強(qiáng)化傳熱技術(shù)簡介

強(qiáng)化傳熱技術(shù)簡介強(qiáng)化傳熱技術(shù)是指能顯著改善傳熱性能的節(jié)能新技術(shù)，其主要內(nèi)容是采用強(qiáng)化傳熱元件，改進(jìn)換熱器結(jié)構(gòu)，提高傳熱效率，從而使設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用最低，以達(dá)到生產(chǎn)的最優(yōu)化。發(fā)展早在18世紀(jì)初就提出讓風(fēng)吹過物體表面強(qiáng)化對(duì)流傳熱。但該技術(shù)真正引起人們重視是在20世紀(jì)60年代后，由于生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的需要，強(qiáng)化傳熱技術(shù)載30多年來得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。迄今為止，強(qiáng)化傳熱技術(shù)在動(dòng)力，核能，制冷，石油，化工乃至國防工業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外公開發(fā)表的論文和研究報(bào)告超過6000篇，獲得了數(shù)百項(xiàng)專利，已發(fā)展成為成熟的第二代傳熱技術(shù)。能源存在形式：礦物核能，地?zé)崮?，化石燃料的化學(xué)能，太陽輻射能，海洋溫差能，潮汐能，生物能，江河水利能，風(fēng)能等，能量實(shí)質(zhì)上就是各種運(yùn)動(dòng)形式相互聯(lián)結(jié)，作用，轉(zhuǎn)化的唯一媒介和橋梁，而能量利用的本質(zhì)則是人為的以自然發(fā)生的變化去促成人類所需要的變化。能源不僅是人類社會(huì)生存與發(fā)展的最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且是發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力的基本條件。由于多年來對(duì)能源進(jìn)行了不適當(dāng)?shù)拈_發(fā)利用，自20世紀(jì)70年代初中東石油危機(jī)爆發(fā)以來，以能源為中心的環(huán)境，生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題日益加劇，世界各國從發(fā)認(rèn)識(shí)到節(jié)能的重要意義，能源的合理利用已成為當(dāng)今世界各國應(yīng)如何良性發(fā)展工業(yè)的核心問題，各種節(jié)能技術(shù)如雨后春筍般競相出現(xiàn)。強(qiáng)化傳熱技術(shù)的分類強(qiáng)化傳熱技術(shù)分為被動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)（亦稱為無功技術(shù)或無源強(qiáng)化技術(shù)）和主動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)（亦稱為有功技術(shù)或有源強(qiáng)化技術(shù)）。前者是指除了介質(zhì)輸送功率外不需要消耗額外動(dòng)力的技術(shù)；后者是指需要加入額外動(dòng)力以達(dá)到強(qiáng)化傳熱目的的技術(shù)。2.1被動(dòng)式強(qiáng)化傳熱技2.1.1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。可通過燒結(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。2.1.2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。2.1.3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。2.1.4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)插入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。2.1.5漩渦流裝置包括很多不同的幾何布置或管內(nèi)插入物，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入物。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。2.1.6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。2.1.7表面張力裝置包括利用相對(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。2.1.8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）。