毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

一、研究背景

换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空航天等各工业部门。例如，锅炉热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝气器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。例如在石油化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5 左右，它的重量占工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资占总投资的25%^[1]。

由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临着能源短缺的局面，各国都致力与新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。在这一工作中，换热器也充当着一个重要的角色，其性能的好坏也直接影响到能源利用的效益。热交换器作为一种利用能源与节约能源的有效设备，在余热利用、核能利用、太阳能利用和地热能利用等方面也起着重要的作用。

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断提高，因而对换热器性能的要求也日益加强。特别是对换热器的研究必须满足各种特殊情况和苛刻条件的要求，对它的研究也就显得更为重要。因此，在换热器的生产及研究开发上除了满足各种必需的工艺条件之外，对它的综合性能也提出了更高的要求^[2,3]。

管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对于海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意^[4]。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，十一五期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计2010年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元^[5]。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。

二、国内外研究现状

随着生产规模的扩大和生产技术的现代化，换热器技术的研究必须满足各种情况特殊而又条件苛刻的要求，因而各国在组织大规模工业生产的同时，为适应形势的需要，世界各国十分重视换热器的研究，并组织了较强的专业研究中心，例如早在六十年代就在传热工程领域内出现了有影响的两大国际性研究集团，即1962 连成立的美国传热研究公司（Heat Transfer Research Inc，简称 HTRI），它是由传热设备的使用、设计及制造者为了促进整个传热及流体流动领域的系统研究，于 1962 年发起组建的一个国际性、非赢利性的合作研究机构。1968 年英国也成立了传热及流体流动服务公司（Heat Transfer Fluid Flow Service,简称 HTFS）。在我国，也有兰州石油机械研究所，通用机械研究所、中国环球化学工程公司、中国石油化工总公司洛阳石油化工总公司等单位。在换热器的研究和设计方面进行了多年的工作，对我国换热器的设计和改进、技术标准的制定和推广作了很大的推动^[6]。

有统计资料表明^[7]，目前世界上发表的有关换热器的论文平均每年在 6000 篇以上，从这些论文来看，研究的重点是传热机理、传热强度、两相流、模拟、振动、污垢以及计算机的应用，换热器在能源利用和环境保护之间的关系等根据换热器在生产中的地位、作用的不同，它应满足多种多样的要求，一般来说，对其基本要求有：

（1） 满足工艺过程所提出的要求，有较高的换热强度，并使设备在有利的平均温差下的工作；

（2） 具有适合于温度和压力条件的、尽可能是不易破坏的工艺结构，结构简单、紧凑，安装、修理方便，运行安全；

（3） 热损失少，效率高。

在全面进入信息时代的今天，一种新的动向是:从数学模型出发，用数学的方法推导出精确的计算公式，同时结合 CAD（计算机辅助设计）技术，在能耗和投资之间进行权衡，得出最佳方案，以使全系统的费用最小。在过程设备领域，世界上许多大型企业均十分重视先进执照技术的运用，以知识为基础的模拟备受重视，设计创新的速度大大提高，目前在国际市场上已涌现出大量的新型高效的过程设备。Agility Forum 把过程及设备（Process Equipment）列入它所关注的敏捷制造研究的六大领域之一^[8,9]。

然而换热设备的特点是由传热过程及其相关工艺所决定的，在流程工业中

为了实现不同的物理化学的反映，工艺工程常常千变万化，因此换热设备的工

艺性很强；其次过程装置趋向于单系列化，装置规模趋向于大型化，要求更长