毕业论文课题相关文献综述

文献综述

1、研究背景

1.1我国是一个能源生产大国和消费大国，拥有丰富的化石能源资源。2006年，煤炭保有资源量为10345亿吨，探明剩余可采储量约占全世界的13%，列世界第三位。但是中国的人均能源资源拥有量较低，煤炭和水力资源人均拥有量仅相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源拥有量仅为世界平均水平的1/15左右。能源资源赋存不均衡，开发难度较大，已探明石油、天然气等优质能源储量严重不足。再加上能源利用技术落后，利用低下，在经济高速增长的条件下，我国能源的消耗速度比其他国家更快，能源枯竭的威胁可能来得更早、更严重[1]。我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65%左右为煤炭，大量使用煤炭，使66%的中国城市大气中颗粒物含量以及22%的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。伴随着经济的快速发展和能源需求量的持续增长，化石燃料燃烧所产生的温室气体排放给环境造成了越来越沉重的压力。

1.2换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备，在生产中占有重要地位。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是现实化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。现代石油化工企业中，换热设备的投资要占全部设备投资的30%~40%[2]。

2、强化传热技术

2.1强化传热技术是指能显著改善传热性能的节能科学技术[3]。其改善传热性能的主要方式是通过采用强化传热元件与改进换热器结构，从而提高传热效率、降低设备投资和运行费用，以达到生产的最优化，因此强化传热技术的应用背景极为广泛。强化传热技术按其消耗外动力与否可以分为两种[4]：主动强化技术和被动强化技术。主动强化技术需要借助外力，而被动强化技术不需要借助外力。前者包括机械方法、流体振动、表面振动、电磁场(直流或是交流)、引射、虹吸等；被动强化传热技术主要有表面延伸、表面处理，粗糙表面、涡旋流设备、装配强化设施、表面张力设备、流体添加剂等。主动强化技术由于其设备投资与操作费用大、成本昂贵与机理复杂等原因，大多只处于试验阶段，应用并不广泛，相对于主动强化技术，被动强化技术由于易于实现与操作能耗低等优点，一直以来受到广泛的关注和深入的研究，因此很多被动强化技术已应用到工业当中。这里主要介绍被动传热。

目前，比较有效并有发展前景的被动强化传热技术主要有：粗糙表面法、扩展表面法[5]、扰流装置法[6]、添加物法等。

粗糙表面法已发展出很多构形，包括从随机的沙粒型粗糙表面到带有离散的凸起物(粗糙元)的粗糙表面。通常，可通过机械加工、碾轧和电化学腐蚀等方法制作粗糙表面。粗糙表面法主要用于强化单相流体的传热这类强化方法在工业生产中应用最为广泛，最主要的应用是采用各种强化管来强化传热过程。强化传热管的种类比较多，本文主要介绍工业中应用较为广泛的一些典型强化传热管。

2.2螺旋槽管[7-8]是一种将普通光滑管在车床上通过轧制成型，管外壁形成螺旋形凹槽，管内壁形成螺旋形凸肋的异形管，按照轧制时螺纹头数可以分为单头与多头螺旋槽管。其强化传热机理为，流体受螺旋槽纹的引流，靠近壁面的一部分流体顺槽旋转，有利于减薄边界层，另一部分流体沿轴向流动产生的二次流可以加速壁面区流体与主流区流体的热量传递。

2.3横纹槽管又称横纹管[9-10]，在20世纪70年代中期由前苏联的Kalinin等首先提出，通过在普通光管上滚轧出与轴线垂直的横纹，在外表面上形成不连续的一圈一圈的凹槽，同时内表面上相应的形成凸槽，即加工成横纹槽管。根据文献其强化传热的机理是流体经过横纹管圆环形的凸槽时，在管壁上形成旋涡，有效的增加了流体边界层的扰动，破坏了边界层的发展，有利于热量通过边界层进行传递，同时轴向周期性的凸槽结构有利于管壁上旋涡的不断形成和持续稳定的强化换热作用。横纹管不但能用来强化管内单相对流传热，对管外沿轴向流动的流体也有强化作用。