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新型高效冷却器技术进展及其应用

引言由于制造工艺和技术水平的限制,早期的冷却器只能采用简单结构,传热面积小、体积较大、笨重,如蛇管式冷却器等。但随着制造工艺的发展,慢慢的出现了管壳式冷却器的,这种冷却器的单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果较好,长期以来在工业生产中已成为一种典型的冷却器,到了20实际20年代又出现了板式冷却器,以板代管制成的冷却器,结构紧凑、传热效果好。传统的冷却器种类繁多,也没有一个统一的划分方法,目前主要的划分方法有:
新型高效冷却器
按照热流体与冷流体的流动方向来分:顺流式、逆流式、错流式、混流式。
按照传送热量的方法来分:间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式冷却器的冷、热流体被固体间壁隔开,并通过间壁进行热量交换的冷却器,因此又称表面式冷却器,这类冷却器应用最广。
间壁式冷却器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式冷却器以管子表面作为传热面,包括套管式冷却器和管壳式冷却器等;板面式冷却器以板面作为传热面,包括板式冷却器、螺旋板冷却器、板翅式冷却器、板壳式冷却器和伞板冷却器等。目前属管式冷却器和板面式冷却器的应用范围最广。
新型高效冷却器的技术进展
所谓新型高效冷却器是指在传统的冷却器基础之上通过强化传热技术来提高冷却器的换热效率,减少换热过程中的能量损失。就强化传热技术来说,主要是力求使换热设备在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多,从大的方面来说强化途径不外乎三个:提高传热系数、扩大单位传热面积、增大传热温差。
管式冷却器的传热强化
管式冷却器的传热强化主要包括管程的强化和壳程的强化。
管程的传热强化
管程的强化传热通常是对光管进行加工得到各种结构的异形管,如螺旋槽纹管、横槽纹管、波纹管、低螺纹翅片管(螺纹管)、螺旋扁管、多孔表面管、针翅管等,通过这些异形管进行传热强化。例如:
螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而成,如图 1 所示,有单头和多头之分,其管内强化传热主要由两种流动方式决定:一是螺旋槽近壁处流动的限制作用,使管内流体做整体螺旋运动产生的局部二次流动;二是螺旋槽所导致的形体阻力,产生逆向压力梯度使边界层分离。螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用,适用于对流、沸腾和冷凝等工况,抗污垢性能高于光管,传热性能较光管提高 2~4 倍。
对波纹管按流体力学观点分析:在波峰处流体速度降低,静压增加,在波谷处流速增加,静压降低。流体的流动在反复改变轴向压力梯度下进行,产生了剧烈的漩涡,冲刷流体的边界层,使边界层减薄。因此用波纹 管做换热管从理论上讲:由于波节的存在,增加了对管内流体流动的扰动,使波纹管具有较好的传热效果,但流动特性不如光管的好。在低雷诺数下,波纹管的换热与阻力性能比明显好于光管;在高雷诺数下,波纹管与光管的换热与阻力性能比非常接近。

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