢的雙重功效，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，容易制造，投資少，熱率高，故廣泛應(yīng)用于汽-水、水-水換熱領(lǐng)域。 3.1.2.6內(nèi)翅片管換熱器 內(nèi)翅片管是一種帶肋的壁面，1971年美國首先提出內(nèi)翅片管，用于強(qiáng)化管內(nèi)單相流體的傳熱。日本、前蘇聯(lián)等國也進(jìn)行大量的研究工作。20世紀(jì)80年代初，日本日立電纜有限公司研制的翅片管冷凝器，其冷凝效率和螺紋管相比提高3 倍以上，同時(shí)實(shí)驗(yàn)表明這種管子抗油污能力也比較強(qiáng)。翅片管換熱器無論對(duì)單相對(duì)流換

22、熱還是對(duì)相變對(duì)流換熱都有很大價(jià)值，尤其是當(dāng)兩側(cè)換熱系數(shù)相差10 倍以上，用于臥式冷凝器強(qiáng)化有機(jī)蒸汽的冷凝最為優(yōu)越，翅片管換熱器已廣泛用于制冷、動(dòng)力、能源中的冷凝器、空冷器、油冷卻器。 3.1.2.7縮放管換熱器 縮放管是由依次交替的收縮段和擴(kuò)張段組成的波形管道，在擴(kuò)張段中流速降低、靜壓增加；而在收縮段中流速增加，靜壓減小，流體是在方向反復(fù)改變的軸向壓力梯度下流動(dòng)， 擴(kuò)張段產(chǎn)生的漩渦在收縮段中能有效地被利用，且沖刷了流體邊界層，邊界層減薄，強(qiáng)化了傳熱。我國華南理工大學(xué)提出一種改型縮放管，將每個(gè)縮放單元段中的擴(kuò)張段減到最小，并采用外凸圓弧、內(nèi)凹弧和直線相連接的方式。同時(shí)還對(duì)該改進(jìn)型管進(jìn)行自然對(duì)流沸

23、騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究，表明了改進(jìn)型縮放管的自然對(duì)流沸騰換熱性能優(yōu)于普通縮放管?？s放管換熱器已在空氣預(yù)熱器、油冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐中廣泛使用。 3.1.2.8波節(jié)管管殼式換熱器 波節(jié)管管殼式換熱器是一種新型的強(qiáng)化傳熱節(jié)能高效換熱設(shè)備。它是在傳統(tǒng)的列管式換熱器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用強(qiáng)化傳熱和彈性力學(xué)理論對(duì)傳統(tǒng)的各類換熱器進(jìn)行了突破。波節(jié)管采用薄壁的不銹鋼管加工制成，縱向成波紋形狀，橫截面成圓形。由于這些結(jié)構(gòu)形式，使得它繼承了列管式換熱器的堅(jiān)固、耐用、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了其換熱能力差，易結(jié)垢的缺點(diǎn)。波節(jié)管管殼式換熱器現(xiàn)在一些生產(chǎn)廠家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在石化、熱電、化工等行業(yè)應(yīng)用，取得了良好的

24、效益。 3.1.2.9三維內(nèi)肋管換熱器 三維內(nèi)肋管是一種新型的強(qiáng)化換熱管件，通過專用的工具，經(jīng)過一定的方法對(duì)普通圓管內(nèi)壁加工而成的高效強(qiáng)化傳熱元件。流體在管內(nèi)受到三維肋的作用而使其熱邊界層的厚度減薄，從而提高對(duì)流傳熱膜系數(shù)。在某些煙氣管對(duì)流換熱中，三維內(nèi)肋管具有獨(dú)特的自清灰功能。我國李清方實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煙氣與三維內(nèi)肋管的對(duì)流換熱系數(shù)可達(dá)光管的3.2倍。 3.1.2.10管內(nèi)插入物換熱器 國外從1896年就開始研究和應(yīng)用管內(nèi)插入物的強(qiáng)化傳熱，英國Cal Gavin公司研制一種叫Heatex的插入物，它由一組延伸至管壁的圓態(tài)體組成，可使管側(cè)傳熱效率提高215 倍。該公司還開發(fā)了一種叫Hitran Ma