2.1.9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GRIMMA公司制造的縱流管束換熱器等。2.2主動(dòng)式強(qiáng)化傳熱技術(shù)2.2.1機(jī)械攪動(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)。2.2.2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)又能降低污垢熱阻，即實(shí)現(xiàn)了所謂的復(fù)合式強(qiáng)化傳熱。2.2.3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106Hz。主要用于單相流體的強(qiáng)化傳熱。2.2.4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。總體來說，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。2.2.5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。2.2.6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(cè)，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［6］人證實(shí)。兩個(gè)或兩個(gè)以上這些傳熱強(qiáng)化技術(shù)可以復(fù)合使用，從而達(dá)到比僅僅使用一種技術(shù)更好的強(qiáng)化傳熱效果，這種復(fù)合使用被稱為復(fù)合式強(qiáng)化傳熱技術(shù)。如在內(nèi)翅管或粗糙管中插入紐帶插入物，帶有聲波振動(dòng)的粗糙柱面，在流化床中使用翅片管，帶有振動(dòng)的外翅管，加有電場的氣固懸浮液以及有空氣脈動(dòng)的流化床等。但須注意的是，并不是每兩個(gè)或多個(gè)單個(gè)強(qiáng)化技術(shù)任意復(fù)合都能產(chǎn)生比單個(gè)強(qiáng)化技術(shù)更好的傳熱強(qiáng)化效果，比如有研究表明，帶有內(nèi)翅的螺旋盤管的平均努塞爾準(zhǔn)數(shù)要低于普通的螺旋盤管。必須經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)才能確認(rèn)其對(duì)傳熱強(qiáng)化的有效性，獲得最佳的強(qiáng)化傳熱效果。強(qiáng)化換熱技術(shù)的新進(jìn)展隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究和發(fā)展，近幾年來出現(xiàn)了很多強(qiáng)化換熱的新方法，本文主要介紹近年來發(fā)展應(yīng)用的強(qiáng)化換熱新工質(zhì)，并對(duì)其他強(qiáng)化換熱新方法做簡要介紹。2.3.1新型強(qiáng)化換熱材料及介質(zhì)的應(yīng)用⑴多孔材料的發(fā)展應(yīng)用多孔材料是20世紀(jì)初出現(xiàn)，二戰(zhàn)以后發(fā)展較快的一類材料。由于孔隙的存在及孔隙與環(huán)境的交互作用引發(fā)出各種功能特性，是一種集結(jié)構(gòu)和功能于一體的功能結(jié)構(gòu)一體化材料，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的過濾分離、流體滲透與分布控制、高效燃燒、強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)等領(lǐng)域。根據(jù)材料中孔洞形式的不同，多孔材料可分為蜂窩材料、泡沫金屬材料和點(diǎn)陣材料。多孔材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、剛度高、韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)由于多孔材料中存在大量有隨機(jī)性或方向性的孔洞，孔洞中充滿低導(dǎo)熱系數(shù)的空氣介質(zhì)，因此閉孔多孔材料具有優(yōu)良的隔熱性能，而通孔多孔材料應(yīng)用于強(qiáng)制對(duì)流可顯著提高對(duì)流換熱能力。利用多孔材料調(diào)整流場分布，可以減薄邊界層厚度，有效增強(qiáng)換熱。其中點(diǎn)陣材料不但具有較高的熱導(dǎo)率而且強(qiáng)度很大，當(dāng)傳熱設(shè)備同時(shí)要求具有一定的承載能力時(shí)，點(diǎn)陣材料是一種很好的選擇。由于多孔材料具有上述優(yōu)良的機(jī)械性能和良好的熱性質(zhì)，因此，近年來被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、建筑工程、機(jī)械工程、電化學(xué)工程、環(huán)境保護(hù)工程等領(lǐng)域。