换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最多。本期我们一起来了解下，换热器的强化传热有哪些？以及有关换热器的新技术新材料。

换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最多。本期我们一起来了解下，换热器的强化传热有哪些？以及有关换热器的新技术新材料。

什么是换热器传热强化？

1、应用强化传热技术的目的是：

提高现有换热器的换热能力；
减小设计传热面积，以减小换热器的体积和质量；
减小换热器的阻力，以减小换热器的动力消耗；
使换热器能在较低温差下工作。

2、强化传热技术通常分为主动式和被动式两大类。

主动式强化传热：
需要消耗外部能量，如采用电场、磁场、光照射、搅拌：喷射等手段。
被动式强化传热：

不需要消耗外部能量，是换热器强化传热主要采用的方法，如传热管的表面处理、传热管的形状变化、管内加入插入物，改变支撑。这里主要介绍被动式传热。

3、强化传热主要有3种途径：

提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差。

换热器传热强化方法

1、螺旋凹槽、波纹、肋片管式换热器：

（1）螺旋槽管

螺旋槽纹管是表面具有螺旋形凹槽的一种强化传热管，传热管内外表面的凸起或槽纹，干扰了管内流体的流动，破坏了层流边界层，流动状态达到充分的湍流，产生的漩涡又不断地扰动边界层的流体，促进了传热管同流体间的热交换；湍流度的增加也有助于避免污垢在传热管壁面的沉积，提高传热系数，增强了管内外流体的换热。螺旋升角对换热的影响很大，大螺旋升角更有利于换热。研究表明，螺旋槽管换热器比光管的传热系数提高了2—4倍，在阻力损失和换热面积相同时，换热量可增加30％一40％。

旋流管是螺旋槽纹管的衍生品，也叫异型螺旋槽管。其槽纹是半流线的勺形或w形，流体在其内流动呈波状特性，它的传热机理与螺旋槽管大体相同。这种传热管的传热面积和传热系数大大增加，传热系数比光管提高3．5倍，并且在相同传热量下旋流管的换热系数比螺旋槽管高3％一8％，而压力损失低5％一10％。

（2）波纹管

波纹管是表面有波纹状突起的强化传热管，由于波纹管的壁很薄，传热管可以自由伸缩。流体在管内流动时，截面不断的变化，扰动流体，破坏层流边界层，以强化传热。波纹管的传热效率通常是光管的2—4倍，同时还具有除垢能力强，温差应力小，结构紧凑轻巧等特点。波纹管的壁薄，有波纹突起，可以有效地消除纵向应力，但是波纹管的强度问题没有很好的解决，应用范围受到限制。

（3）横纹管

横纹管由光管的外表面被滚压成一圈圈有序的环形凹槽而成，与管子轴线成90°角。影响横纹槽管综合传热性能的主要结构参数为肋节距和肋形，而肋高影响较小，并且传热综合因子随流动Re数增大而迅速降低。

横纹抗垢能力要优于光管，渐近污垢热阻值约为光管的0．83，污垢状态下横纹管的强化比约为1．4。说明横纹管其性能比光管要好，也比螺纹管好，在同样传热效果下，阻力增加比螺旋槽管少。

（4）螺旋椭圆扁管

螺旋椭圆扁管是把圆形光管压成椭圆形，然后扭曲而成，流体在管内处于螺旋流动状态，因而破坏了管壁附近的层流边界层，提高了传热效率。这种管束结构的特点是：两个并行排列的相邻管子的椭圆长轴相互接触，互相支撑，应用这种管的换热器取消了附加的管束支撑物，节约了材料和成本。

研究表明，螺旋椭圆扁管换热器具有较好的强化传热性能，管径大小和螺旋导程对传热和阻力性能均有影响。从综合性能来看，大管径优于小管径；对于相同规格的管子，导程增大，传热性能降低．流动阻力减小。这种结构的换热器与光管换热器相比，热流密度高50％，容积小30％。