25、trix Elements的花環(huán)式插入物，能在增大壓降的條件下大大提高傳熱系數(shù)。在無功強(qiáng)化傳熱技術(shù)中管內(nèi)安裝插入物的強(qiáng)化傳熱技術(shù)有顯著的特點(diǎn)：不改變傳熱面形狀；插入物加工簡單，特別適合于現(xiàn)有設(shè)備改造，不需要更換原有管殼式換熱器。因此，管內(nèi)插入物強(qiáng)化傳熱技術(shù)在老廠挖潛改造中得到廣泛的應(yīng)用。長嶺煉油化工廠采用在線清洗技術(shù)，選用兩臺(tái)換熱器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得出結(jié)論：加有彈簧插入物的換熱器比普通光管總傳熱系數(shù)提高 32.8。在不同流量下測試，壓降比光管換熱器增加0.5和1.3。 3.2板面式換熱器 板面式換熱器不同于一般傳熱面用管做的管式換熱器。它們的共同特點(diǎn)是被用作傳熱面的板是平板或稍帶錐度的傘板，其上

26、有各種凹凸條紋，或有各種不同斷面形狀的翅片當(dāng)流體流過板面時(shí)就會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，使邊界層減薄造成湍流，從而獲得較高的傳熱效率。相對(duì)于管殼式換熱器來說，它們具有傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。又由于流體在換熱器中無論進(jìn)行并流、逆流、錯(cuò)流都可以，板片還可以根據(jù)傳熱面積的大小而增減，因此適應(yīng)性較大，應(yīng)用日趨廣泛。隨著對(duì)板式換熱器研究的不斷深入，其形式也越來越多。 3.2.1板式換熱器 3.2.1.1可拆式板式換熱器 可拆式板式換熱器是將薄的金屬板片沖壓成為凸凹狀，周邊張貼合成橡膠類的密封墊片。Laval公司的“按扣” 式墊片，墊片直接扣壓在板片上；GEA公司的板片，板片槽口上窄底寬呈梯形，墊片與板片槽過

27、盈配合將墊片壓緊。開發(fā)無粘接劑連接墊片的技術(shù)，使板式換熱器安裝和維修的時(shí)間節(jié)約80。我國板式換熱器在20世紀(jì)80年代得到較大的發(fā)展，繼四平板式換熱器總廠、天津板式換熱器廠開發(fā)單片面積 2m2后，1992年邯鄲板式換熱器工貿(mào)公司試制成功國內(nèi)最大的300MN板片專用壓機(jī)，單片面積已達(dá)2.7m2。可拆式板式換熱器便于拆卸清洗，增減換熱器面積靈活，在供熱工程中使用較多。但是，一般的可拆卸式板式換熱器由于本身結(jié)構(gòu)的局限性，使用壓力不超過 2.5MPa，使用溫度不超過250，此外還存在流體與密封墊片的相容性問題。 3.2.1.2焊接式板式換熱器 用焊接結(jié)構(gòu)替代橡膠墊密封，消除了由于墊片材料耐溫、耐腐蝕、耐

28、壓方面的限制。焊接式板式換熱器的組焊板片內(nèi)部不能用機(jī)械方法清洗，且全焊式只能用于不易結(jié)垢的介質(zhì)進(jìn)行換熱，其最大優(yōu)點(diǎn)是可承受較高溫度和壓力，沒有墊片泄漏的顧慮。焊接式板式換熱器近年來得到很大發(fā)展，德國與日本合作的千代田BAVARIA 混合焊接板式換熱器，操作壓力可從真空到6MPa，單元換熱面積可達(dá)1480m2以上。Nouvelles 應(yīng)用技術(shù)公司發(fā)明的Packinox 換熱器，代替列管式換熱器用作煉油廠催化重整裝置混合料換熱器，并且得到了推廣應(yīng)用，緊湊、輕型的 Packinox換熱器可用各種合金制成，能提供的表面積為 100010 000 m2。 3.2.2板殼式換熱器 歐美發(fā)達(dá)國家于20 世紀(jì)

29、80 年代起開始競相開發(fā)、研制各種型式的板殼式換熱器。板殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu)與板式換熱器相似，但板間距增大，取消了墊片，改用焊接法連接各板，形成通道。板殼式換熱器最適合于介質(zhì)清沽、換熱量大和壓降小的場合。法國 Packinox 公司于 20世紀(jì) 80 年代首次在催化重整裝置中用一臺(tái)大型板殼式換熱器替代傳統(tǒng)的管殼式換熱器組。20世紀(jì)90 年代末期，Packinox公司又將大型板殼式換熱器用于加氫裝置，該公司的產(chǎn)品得到 UOP(美國聯(lián)合油)的認(rèn)證。而板殼式換熱器在中國起步比較晚，1999年蘭州石油機(jī)械研究所研制成功大型板殼式換熱器，并于 1999年5月8日通過中國石化總公司鑒定。 3.2.3螺旋板