我國對(duì)多孔材料的研究工作近幾年來發(fā)展迅速：2006年在西安交通大學(xué)啟動(dòng)了由國內(nèi)多所高校和科研院所參與的《超輕多孔材料和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的多功能化基礎(chǔ)研究》973計(jì)劃，該項(xiàng)目計(jì)劃通過五年的實(shí)施完成建立超輕多孔材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用一體化的完整的科學(xué)理論和技術(shù)體系，為超輕多孔材料微觀構(gòu)型與宏觀結(jié)構(gòu)的一體化多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)與制造以及其服役壽命與可靠性預(yù)測(cè)提供技術(shù)支撐。2007年7月，科技部公布了首批“企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”名單，金屬多孔材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室名列其中，該實(shí)驗(yàn)室依托西北有色金屬研究院進(jìn)行籌建，重點(diǎn)進(jìn)行金屬多孔材料孔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論、制備理論及技術(shù)、性能表征以及應(yīng)用的研究。上述項(xiàng)目的啟動(dòng)和實(shí)驗(yàn)室的建立反映了國家對(duì)于多孔材料研究的重視。低熔點(diǎn)液體金屬及其合金的發(fā)展應(yīng)用將低熔點(diǎn)液體金屬及其合金作為散熱工質(zhì)是2002年由中國科學(xué)院理化研究所劉靜所在的實(shí)驗(yàn)室提出的，同年該實(shí)驗(yàn)室在我國申請(qǐng)了這一技術(shù)的首項(xiàng)專利。由于傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱手段已無法滿足日益增大的電子器件功率的散熱要求，液冷被認(rèn)為是解決這一問題的有效手段。液冷散熱雖然效率較高，但是在運(yùn)行中一旦發(fā)生泄露或蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致器件老化、腐蝕，一旦驅(qū)動(dòng)裝置故障，液體流動(dòng)停止，有可能會(huì)導(dǎo)致芯片燒毀，后果不堪設(shè)想?；谝豪渖岬纳鲜鎏匦援a(chǎn)生了將低熔點(diǎn)液體金屬應(yīng)用于芯片散熱液冷系統(tǒng)中的想法。在這種新型散熱技術(shù)中，流動(dòng)于流道中的并非傳統(tǒng)的水，有機(jī)溶液或其他功能流體而是在室溫附近即可熔化的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬。由于液體金屬具有遠(yuǎn)高于水、空氣及其他非金屬介質(zhì)的熱導(dǎo)率且具有流動(dòng)性，導(dǎo)熱量和對(duì)流散熱量都增大，因而可以進(jìn)行快速高效的熱量輸運(yùn)。采用低熔點(diǎn)液態(tài)金屬后散熱器可以做的很小且僅使用小功率電磁泵就可進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)整體集成化的微型散熱器。雖然可供選擇的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬很多，但是目前我國及國外一些相應(yīng)研究機(jī)構(gòu)的主要目標(biāo)集中在金屬鎵上。自然界中，鎵是一種柔軟無毒的銀白色金屬，其熔點(diǎn)僅為29.77°C，在熔點(diǎn)時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為29.23W?m-1?°C-1，遠(yuǎn)高于空氣和水。而且鎵的蒸發(fā)溫度很高，約為2000C，不像其他液體工質(zhì)容易在運(yùn)行中因蒸發(fā)而散失。因此，鎵適合作為低熔點(diǎn)液體金屬散熱工質(zhì)。除了金屬鎵之外，國內(nèi)外研究者也在努力尋找其他適合的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬及其合金。由于低熔點(diǎn)液態(tài)金屬散熱裝置具有散熱能力強(qiáng)、噪音低、性能穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)因而具有良好的發(fā)展空間。目前該技術(shù)的出現(xiàn)已引起計(jì)算機(jī)及半導(dǎo)體芯片業(yè)界的廣泛關(guān)注，低熔點(diǎn)液態(tài)金屬渴望作為一種理想冷卻工質(zhì)在芯片散熱領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。納米流體的發(fā)展應(yīng)用1995年，Choi等首次提出了納米流體(nanofluids)的概念：即以一定方式和比例將納米級(jí)金屬或非金屬氧化物粒子添加到流體中，形成一類新的換熱工質(zhì)即納米流體。