螺纹换热器高效原理

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1、SECESPOL高效换热理论依据传热现象是由温度差引起的能量转移，即以温度差为动力而产生的能量由高温向低温进行传递的过程称为传热。传热有三种基本方式，即热对流、热传导、热辐射，其中，热对流是流体各部分之间相对位移所引起的热传递，是传热效果最好的一种传热方式；热传导是由微观粒子热运动所引起的热传递；热辐射是由热产生的电磁波而进行的热传导（化工原理P200~P201）。这三种传热方式的传热效果是按照：热对流＞热传导＞热辐射，由高到低依次排列。在实际的化工应用中多采用热对流的传热方式进行，但是由于流体本身的流动特点，对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象

2、（化工原理P215）。以下将对影响对流传热效果的各个因素的基本原理进行说明，并针对SECESPOL螺旋螺纹管换热器与其它传统换热器进行对比。一、换热管的壁厚对传热的影响；不同物质单位温度梯度下的热通量，称为该物质的导热系数，它表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，与物质的组成、结构、密度、温度及压强有关系。不同状态物质的导热系数是基本按照金属固体＞非金属固体＞金属液体＞非金属液体＞气体的顺序从大到小排列（化工原理P206）。在间壁传热过程中，能量的传递速率是与传热面积和传热面两侧温差均成正比，并且还与物质本身的导热系数有关。对于单层平壁传热，导

3、热速率计算公式如下（化工原理P207）：Q=公式1其中：Q；导热速率，W；S：换热面积，㎡；λ：导热系数，W/m*℃；b：平均壁厚，m；t1、t2：两侧壁面温度，导热推动力，℃；对于传统平板式换热器，板片厚度对传热系数影响很大，厚度每减小0.1mm，对称型板式换热器的总传热系数约增加600W/（m2*K），非对称型约增加500W/（m2*K），换热器板间流道内介质平均流速以0.3～0.6m/s为宜，阻力以不大于100kPa为宜。（参考《提高板式换热器效能的优化设计》雷新义山西太原市热力公司）。由公式1可以看出，传热界面的导热系数与传热界面的壁厚成反比。

4、SECESPOL螺旋螺纹管换热器换热管束平均厚度为0.6mm，接近普通平板式换热器板片厚度0.8～1.2mm（化工设备设计全书·换热器设计P333），而传统管壳式换热器列管平均壁厚在2.0～2.5mm之间（化工原理P277），螺旋板换热器板厚2～4mm（化工原理P272），在同等材质及工况下，Secespol螺旋螺纹管换热器换热管壁的导热系数是其它传统换热器的1.3～7倍。二、液体流动状态对传热系数的影响；当流体流过固体壁面时，由于流体黏性的作用，使壁面附近的流体减速而形成流动边界层，边界层内存在速度梯度。当边界层内的流动处于滞流状态时，称为滞流边界层

5、；当边界层内的流动发展为湍流时，称为湍流边界层。但是，即使是湍流边界层靠近壁面处仍有一薄层（滞流内层）存在，在此薄层内流体呈滞流流动。滞流内层和湍流主体之间称为缓冲层。由于滞流内层中流体分层运动，相邻层间没有流体的宏观运动，因此在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导（实际上，在滞流流动时的传热总是要受到自然对流的影响，使传热加剧）。由于流体的导热系数较低，使滞流内层内的导热热阻很大，因此该层中温度差较大，即温度梯度较大。在湍流主体中，由于流体质点的剧烈混合并充满漩涡，因此湍流主体中温度差（温度梯度）极小，各处温度基本相同。在缓

6、冲层区，热对流和热传导的作用大致相同，在该层内温度发生缓慢的变化。图1表示冷热流体在壁面两侧的流动情况和与流体流动方向相垂直的某一截面上的流体温度分布情况。由上分析可知，对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象，对流传热的热阻主要集中在滞流内层，因此，减薄滞流内层的厚度是强化对于多层平壁热传导的总推动力为各层温度差之和，即总温度差，总热阻为各层热阻之和（化工原理P209），导热速率计算公式为：公式2Q=公式3其中：Q：导热速率，W；ΔTi：编号为i的间壁的两侧温差，℃；Ri：编号为i的间壁的热阻，℃/W，即：热阻==通过公式2和公式3可以看出，在同等

7、工况下，即保持间壁两侧温差、换热面积、材料导热系数等不变的前提下，导热速率与换热间壁壁厚及其两侧滞流内层厚度之和成反比，也就是说，若将换热间壁及其两侧滞流内层厚度同时减少一半，总导热速率则是原来的两倍。由于换热器内部介质流动状态复杂，无法采用公式准确计算滞流内层厚度与流速的关系，但是可以通过相关资料提供的经验公式进行类比推算。参考上述资料，在同等工况下，介质流速u对滞流边界层厚度δ的比例关系可以推算：δ∝，即边界层厚度平方与介质平均流速成反比。另外，上述公式是在平板换热壁面的基础上进行理论估算的，而对于非平板换热壁面，如平板式换热器板片、螺纹换热管及波

8、纹换热管等，换热壁面的几何形状干扰了平流层液体流动，最大可能地将流过壁面的流体强制湍流状态，并