30、式換熱器 螺旋板式換熱器在國外較早使用在回收廢液和廢氣中的能量等，螺旋板式換熱器的構(gòu)造包括螺旋形傳熱板、隔板、頭蓋和連接管等基本部件。流體在螺旋形流道內(nèi)的流動(dòng)所產(chǎn)生的離心力，使流體在流道內(nèi)外側(cè)之間形成二次環(huán)流，增加擾動(dòng)。螺旋板式換熱器具有體積小、效率高、制造簡單、成本較低、能進(jìn)行地溫差換熱等優(yōu)點(diǎn)，目前的問題是如何能進(jìn)一步提高該換熱器的承壓能力。 我國從 20世紀(jì)60 年代開始生產(chǎn)螺旋板式換熱器，當(dāng)時(shí)主要用于燒堿廠中的電解液加熱和濃堿液冷卻。如今螺旋板式換熱器在我國已形成規(guī)模，國家已制定了配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造技術(shù)在我國業(yè)已成熟。 3.2.4板翅式換熱器 在 20世紀(jì)30 年代，板翅式換熱器首

31、先在先進(jìn)國家用于發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱， 它的板束單元結(jié)構(gòu)由翅片、隔板和封條三部分組成。它具有擴(kuò)展的二次傳熱表面（翅片），所以傳熱過程不僅是在一次傳熱表面（隔板）上進(jìn)行，而且同時(shí)也在二次傳熱表面上進(jìn)行。我國從 20世紀(jì) 60 年代初期開始試制板翅式換熱器，首先用于空分制氧，制成了第一套板翅式空分設(shè)備。近幾年來，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、翅片規(guī)格、生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)、科研方面都有較大發(fā)展。板翅式換熱器由于結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、傳熱強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的新型換熱器設(shè)備之一。 3.2.5傘板式換熱器 傘板式換熱器用帶波紋的傘形板作為傳熱元件的換熱器，由我國和瑞典在20 世紀(jì)60 年代初期各自獨(dú)立創(chuàng)制的，它的結(jié)構(gòu)基本上與

32、板式換熱器相同。傘板式換熱器的特點(diǎn)是：板片用旋壓成形，不需要大型沖壓設(shè)備和昂貴的大型沖壓模；拆卸、清洗方便，板片增減自如，能適應(yīng)傳熱面積的變化。傘板式換熱器適用于小流量、小溫差、高黏度流體的換熱。它的缺點(diǎn)是：密封周邊長，易泄漏；受墊片材料性能限制，不耐高溫、高壓，通常工作溫度低于120，工作壓力在 1MPa 以下；流體阻力大。 3.3熱管換熱器 熱管換熱器是一種高效傳熱的新型換熱器，在20世紀(jì)60年代首先被應(yīng)用于宇航技術(shù)中，70年代國外在電子、機(jī)械、石油、化工等方面有了廣泛的應(yīng)用。熱管換熱器主要由箱體、管板、熱管元件組成，其中熱管是其關(guān)鍵元件。熱管是一種充填了適量工作介質(zhì)的真空密封容器，當(dāng)熱量

33、傳入熱管的蒸發(fā)段時(shí)，工作介質(zhì)吸熱蒸發(fā)流向冷凝段，在那里蒸汽被冷卻，釋放出汽化潛熱，冷凝變成液體，然后在多孔吸液芯的毛細(xì)力或重力的作用下返回蒸發(fā)段，如此反復(fù)循環(huán)，通過工質(zhì)的相變和傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳遞。熱管換熱器的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下制造熱管換熱器的金屬耗量少于其它類型的換熱器。換熱流體通過換熱器的壓力損失也比其它換熱器小，因而動(dòng)力消耗也少。美國Q-Dot公司開發(fā)的熱管換熱器已有 5000多臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，日本古田電器公司設(shè)計(jì)的熱管換熱器已應(yīng)用于700多套設(shè)施。經(jīng)過20多年的努力，我國先后開發(fā)成功了氣-氣熱管換熱器、熱管蒸汽發(fā)生器(廢熱鍋爐)、高溫?zé)峁?液態(tài)堿

