对流换热系数(对流换热系数单位)

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对流换热系数(对流换热系数单位)

改变流体的流动

(1)增加流量

提高流速可以改变流动状态，改善湍流脉动程度。例如，管壳式换热器中管程和壳程的分离是提高流速、增加流程长度和扰动的措施之一。提高湍流管中的流速可以获得显著的强化传热效果，但应该注意的是，提高流速也受到各种因素的限制。因此，在设计或实际使用中应权衡各种因素，选择较好的流量或流体输送机械允许的流量。

(2)喷射冲击

这是一种使流体通过圆形或狭缝喷嘴直接喷射到固体表面进行冷却或加热的方法。由于流体直接冲击固体壁面，流动较短，边界层较薄，因此对流换热系数显著增加。当液体射流冲击受热面时，如果热流密度高到足以产生沸腾，则成为两相射流冲击传热。实验表明，不仅可以提高沸腾传热系数，而且可以延迟燃点，显著提高临界热流值。

(3)添加插页

各种类型的插入物，如金属丝、金属螺旋环、盘形构件、绞铁、翅膀等。，可置于管内或管外，既能增强扰动，又能破坏流动边界层，增加传热。比如在管内插入由细金属条扭曲而成的扭曲铁扰流器，使流体形成强烈的旋转流动，强化换热。如果插入时能与管壁紧密接触，仍能起到翅片的作用，扩大传热面。大量实验研究表明，插入物的加入可以显著强化强制对流换热，但也会造成流阻增大、通道易堵塞、结垢等操作问题。使用插入件时，应遵循管道的全过程，以保持全过程的强化传热。此外，在选择插入件的形式时，应考虑以小阻力强化传热。

(4)增加旋流装置

旋转流动的离心力会使流体产生二次循环，从而强化传热。上面提到的一些插入物，如绞铁和金属螺旋线，除了自身的特性外，也能产生旋转流动。这里要提到的是一些专门产生旋转流动的元件或装置。例如，涡流发生器可以使流体在一定压力下沿切线方向进入管内作剧烈的旋转运动。研究表明，涡流强化传热的程度与雷诺数有关。在一定的热源温度下，对流换热系数随着re值的增大而增大，会达到某一最大值后减小。在应用中，应控制实际Re值接近对流换热系数最大时的临界Re值，以充分利用旋转流的作用。除了流体旋转，还存在传热表面旋转的情况。管道绕不同轴线旋转时，其离心力、剪应力、重力和浮力产生的二次循环可以促进传热。管道旋转对层流放热的强化作用明显，但湍流时效果不明显。过冷沸腾和大空间沸腾实验表明，螺旋斜面和切槽涡流发生器可以提高沸腾传热系数或临界热负荷。

(5)依靠外部能源。

一般来说，有三种措施:①用机械或电气方法振动传热面或流体或用搅拌使流体混合良好。实验表明，振动对自由流传热和强迫流传热都有一定的影响。对沸腾传热的影响不明显，但当流体振动时，对于剧烈的大空间沸腾，临界热负荷可显著提高。这种方法在大型换热器的实际应用中有一定的困难。应用广泛，特别是对于高粘度流体，利用机械传动带动搅拌器，通过良好的流体混合来强化对流传热，效果明显。(2)对流体施加声波或超声波，使其交替压缩和膨胀，以增加脉动，强化传热。各种研究者的实验结果表明，对于液体或气体，只有当它们在管道中处于层流或过渡流时，声波效应才更明显。它对大空间内的气泡沸腾传热影响不大，但显著改善了过渡沸腾或膜状沸腾的传热。对冷凝传热和自由流动传热有一定的影响。在声波强化措施的实际应用中，应注意解决如何有效地将声振动或超声波振动传入换热器的问题。③电磁场。对参与传热的流体施加高电压，形成一个不均匀的径向电场，可以引起传热面附近介电流体的混合，从而强化对流传热。实验结果表明，自由流动传热、膜态沸腾传热和冷凝传热的强化效果显著。如果在流体中混入磁粉，即使在较大的Re数下，磁场也能强化传热。比如在水或油中加入磁粉，在磁场的作用下可以提高传热系数50%以上。

改变交流电的物理性质

流体的物性对对流换热系数影响较大，导热系数和体积比热较高的流体换热系数也较大。比如冷却设备中水冷的体积可以比风冷小很多，因为空气与壁面之间的α值在1 ~ 60w/(m2·℃)，而水与壁面之间的α值在200 ~ 12000 w/(m2·℃)。另一种改变流体某些性质的方法是在流体中加入一些添加剂，这是近二三十年来形成的添加剂强化传热研究的新课题。添加剂可以是固体，也可以是液体，与换热流体结合形成气-固、液-固、汽-液、液-液混流系统。

改变热交换表面条件

换热表面的性质、形状和尺寸对对流传热系数有很大影响，通常可通过以下方法强化传热:

(1)增加墙面粗糙度

增加壁面粗糙度不仅有利于管内的强制流动传热，而且有利于沸腾和冷凝传热以及管外的强制流动传热。在不同的流动和传热条件下，相同的粗糙度对传热的影响不同。粗糙度的增加也会带来流动阻力的增加，在工业应用中应该考虑这一点。

(2)改变热交换表面的形状和尺寸

为了增加对流传热系数，也可以采用各种异形管和槽面，如椭圆管、螺旋管、波纹管、变截面管和纵向槽管等。相同截面积下，椭圆管的当量直径小于圆管，因此传热系数大。除其他异形管传热面积略有增加外，由于表面形状的变化，流体在流动中方向和速度会不断变化，使湍流程度加强，边界层厚度减小，因此可以强化传热。对于低肋螺纹管，还可以减少冷凝传热时的冷凝膜，对有机工质(氟利昂等)的冷凝非常有利。).在低肋管基础上发展起来的微肋管更有利于氟利昂等低沸点有机介质的冷凝传热，如日本的C管和我国的DAC管。对于垂直冷凝，如果采用纵向槽管，由于液体的表面张力，波峰处的冷凝液会被拉入槽中，在波峰处形成极薄的冷凝液膜，槽将冷凝液排出，因此冷凝传热得到加强。

(3)改善表面结构

烧结、EDM或切割金属管以在管的表面上形成薄的多孔金属层可以增强沸腾和冷凝传热。如:美国沸腾传热用高热流管，日本E管，德国T管，中国DAE管。此外，如果将多孔物体放置在沸腾传热液体中的加热表面上，则蒸汽通过该多孔加热表面被连续移除，即所谓的“抽吸”方法，从而改善膜沸腾传热。

(4)表面涂层

冷凝传热时，可在传热表面涂覆一层表面张力低的材料，如聚四氟乙烯，引起珠状冷凝，有利于增加传热系数。对于沸腾传热，根据被加热液体的物理性质，可以在受热面上涂上某种物质的薄膜，使其成为不润湿的表面，这样可以明显提高沸腾传热系数。在太阳能的利用中，在集热器的吸热表面涂上一层薄薄的选择性物质，以提高其对太阳光的吸收率，降低其发射率，从而增强其对辐射热的吸收，减少其损失。