固體顆粒的熱導(dǎo)率比液體大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，懸浮有固體顆粒的兩相流液體比純液體的熱率大得多。納米顆粒很細(xì)，有很大的表面積，因而更適合傳熱。大的比表面積不僅改善傳熱能力，而且增加懸浮液的穩(wěn)定性。懸浮在液體中的納米粒子在布朗力的作用下做無規(guī)則的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這種擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使納米粒子所攜帶的能量發(fā)生了遷移，增強(qiáng)了納米粒子內(nèi)部的能量傳遞，增強(qiáng)了傳熱，同時(shí)，在納米粒子和液體間還有微對(duì)流運(yùn)動(dòng)存在，進(jìn)一步加強(qiáng)了熱量傳遞。影響納米流體換熱性能的因素包括顆粒尺度、表面形狀、體積份額以及分布等，文獻(xiàn)［9］指出納米流體一旦發(fā)生顆粒聚集，隨著顆粒聚集度的增加，納米流體的換熱性能降低。納米流體可應(yīng)用于鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中作為冷卻工質(zhì)保護(hù)某些設(shè)備不被燒毀，減少電能消耗和冷卻水消耗，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。除了在鋼鐵冶金領(lǐng)域的應(yīng)用，納米流體也可應(yīng)用于余熱鍋爐的能量回收過程，大幅度提高余熱回收率，降低能耗。2.3.2各種異型強(qiáng)化換熱管的應(yīng)用目前應(yīng)用的主要異型強(qiáng)化管有螺旋槽紋管，橫紋槽管，波紋換熱管以及翅片管。異型強(qiáng)化換熱管的強(qiáng)化換熱原理是利用各種管的特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生渦旋，擾動(dòng)來減薄邊界層厚度，增大低熱阻區(qū)，加強(qiáng)傳熱。除波紋管由于加工工藝的特殊性，選材及規(guī)格受到限制外，其他三種強(qiáng)化換熱管在選材和規(guī)格上一般均無限制。螺旋槽紋管和橫紋槽管廣泛應(yīng)用于各種形式的換熱器、余熱鍋爐中，翅片管主要應(yīng)用在管殼式換熱器及空冷器中。除了以上介紹的四種常用的異型強(qiáng)化換熱管外，還有旋流管、螺旋扁管、縮放管等異型管，在實(shí)際中也有一些應(yīng)用.4.11螺旋槽管螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管，管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù)，起到雙邊強(qiáng)化的作用。美國、英國、日本從1970年至1980年間對(duì)螺旋槽管進(jìn)行了大量的研究。華南理工大學(xué)、北京理工大學(xué)和重慶大學(xué)也對(duì)螺旋槽管進(jìn)行試驗(yàn)研究，而且都取得顯著的成效。此外，研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。目前，無論是從傳熱、流阻、結(jié)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。進(jìn)一步結(jié)合計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，對(duì)螺旋槽管在不同場合傳熱的模擬和仿真，找出具有較大通用性的關(guān)聯(lián)式以及優(yōu)化螺旋槽管的結(jié)構(gòu)尺寸將是今后研究的方向。（換熱器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)）螺旋槽紋管管壁是由光管擠壓而成，有單頭和多頭之分，其管內(nèi)強(qiáng)化傳熱主要由兩種流動(dòng)方式?jīng)Q定：一是螺旋槽近壁處流動(dòng)的限制作用，使管內(nèi)流體做整體螺旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的局部二次流動(dòng);二是螺旋槽所導(dǎo)致的形體阻力，產(chǎn)生逆向壓力梯度使邊界層分離。螺旋槽紋管具有雙面強(qiáng)化傳熱的作用，適用于對(duì)流、沸騰和冷凝等工況，抗污垢性能高于光管，傳熱性能較光管提高2-4倍。（管殼式換熱器節(jié)能技術(shù)綜述）螺旋槽紋管管壁是由光管擠壓而成，有單頭和多頭之分，其管內(nèi)傳熱強(qiáng)化主要有兩種流動(dòng)方式起決定作用：一是螺旋槽近壁處流動(dòng)的限制作用，使管內(nèi)流體做整體螺旋運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生局部二次流動(dòng)；二是螺旋槽所導(dǎo)致的形體阻力，產(chǎn)生逆向壓力梯度使邊界層分離。