34、金屬熱管)。并在冶金、石油、化工、動(dòng)力、陶瓷以及水泥等行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用取得了可喜的成果。當(dāng)前熱管技術(shù)已趨成熟，應(yīng)用面逐步擴(kuò)大。國內(nèi)進(jìn)行熱管換熱器研制和推廣應(yīng)用的典型廠家(單位)有：南京化工大學(xué)、撫順石油學(xué)院、化工部化工機(jī)械研究院、撫順石油二廠、上海711研究所、航天部501所等。4.換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)及其應(yīng)用20世紀(jì) 80年代以來,強(qiáng)化傳熱技術(shù)被譽(yù)為第二代傳熱技術(shù)，并得到充分的發(fā)展。它是能夠顯著改善傳熱性能的節(jié)能技術(shù)，其主要內(nèi)容是強(qiáng)化傳熱元件和改變殼程的支撐結(jié)構(gòu)，用以提高換熱效率，達(dá)到生產(chǎn)的最優(yōu)化。強(qiáng)化傳熱技術(shù)通常分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩大類。主動(dòng)式強(qiáng)化傳熱需要消耗外部能量，如采用電場、磁場、光照射

35、、攪拌、噴射等手段。被動(dòng)式強(qiáng)化傳熱則不需要消耗外部能量，是換熱器強(qiáng)化傳熱主要采用的方法，如傳熱管的表面處理、傳熱管的形狀變化、管內(nèi)加入插入物 , 改變支撐物等。4.1被動(dòng)式強(qiáng)化傳熱技術(shù) 4.1.1處理表面 包括對(duì)表面粗糙度的小尺度改變和對(duì)表面進(jìn)行連續(xù)或不連續(xù)的涂層?？赏ㄟ^燒結(jié)、機(jī)械加工和電化學(xué)腐蝕等方法將傳熱表面處理成多孔表面或鋸齒形表面，如開槽、模壓、碾壓、軋制、滾花、疏水涂層和多孔涂層等。此種處理表面的粗糙度達(dá)不到影響單相流體傳熱的高度，通常用于強(qiáng)化沸騰傳熱和冷凝傳熱。 4.1.2粗糙表面該方法已發(fā)展出很多構(gòu)形，包括從隨機(jī)的沙粒型粗糙表面到帶有離散的凸起物(粗糙元)的粗糙表面。通常，可通過

36、機(jī)械加工、碾軋和電化學(xué)腐蝕等方法制作粗糙表面。粗糙表面主要是通過促進(jìn)近壁區(qū)流體的湍流強(qiáng)度、阻隔邊界層連續(xù)發(fā)展減小層流底層的厚度來降低熱阻，而不是靠增大傳熱面積來達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，主要用于強(qiáng)化單相流體的傳熱，對(duì)沸騰和冷凝過程有一定的強(qiáng)化 作用?；诖植诒砻婕夹g(shù)開發(fā)出的多種異形強(qiáng)化傳熱管在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用頗為廣泛，包括有：螺旋槽管、旋流管、縮放管、波紋管、針翅管、橫紋槽管、 強(qiáng)化冷凝傳熱的鋸齒形翅片管和花瓣形翅片管、強(qiáng)化沸 騰傳熱的高效沸騰傳熱管以及螺旋扭曲管等。 4.1.3擴(kuò)展表面 該方法已在很多換熱器中得到了常規(guī)應(yīng)用。如翅片管等非傳統(tǒng)的擴(kuò)展表面的發(fā)展使傳熱系數(shù)有了很大的提高。其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理

37、主要是此類擴(kuò)展表面重塑了原始的傳熱表面，不僅增加了傳熱面積，而且打斷了其邊界層的連續(xù)發(fā)展，提高了擾動(dòng)程度，增加了傳熱系數(shù)，從而能夠強(qiáng)化傳熱，對(duì)層流換熱和湍流換熱都有顯著的效果。因此，擴(kuò)展表面法得到越來越廣泛的應(yīng)用，不僅用于傳統(tǒng)的管殼式換熱器管子結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而且也越來越多的應(yīng)用于緊湊式換熱器。目前已開發(fā)出了各種不同形式的擴(kuò)展表面，如管外翅片和管內(nèi)翅片(包括很多種結(jié)構(gòu)形狀，如平直翅片、齒輪形翅片、橢圓形翅片和波紋形翅片等)、叉列短肋、 波型翅多孔型、銷釘型、低翅片管、太陽棒管、百葉窗翅及開孔百葉窗翅(多在緊湊式換熱器中使用)等。 4.1.4擾流裝置 把擾流裝置放置在流道內(nèi)能改變近壁區(qū)的流體流動(dòng)，從

