换热器的发展概况
换热器作为一种传热设备，被广泛地应用于炼油、化工、轻上、油田输油加热、城市的集中供暖等领域。特别是从70年代以来，由于世界各国对能源危机的逐渐认识，对换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究从未间断过，各国科技工作者纷纷寻找节约能源的途径，其中换热器以及换热元件的研究、开发越来越受到人们的重视。尤其是电子计算机的应用，不仅节省了大量的人力、物力，提高了效率，而且可以进行最优设计与控制，使其达到最佳技术经济性能。
随着科学技术的不断发展，适用于各种工况的不同结构的换热器应运而生，而在换热设备中应用最为广泛的是管壳式换热器，它比较容易清洗，易损件答易更换，特别的结构型式允许这种换热器满足几乎所有的场合，包括特别低和恃别高的压力和温度、大的温差、蒸发与凝结以及严重污染和具有腐蚀性流体的情况。然而，这种换热器传热系数较低，因而决定了其体积很大。同时，这种换热器易堵易结垢，清洗、维护工作量较大。60年代后期，我国独创制成了一种新型高效的伞板式换热器，它不仅具有一般板式换热器的特点（结构紧凑重量轻、传热系数大等），而且还具有螺旋通道兼有螺旋板换热器的一些特点（减少污垢沉积，不易结垢）。近年来，由于铝及铝合金钎焊技术的不断完善，促使另一种高效紧凑式的新型换热器，即板翅式换热器得到广泛地应用。但这几种换热器都具有自身的局限性，不能用于大流量、高温高压以及有严重污垢和腐蚀的场合，因而在石油、化工等重要领域的应用还很少。最近加多年，热管技术的不断完善，使得热管换热器在工业生产上的应用得到迅猛发展，然而其制造工艺比较复杂，因而在一定程度上限制了它在工业领域的大量应用。
近几年来，波纹管换热器的出现，标志着一场换热领域变革的到来。它是弹性力学与传热学两大技术学科较完善的结合，是管壳式换热器的一次深刻的革命。它是在原有传统管壳式换热器结构的基础上，用带有波纹的换热管取代了传统换热器中的光管，使流体在管内、管外形成充分强化的湍流，从而达到强化传热的目的。它继承了管壳式换热器坚固耐用、安全可靠等恃点，可用干几乎所有的场合，同时又克服了其换热能力差，易堵易结垢等缺点。与其它类型换热器相比，其综合性能指标处于领先水平。
波纹管换热器强化传热机理
根据传热学知道，要增加换热设备所传递的热量有三条途径：提高传热系数；增大换热面积；增大对数平均温差。
增大对数平均温差，这与流体流经换热器前后的工况有关。近年来，用热力学第二定律分析换热器的工作情况知道，要尽量减少换热器的㶲值，这样一来，非但不能增加对数平均温差，有时还要设法减小对数平均温差以降低拥值，如若一味地选择高对数平均温差，势必会导致能耗的大幅度增加，这是不可取的途径。
在同样的条件下，随着换热面积的增加，换热量也随之增加。对一个换热系统来说，从经济效果来看，在一定限度内增大换热面积是有利的：但一味地增加换热面积，又会造成设备体积的庞大，成本的大幅度增加。因此，单纯增加换热面积，有时是得不偿失的，应综合权衡其利弊。
长期以来，提高设备的传热系数一直是各国研究的方向。要想提高传热系数,必须使管内外的流体的换热系数相匹配，才能使传热系数大幅度增加。另外，降低换热管内外表面的结垢程度，减小换热管的壁厚，都可以使传热系数得到不同程度地提高。而管内外的换热系数以及污垢系数又与换热管的传热表面有很大关系，因此提高传热系数的研究方向之一是研制、开发新型高效的换热元件—波纹换热管，由它组成的换热器称为波纹管换热器。工作时，流体在波纹管内、外不停地流动，流体的速度不断地变化，形成对换热管管壁的“冲刷”作用，因此，“撕裂”边界层，使换热管内外表面的传热均得到明显地增强。
波纹管换热器有如下主要待点：
传热系数高
由于流体在管内外形成充分强化的湍流，因而传热系数大大提高。
抗污垢作用
由于流体不断改变方向而“冲刷”壁面，因而沉积物质不易在壁面停留。
另外，该元件的截面呈大波纹形，耐压能力大大提高。因此可以采用薄壁的不锈钢材料，防腐能力也大大增强。同时又由于具有波纹，加之波纹的“热胀冷缩”作用，使垢层产生裂纹而脱落，随着流体的“冲刷”作用而“洁净”了管壁。因此，波纹管换热器能够保持连续而稳定的高效换热性能。
总之，用波纹管作为换热元件，实现了强化传热。波纹管换热器的传热系数比原管壳式换热器提高了很多，由于管壁很薄，其外径与内径之比近似为1。
波纹管换热器与其它类型换热器的比较
波纹管换热器的主要元件（波纹换热管）的换热系数在相同雷诺数下远高于光滑管，这说明采用波纹管换热器在相同换热量下可减少换热面积。由于波纹管具有很高的换热系数，因此不必采用很高的流速，这样可以降低波纹管换热器的阻力，减少换热器附属设备投资，同时也可以降低换热器的运行费用。波纹管换热器的传热系数，在相同的流速下，是管壳式换热器的二倍以上。从综合效果而言，波纹管换热器优于其它类型换热器。
1/19/2011
|
