• 在流动液体中加入气体或固体颗粒、在气体中喷入液体或
加入固体颗料,都可起到强化单相流体强制换热的作用。这 些强化传热的方法统称为添加剂法。添加剂用于强化液体 传热效果并不显著,在水流中加入氮气的试验,发现传热系 数仅增大了50 %;在油中加入聚苯乙烯小球的试验也只是使 换热系数增大了40 %左右。 • 对空气中喷入液滴时的传热工况进行的研究表明 ,如 能在换热面上形成连续液膜,则换热系数最多可增加30倍。 • 在气体中加入少量固体颗粒可以强化气体侧的传热。 固体颗粒随气体一起流动,可以减薄热阻最大的边界层厚度 。添加剂强化技术的研究,英国、美国居领先地位。
◎实现热量由热流体传给冷流体的设备称之为换热器。 ◎换热器的重要性：在工业部门广泛应用的一种通用设备，以电厂为例， 如果把锅炉也算作换热设备，再加上冷凝器，除氧器，高低压加热器等 设备，换热器的投资约占电厂的70%。在炼油企业四分之一的设备投资 适用于各种换热器；换热器的重量占总设备重量的20%。在制冷设备中， 蒸发器、冷凝器的重量也要占整个机组的30~40%
有两种振动法，一种是使换热面振动，一种是使流体 脉动或振动，这两种方法均可强化传热。 换热面的振动
对于自然对流，实验证明，对静止流体中的水平加热圆柱
体振动，当振动强度达到临界值时，可以强化自然对流换 热系数（未达到前换热系数不变）。实验还证明圆柱体垂 直振动比水平振动效果好。 对于强制对流，许多研究者证明，根据振动强度和振动系 统的不同，换热系数比不振时可增大20%~400%。值得注 意的是，强制对流时换热面的振动有时会造成局部地区的 压力降低到液体的饱和压力，从而有产生汽蚀的危险。
辐射换热及其强化
• 利用辐射板增强高温通道内的传热。 • 例如在高温气冷管中插入一块沿轴向放置的高粗糙度烧结 板，烧结板接近黑体，几乎可以完全吸收来自高温管壁的 辐射能，使板温迅速升高，而且还由于它是粗糙壁面，对 流换热系数很高，即使 板面温度略低于管壁温 度，也能使高温壁面的 输热量增加一倍左右， 但压降将增加４倍左右
导热及其强化
• 傅里叶定律
dt A dx
t (x / A)
• 面积热阻
x
• 导热热阻

• 强化导热方法一：使用导热系数较高的材料作 为导热介质。纯银、纯铜、纯铝等。
x A
强化导热方法一：使用导热系数较高的材料作为导热
介质。纯银、纯铜、纯铝等。


强化导热方法二：减小接触热阻
有相变的传热过程的强化
二 、沸腾强化传热 核沸腾传热的强化有三种基本方法： 降低表面的润湿性 应用带有凹陷形的核化空穴的传热表面； 形成小通道内的液膜蒸发。
沸腾强化传热措施：
◎表面多孔管，烧结型、电镀型、化学腐蚀和机械加工型； ◎T形翅片管或Y形管，机加工管型； ◎整体内螺旋翅片管，强化管内沸腾传热的机加工管型； ◎椭圆管用于强化降膜蒸发器的传热； ◎管内加金属丝网强化管内沸腾传热。
Pr
1/ 3
外掠平板
1/ 3
圆管中流动
Nu C Re
m
横掠管束
对流换热及其强化

通过平壁的传热
K
1 1 h1 h2
1
在 h1 h2 时，当增大 h1 ， K值增加很快，直至变成 等于h2 ； 在 h1 h2 时，当增大 h1 ， K值增加的速度很慢，进 一步增加 h1 ，K值几乎不 变。
时其效果并不十分显著。
在流动液体中加入气体或固体颗粒，在气体中喷入液体或 固体颗粒以强化传热是此法的特点。
在流体中添加固体想变材料（PCM），当流体温度升高并
达到相变材料的熔点时即开始融化，添加剂相变材料融化
后的潜热使得传热得以强化
在静止的液体中加入气泡，所发生的现象类似于换热面上
的核态沸腾工况，由于气泡的扰动作用使得换热面上的液 体产生扰动，从而强化传热
传热技术
有功强化(亦 称主动式强化) 传热技术包括: 机械强化法, 振动、电场、 磁场、光照射、 喷射冲击等。
有功强化(亦称 主动式强化)传 热技术包括:机 械强化法,振动、 电场、磁场、光 照射、喷射冲击 等。

有相变的传热过程的强化
一、冷凝过程
膜状冷凝：冷凝液在壁面上形成一层连续 不断的液膜。在重力的作用下，液膜不断地沿 壁面流动，通过液膜传递给壁面，传热热阻主 要集中在冷凝液膜上。
导热
对流换热 辐射换热
大家可以思 考一下，在 实际应用中， 针对这三种 换热方式都 有哪些强化 技术？
导热及其强化
导热现象发生时，物体内部的热量会从温度较高的部
分传递到温度较低的部分，温度较高的物体会把热量 传递给与之接触的温度较低的另一物体。 固体、液体、气体内部或之间都可能发生导热现象。
强化冷凝传热：减薄或消除冷凝液膜；疏 导冷凝液膜迅速流开壁面；减小冷凝传热热阻 等等。
冷凝传热强化