38、而間接增強(qiáng)傳熱表面處的能量傳輸，主要用于強(qiáng)制對(duì)流。管內(nèi)插人物中有很多都屬于這種擾流裝置，如金屬柵網(wǎng)、靜態(tài)混合器及各式的環(huán)、盤或球等元件。 4.1.5漩渦流裝置 包括很多不同的幾何布置或管內(nèi)插人物，如內(nèi)置漩渦發(fā)生器、紐帶插入物和帶有螺旋形線圈的軸向芯體插人物。此類裝置能增加流道長度并能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或( 和) 二次流，從而能增強(qiáng)流體的徑向混合，促進(jìn)流體速度分布和溫度分布的均勻性，進(jìn)而能夠強(qiáng)化傳熱，主要用于增強(qiáng)強(qiáng)制對(duì)流傳熱，對(duì)層流換熱的強(qiáng)化效果尤其顯著。 4.1.6螺旋盤管 其應(yīng)用可提高換熱器的緊湊度。它所產(chǎn)生的二次流能提高單相流體傳熱的傳熱系數(shù)，也能增強(qiáng)沸騰傳熱。 4.1.7表面張力裝置 包括利用

39、相對(duì)較厚的芯吸材料或開槽表面來引導(dǎo)流體的流動(dòng)，主要用于沸騰和冷凝傳熱。芯吸作用常用在沒有芯吸材料冷卻介質(zhì)就不能到達(dá)受熱表面的情形，常見的如熱管換熱器；還對(duì)水中表面的沸騰換熱強(qiáng)化非常有效。 4.1.8添加物 包括用于液體體系的添加劑和用于氣體體系的添加劑。液體中的添加劑包括用于單相流的固體粒子與氣泡和用于沸騰系統(tǒng)的微量液體；氣體中的添加劑包括液滴和固體粒子，可用于稀相(氣固懸浮液)或密相(流化床)。 4.1.9殼程強(qiáng)化 殼程傳熱的強(qiáng)化包括兩個(gè)方面：一是改變管子外形或在管外加翅片，即通過管子形狀或表面性質(zhì)的改造來強(qiáng)化傳熱；二是改變殼程擋 板或管間支撐物的形式，盡可能消除殼程流動(dòng)與傳熱的滯留死區(qū)，盡

40、可能減少甚至消除橫流成分， 增強(qiáng)或完全變?yōu)榭v向流。傳統(tǒng)的管殼式換熱器，通常采用單弓形折流板，其阻力大、死角多、易誘發(fā)流體誘導(dǎo)振動(dòng)等弊端已嚴(yán)重影響換熱器傳熱效率，對(duì)工 業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用造成相當(dāng)大的影響。據(jù)此，近年研究出了許多新的殼程支撐結(jié)構(gòu)， 有效彌補(bǔ)了單弓形折流板支撐物的不足，如雙弓形折流板、三弓形折流板、螺旋形折流板整圓形折流板(包括大管孔、小圓孔、矩形孔、梅花孔和網(wǎng)狀整圓形折流板)、窗口不排管、波網(wǎng)支撐、折流桿式、空心環(huán)式、管子自支撐(包括刺孔膜片式、螺旋扁管式和變截面管式)、扭曲管和混合管束換熱器式以及德國G RIMMA公司制造的縱流管束換熱器等。 4.2主動(dòng)式強(qiáng)化傳熱技術(shù) 4.2.1機(jī)械攪

41、動(dòng) 包括用機(jī)械方法攪動(dòng)流體、旋轉(zhuǎn)傳熱表面和表面刮削。帶有旋轉(zhuǎn)的換熱器管道的裝置目前已用于商業(yè)應(yīng)用。表面刮削廣泛應(yīng)用于化學(xué) 過程工業(yè)中黏性流體的批量處理，如高黏度的塑料和氣體的流動(dòng)，其典型代表為刮面式換熱器， 廣泛用于食品工業(yè)。 4.2.2表面振動(dòng) 無論是高頻率還是低頻率振動(dòng)，都主要用于增強(qiáng)單相流體傳熱。其機(jī)理是振動(dòng)增強(qiáng)了流體的擾動(dòng)，從而使傳熱得以強(qiáng)化。雖然振動(dòng)本身對(duì)強(qiáng)化傳熱有不小的貢獻(xiàn)，但激發(fā)振動(dòng)所需從外界輸入的能量可能會(huì)得不償失。為此，山東大學(xué)研究表明，可利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)來強(qiáng)化傳熱，依靠水流本身激發(fā)傳熱元件振動(dòng)，會(huì)消耗很少的能量。利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱既能提高對(duì)流傳熱系數(shù)， 同時(shí)又能降低污

