毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

一、换热器研究背景

近年来，随着能源危机的爆发，各国争相大力发展节能减排技术。换热器作为一种传热设备，被广泛地应用于炼油、化工、轻工、制药及城市的集中供暖等领域，是工业生产中不可缺少的设备^[1]。据统计，在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30%，在炼油厂中占全部工艺设备的40%左右，海水淡化工艺装置则全部是由换热器组成的^[2]。

目前,能源危机越来越严重,以能源为中心的社会、经济、环境等问题日益突出,节能和能源的合理有效利用显得尤为重要。在我国石油化工行业中，换热设备投资占到总投资的30%以上，其中80%为传统的弓形折流板光管换热器，而这种换热器存在传热效果差、壳程压降大、容易结垢以及发生管束诱导振动等缺点^[3]。由于换热器在国民经济和工业生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和可靠性起着举足轻重的作用,其传热性能的好坏对节能有着极其重要意义。强化传热是提高换热器综合效率、降低其寿命周期费用的有效措施。要节能降耗,提高工业生产的经济效益,必须研究各种传热过程的强化问题,开发适用不同过程工业要求的强化传热结构及高效换热设备,这不仅是现代工业发展过程中必须解决的课题,同时也是开发新能源和开展节能工作的迫切任务。目前，许多学者致力于高效换热器的研究和开发工作，其中传热强化是该领域研究的重点。传热强化是提高传热系数的传热技术。在传热理论的应用研究中最常遇到传热强化问题^[4]。强化传热研究的主要目的是提高热量传递过程的速率,力图达到以最经济的设备(重量小、体积小、成本低)来完成规定传递的热量或在设备规模相同的情况下能更快更多地传递热量,用最高的热效率来实现能源的合理利用。

二、传热强化技术

根据传热系数的定义式，传热过程的总热阻(1/KA)等于固壁两侧的对流换热热阻和固壁本身的导热热阻(δ/KA)等 3个分热阻之和。当对流换热热阻较大时，导热热阻在总热阻中所占比重很小，这时为了强化传热，主要是靠设法减小固壁两侧的对流换热热阻。 通过减小分热阻以强化传热的办法很多，经常应用的有：①选用热导率大的材料，或减薄固壁厚度，以降低导热热阻；②提高气体和固壁表面的黑度，以降低辐射热阻。 强化对流换热常常是强化传热过程的主要途径，可以采用的手段也更加多样，常用的有：①选用热导率比较大的流体。例如，氢冷比空气冷有效，水冷效果更佳；②加大流动速度，以提高湍流度，减薄边界层，降低对流热阻；采用短管换热器也可以抑制边界层增厚；③采用螺旋管、螺旋板、入口旋流片、各种波形管、异形管和管内插入件，以及粗糙表面等以增强流体扰动；④在对流换热较弱的一侧采用肋片、翅片，以增大换热面积和扰动度；⑤尽量采用相变换热，并且在沸腾汽化时应用多孔金属壁以增加汽化核心；在蒸汽凝结时，换热面上加涂料或流体中掺入添加剂，造成珠状凝结条件；⑥改进冷热气流的流向安排，以提高换热温压；应用电磁和超声等效应也可以达到强化传热的目的。

随着强化传热理论的研究，高效传热管与壳程的强化传热以及流动阻力的减少是今后换热器研究和开发的一个重要方向。在强化传热的同时，必须考虑强化传热会带来流动阻力的增加，因此，应综合考虑强化传热与流动阻力，开发出高质量、低成本、高效率、低流阻的换热器，为节能减排提供先进的换热设备^[5]。

三、内置纽带圆管相关文献介绍

作者宿艳彩等^[6]2010年在《流体横掠振动圆管湍流状态换热的场协同分析》中提到：可以从理论上推导水流绕流振动圆管湍流状态下换热的壁面瞬时平均努塞尔数与场参数的表达式，并利用数值计算的方法对振动圆管湍流状态下的场协同原理进行了验证。

作者李雅侠等^[7]2010年在《螺旋半圆管夹套内湍流流动与传热的数值模拟》中提到：可以应用CFD分析软件Fluent，在简化模型的基础上对螺旋半圆管夹套内的三维湍流流动及换热进行了数值模拟；结果表明，夹套内与螺旋线垂直的横截面上，切线方向的时均速度等值线呈鞍状分布，弯曲外壁侧的速度梯度远大于内壁侧;二次流为稳定的两涡结构，二次涡的中心位置在半圆形截面的2个尖角附近。由于二次流的作用，换热壁面上局部努塞尔数分布不均，最小值在壁面中心点处，最大值在中心点两侧，研究范围内，最小值为平均值的0.8~ 0.85倍，最大值为平均值的1.15~1.25倍。螺距对夹套内充分发展段的流体流动及换热的影响很小；增大曲率，夹套的换热能力增强，同时流动阻力也增大。