传热系数:珠状冷凝＞＞膜状冷凝
滴状冷凝:冷凝液不能润湿壁面，只能在壁面上形成液珠。 液珠长大后，受重力的作用不断地携带着沿途的其他液珠 沿壁面流下。与此同时，新的液珠又会在原来的途径上重 新复生。
实现滴状冷凝的途径有： 在金属表面涂上憎水基有 机化合物涂层；金属硫化 物涂层；贵金属涂层；高 分子聚合物涂层；往蒸汽 中注入不润湿性介质等。
辐射换热及其强化
小结
• • • • • •
1）表面粗糙化及形成氧化膜。 2）通道流体内加入固体微粒。 3）使用光谱选择性辐射表面。 4）通道内设置辐射板。 5）炉膛中中设置多孔体。 6）散热表面加装辐射翅片。
Q kFT
式中
强化传热的原则
K— 传热系数； F— 换热面积； △T—平均传热温差。 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。 当今换热器的发展以计算流体力学、 模型化技术、强化传热技术及新型换热器 开发而形成了一个高技术体系。
可以得出：强化换热，减小热阻 R 较大一侧（hA较小一侧）的热阻， 强化换热的效果最好。
对流换热及其强化

对流强化的方式：增大换热面积，各种延展面 积的应用;增大流动的紊流程度，从而增大对 流换热系数.
t fi t fo 1 1 hi Ai Ai ho o Ao
o ( A1 f A2 ) / Ao
接触热阻：两个固体之间发生导热时，由于两固体表面实 际接触面积不大以及两者之间气体层的的导热系数很低， 因此在两固体表面之间将产生接触热阻。 当热流密度不高时，可以略去接触热阻；但当热流密 度很高时，则接触热阻必须考虑。
• 降低接触热阻的方法：
1.提高接触表面光洁度或增加物体间的接触压力， 以增加接触面积； 2.在接触面之间充填导热系数较高的气体（如氦气）； 3.在接触表面上用电化学方法添加软金属涂层或加软 金属垫片。
概述
只要存在着温度差，热量就会自发地由 高温传向低温，因此传热过程是自然界最基 本的物理过程之一。它广泛见诸如动力、化 工、冶金、航天、空调、制冷、机械、轻纺、 建筑等部门。大致单机功率为130万kw的汽 轮发电机组，小至微电子器件的冷却都与传 热过程密切相关。
热传递过程可以分为导热、对流换热、辐射换热三种基本方式， 它们各自有不同的传热规律，实际中遇到的问题都常常是几种 传热方式共同作用。

在高温设备中，辐射换热是换热的主要形式。比如 在锅炉炉膛、工业窑炉、燃烧室和发动机等高温能 源转换系统中，辐射换热占有主导地位。
E Eb T (W / m )
4 2
可见，想要强化辐射换热，可以增大物质表面的发 射率
Eb T (W / m )
4 2
辐射换热及其强化
表面粗糙化及氧化膜：
• 这种强化技术主要用于单相流体管内强制对流换热,使
管内流体发生旋转运动。流体发生旋转可使贴近壁面 的流体速度增加,同时还改变了流体的流动结构,加速了 边界层流体的拢动及边界层流体和主流流体的混合,强 化传热过程。 • 在实际应用中,能使流体旋转且在工艺上可行的方 法有:在管内插入各种可使流体旋转的插入物,诸如扭带 、错开扭带、静态混合器、螺旋片及金属线圈等;在换 热管内壁上开设内螺纹;采用滚压成型的螺旋槽管及内 肋管等。美国在这方面的研究处于领先地位。
电子产品散热：导热（+电绝缘）。导热胶粘剂，特别适合于不规则形状界 面。
对流换热及其强化
对流：由于流体的宏观运动，使流体各部 分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混， 从而引起的热量传递过程称为对流换热。 分为自然对流和强迫对流。

Nu 0.664 Re
Nu C Re Pr
n
1/ 2
对流换热及其强化
辐射换热： 0K以上物体都具有发射辐射能的能力； 波长由短到长依红外线，无线电波； 同温下黑体的辐射能力最大。
太阳辐次 • 组成银河系的有大约两千亿颗恒星 ，而太阳只是其中中等大小的一颗 ； • 太阳已的年龄有五十亿岁，正处在 它一生中的中年时期； • 地球上所有生物的生长都直接或间 接地需要它所提供的光和热。


高吸收率热辐射强化剂的节能效果，主要表现在通过锅 炉内各处烟气与水冷受热面之间的辐射换热效率的提高。 强化热源与受热面之间的辐射热交换，提高炉膛热效率 和出力，减少热能损失，达到节约能源的目的。
PW-XS型多功能热吸收强化剂：是一种无毒无味、 不脱落、抗急冷急热、防氧化的高科技涂料，它喷涂于 锅炉火管内壁、水管外壁。 目前在电站锅炉、工业锅炉、民用锅炉等领域得到 了广泛的应用，节能效果十分显著，其中在燃煤锅炉上 使用时节能率达到了4－8％，在燃气、油锅炉上使用时 节能率达到了5－10％
采用机械搅拌法强化容器中的对流换热 采用振动方法强化单相流体对流换热 采用添加剂法强化单相流体对流换热 采用抽压法强化单相流体对流换热 采用复合强化传热方法强化单相流体对流换热