42、垢熱阻，即實(shí)現(xiàn)了所謂的復(fù)合式強(qiáng)化傳熱 。 4.2.3流體振動(dòng) 由于換熱設(shè)備一般質(zhì)量很大，表面振動(dòng)這種方法難以應(yīng)用，然后就出現(xiàn)了流體振動(dòng)，該方法是振動(dòng)強(qiáng)化中最實(shí)用的一種類型。所使用的振蕩發(fā)生器從擾流器到壓電轉(zhuǎn)換器，振動(dòng)范圍大約從脈動(dòng)的 1Hz 到超聲波的 l 0 6 Hz 。主要用于單相流體的強(qiáng)化傳熱。 4.2.4靜電場 可以通過很多不同的方法將靜電場作用于介電流體?？傮w來說，靜電場可以使傳熱表面附近的流體產(chǎn)生較大的主體混合，從而使傳熱強(qiáng)化。靜電場還可以和磁場聯(lián)合使用來形成強(qiáng)制對(duì)流或電磁泵。靜止流體中加足夠強(qiáng)度靜電場所形成的電暈風(fēng)能在一定條件下強(qiáng)化單相流體的傳熱。如日本Mizushina以空氣為

43、工質(zhì)研究環(huán)形通道內(nèi)電暈風(fēng)對(duì)強(qiáng)制對(duì)流的影響，分別得到了存在電暈風(fēng)時(shí)的努塞爾準(zhǔn)數(shù)及阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線及經(jīng)驗(yàn)公式. 4.2.5噴射 包括通過多孔的傳熱表面向流動(dòng)液體中噴射氣體，或向上游傳熱部分噴注類似的流體。 4.2.6抽吸 包括在核態(tài)沸騰或膜態(tài)沸騰中通過多孔的受熱表面移走蒸汽和在單相流中通過受熱表面排出液體。有研究預(yù)測，抽吸能大大提高層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)的換熱系數(shù)，其中能大大增強(qiáng)湍流對(duì)流換熱已被Aggarwal等人證實(shí)。 5.換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展方向5.1管程強(qiáng)化傳熱技術(shù)正在蓬勃的發(fā)展,異形強(qiáng)化傳熱管的研究和探索已經(jīng)進(jìn)入高層次發(fā)展階段。傳統(tǒng)的異形管加工難度大、成本高，加工設(shè)備也比較復(fù)雜。

44、改進(jìn)各種高效換熱管的制造技術(shù)，或開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單的新型高效換熱管，實(shí)現(xiàn)高效換熱管結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)的簡單化，降低成本，提高設(shè)備的使用壽命，是推廣和應(yīng)用各種高效換熱管的前提條件，也是換熱器的重要發(fā)展方向。對(duì)螺旋管等槽紋管的研究也有待進(jìn)一步深化，這種傳熱管可以適用于除水和空氣以外更多的介質(zhì)中，在其它工質(zhì)中的工況如何還有待研究，另外，強(qiáng)化管的槽深、節(jié)距、螺旋角等特性的最優(yōu)化，會(huì)使強(qiáng)化管具有較好的傳熱與流體動(dòng)力學(xué)特性。表面多孔管用于相變換熱能夠有效的提高傳熱系數(shù)，增加換熱量但是由于加工工藝的復(fù)雜性，至今沒能夠被推廣，隨著加工技術(shù)的提高，如果能夠簡化加工過程，減少加工成本，相變傳熱應(yīng)用這種傳熱管是一種理想的選擇。5.2殼程縱向流換熱器的優(yōu)良特性，已經(jīng)引起更多的學(xué)者和工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注。如果縱向流換熱器與不同型式的強(qiáng)化管組合使用，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)殼側(cè)與管側(cè)的傳熱強(qiáng)化。這種為實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)化傳熱技術(shù)的優(yōu)化組合仍需要進(jìn)一步的研究?？v流式管束支撐物對(duì)殼程流體流速的調(diào)節(jié)作用較小，只有在大流量下才能顯示出其優(yōu)越性。因而，在小流量或低雷諾數(shù)下如何提高縱流式換熱器的性能，是今后研究的一個(gè)重要方向。隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)和數(shù)值傳熱學(xué)的發(fā)展，各種數(shù)值模擬技術(shù)不斷地被應(yīng)用到強(qiáng)化傳熱技術(shù)中來，