2、翅片管式换热器：

通过增加翅片数量、间距和形状等，增加了换热器的表面积，从而提高了传热效率。

3、纳米流体换热器：

通过在传热介质中加入纳米颗粒，可以增加介质的热导率和传热面积，从而提高传热效率。

4、换热器表面涂层：

在换热器表面涂上具有高热传导率和高吸热能力的材料，可以增加换热器的传热效率。

5、超声波换热器：

通过在传热介质中加入超声波，可以增加介质的振动程度，从而增强传热效果。

6、电场强化传热：

通过在传热介质中加入电场，可以增加介质的运动程度，从而增强传热效果。

换热器新技术

1、不结垢换热器

不结垢换热器的开发，国外始于20世纪70年代初，用于海水脱盐，后来应用到化工、食品、海水淡化和造纸等领域，尤其应用在一些会发生严重结垢的场合，或含有大量不溶解颗粒的液体处理系统中。而国内从20世纪90年代初对不结垢换热器进行基础性试验研究。近年来，长岭炼油化工总厂研制成功了一种称之为管内弹簧自动清洗高效自洁换热器，其技术核心是螺旋形弹簧和固定元件组成的一个简单的机械系统，将此系统安装在换热器管内，在流体动能作用下，该系统产生连续的振动，促进湍流程度，破坏了污垢生成条件，从而达到防垢和强化传热的目的。使用该换热器总传热系数可提高30％～50％，除垢率达到50％～70％。

2、微通道换热器

换热器T质通过的水力学直径从管片式的庐10～50mm，板式的声3～10mm，不断发展到小通道的Φ0．6～2mm，微通道的Φ10～600μm，这是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求，也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。

在家用空调方面，当流道尺寸小于3 mm时，气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸，通道越小，这种尺寸效应越明显。当管内径小到Φ0．5～1mm时，对流换热系数可增大50％～100％。将这种强化传热技术用于空调换热器，适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施，预计可有效增强空调换热器的传热、提高其节能水平。

与最高效的常规换热器相比，空调器的微通道换热效率可望提高20％～30％L3J。在这方面，全球几大散热器生产厂家如Delphi，Aluventa和Danfoss经开始将微通道散热器推广应用于家用空调如多联机、户式中央空调，这将使产品拥有巨大的竞争力。我国阳江宝马利、江苏康泰也在紧跟全球换热器发展步伐，已开发出多种微通道家用空调散热器。

3、塑料换热器

塑料换热器是以小直径塑料软管作为传热组件的换热器。常用的塑料有聚四氟乙烯（F4）、聚全氟代乙丙烯（F46）、可熔性聚四氟乙烯（PFA）、聚丙烯或聚乙烯。塑料换热器主要用于工作压力为0.2~0.4MPa﹑工作温度在-200～200℃之间的各种强腐蚀性介质的换热﹐如硫酸﹑腐蚀性极强的氯化物溶液﹑醋酸和苛性介质的冷却或加热。

塑料换热器的结构有管壳式换热器和沉浸式换热器两种型式。它们的主要部分都是由许多小直径薄壁的塑料传热软管组成的管束。常用的管子规格有多种﹐外径×壁厚分别为3～12mm×0.3～1.0mm。管束包含有60～5000根管子﹐两端各用聚四氟乙烯卷带互相隔开。管束插在一环中﹐焊成整体蜂窝状管板。塑料换热器的其它部件与常见的﹑用金属管作为传热组件的管壳式换热器和沉浸式换热器略同。

塑料的化学性能极稳定﹐抗蚀性能尤好。塑料管壁表面光滑﹐并且有适度的挠性﹐使用时微有振动﹐故不易结垢。塑料换热器体积小﹐结构紧凑﹐设备单位体积内传热面积为金属管的管壳式换热器的4倍多。挠性的塑料管能在流体的冲击和振动中安全工作﹐管束可按需要制成各种特殊形状。塑料的导热系数低﹐力学性能较金属差﹐不耐高温。采用小直径﹑薄管壁﹐虽对导热系数和力学性能有所补偿﹐但仍只能用于较低压力和较低温度的场合。

塑料换热器的生产制作已越来越成熟，且广泛应用于化工、医药、酸洗等腐蚀性行业。

4、低温换热器

低温换热器的一些特点：

（1）要求换热效率高，温差小;

（2）流动阻力；

（3）尺寸与重量

例如：在工质为氮的单级焦耳-汤姆逊液化循环中，当高压压力为1.96x107Pa，低压压力为9.8x104Pa，换热器的效率低于85.5%时，液化率就等于零。低温换热器中换热不完全的冷损需要冷量来补偿，随着低温设备工作温度的进一步降低，为获得此温度水平冷量花的代价越大，即冷量的价值越大，所以低温换热器的工作温度越低，对它的要求越高。低温换热器的传热多在小温差下进行，传热温差越小，换热不可逆损失也越小。

例如，在氦液化设备中，某些低温换热器当其热端温差超过0.5K时，液化设备就无法正常运行。

由于小的传热温差，要传递一定的热量，势必要增加传热面积，或采用更高的流速，加上低温换热器对流动阻力、尺寸与重量的要求，使得低温换热器的设计处于错综复杂，相互矛盾的要求之中。