螺旋槽紋管具有雙面強(qiáng)化傳熱的作用,適用于對(duì)流、沸騰和冷凝等工況，抗污垢性能高于光管，傳熱性能較光管提高2-4倍。華南理工大學(xué)和重慶大學(xué)經(jīng)試驗(yàn)研究及理論推導(dǎo)，得出了單頭螺旋橫紋管比多頭螺旋橫紋管的性能好。德國Hde公司的螺旋橫紋管，管內(nèi)傳熱效率明顯優(yōu)于光管，當(dāng)200<Re<1500時(shí)，提高傳熱效率2.0?22倍。（強(qiáng)化傳熱技術(shù)與新型高效換熱器研究進(jìn)展）4.12橫紋管橫紋管強(qiáng)化機(jī)理為：當(dāng)管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，使邊界層分離，有利于熱量的傳遞。當(dāng)漩渦將要消失時(shí)流體又經(jīng)過下一個(gè)橫向環(huán)肋，因此不斷產(chǎn)生渦流，保持了穩(wěn)定的強(qiáng)化傳熱作用。研究和實(shí)際應(yīng)用證明：橫槽紋管與單頭螺旋槽紋管比較，在相同流速下，流體阻力要大一些，傳熱性能好些，其應(yīng)用場合與螺旋槽紋管相同。（管殼式換熱器節(jié)能技術(shù)綜述）1974年前蘇聯(lián)首先提出橫紋管，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。其強(qiáng)化機(jī)理為：當(dāng)管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，有利于熱量通過邊界層的傳遞。當(dāng)渦流即將消失時(shí)，流體又流經(jīng)下一個(gè)橫肋，不斷產(chǎn)生軸向渦流，因而保持連續(xù)且穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。橫紋管主要用來強(qiáng)化管內(nèi)單相流體的傳熱，華南理工大學(xué)經(jīng)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。（換熱器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)）橫紋管的強(qiáng)化機(jī)理為：當(dāng)管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，使邊界層分離，有利于熱量的傳遞。當(dāng)漩渦將要消失時(shí)流體又經(jīng)過下一個(gè)橫向環(huán)肋，因此不斷產(chǎn)生渦流，保持了穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。近年來，華南理工大學(xué)與桂林化機(jī)廠合作，將在相同管內(nèi)流速下傳熱效率優(yōu)于螺旋槽管的橫紋管折流桿換熱器在云南某化肥廠投入工業(yè)運(yùn)行，取代了原有的DN2400列管式折流板主熱交換器，使設(shè)備投資節(jié)省1/3,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。橫紋管折流板換熱器融合了折流桿換熱器技術(shù)與橫紋管強(qiáng)化傳熱技術(shù)，是一種高效換熱器。（強(qiáng)化傳熱技術(shù)與新型高效換熱器研究進(jìn)展）4.13縮放管縮放管是由依次交替的多節(jié)漸縮段和漸擴(kuò)段構(gòu)成。其傳熱機(jī)理為：縮放管通過壁面縮放，使流體壓力發(fā)生周期性的變化產(chǎn)生劇烈的漩渦沖刷流體邊界層，使其減薄，壁面縮放還促進(jìn)了流動(dòng)粘性底層之外與傳熱粘性底層內(nèi)的流體速度場與溫度梯度的協(xié)同，增加了傳熱系數(shù)。研究表明，縮放管收縮段的平均換熱能力比較大，擴(kuò)張段的局部換熱系數(shù)呈下降趨勢(shì)，其原因是在擴(kuò)張減速段的流體流動(dòng)有弱化傳熱的作用，而在收縮加速段的流體有強(qiáng)化傳熱的作用，現(xiàn)有縮放管結(jié)構(gòu)中擴(kuò)張段與收縮段的長度在總肋間距中各占一半，因擴(kuò)張段所占比例較大，故流體流動(dòng)對(duì)傳熱的弱化作用明顯，使總的傳熱效率不夠理想。為了優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，可以增加收縮段所占比例，相應(yīng)減少擴(kuò)張段的長度，并在縮放連接處采用平直鏈面連接方式，以減小流體阻力。（管殼式換熱器節(jié)能技術(shù)研究）縮放管是由多節(jié)交替的收縮段與擴(kuò)張段構(gòu)成的波形管道，其結(jié)構(gòu)見圖4。根據(jù)收縮段和擴(kuò)張段是否對(duì)稱分為對(duì)稱縮放管和非對(duì)稱縮放管兩種?？s放管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理是：在擴(kuò)張段流體速度降低，靜壓增大；在收縮段流體速度增加，靜壓減小；流體在方向反復(fù)改變的軸向壓力梯度作用