新型高效換熱器發展現狀和研究方向

胡開豐

摘 要：近年來，換熱器在石油、化工、制藥等領域得到了廣泛的應用，在國內外能源危機嚴峻的今天，現代化的新工藝、新材料、新技術的發展是必然的發展趨勢。強化傳熱技術等新技術為能源的開發和高效利用發揮重要的作用，換熱器是眾多行業中應用廣泛的單元設備，與國外發達國家相比，我國新型換熱器的開發較為落后，因此，如何將強工藝技術的研究，提升我國換熱器技術水平是值得研究的問題。本文主要探討了新型高效換熱器發展現狀，并對未來的發展趨勢和研究方向做出了簡單論述。

關鍵詞：新型；高效換熱器；現狀；研究方向

上世紀七十年代的世界性能源危機為傳熱強化技術的發展起了重要的推動作用，多年來，高效換熱器的開發和研究始終是人們關注的課題。在經濟高速發展的今天，能源和環境問題日益嚴峻，換熱器在趨于大型化的同時，向低溫差設計和低壓損失設計方向發展，新型高效換熱器的研究和開發已經成為國內外關注的問題。

1.國內外幾種新型高效換熱器

1.1板式換熱器

板式換熱器以其輕便、小巧、效率高、易清洗等優點在食品、化工、醫藥等行業的應用十分廣泛，隨著技術的不斷創新，板式換熱器的結構得到了不斷的改進，性能大大提高，傳熱系數高達3500-7500w/m2·k；換熱器逐漸向單片面積大型化發展，換熱面積不斷增大；通過設計不同的板片波形角，擴大了板式換熱器的應用范圍；用于制作板片的材料多樣化，許多新型材料如高鉻鎳合金、蒙乃爾、哈氏合金等都可用于制作板片。

1.2 Packinox換熱器

Packinox換熱器由法國Donges煉油廠投入運行，它屬于板式換熱器的一種，主要由壓力容器外殼和傳熱板束兩部分組成，其所有部件都是焊接而成但是不存在密封圈。操作過程的介質壓力由Packinox換熱器的容器外殼承受，板間交叉波紋頂端觸點用來支撐冷熱介質的壓力差。換熱過程中，處于湍流狀態的流體在保持高的傳熱效率和高剪切力同時，又可以有效阻止板面上污垢的形成。

1.3螺旋折流板換熱器

螺旋折流板換熱器是由美國ABB公司提出并研發而成的，所用材料一般為碳鋼、不銹鋼、鈦和鈦合金等，國外螺旋折流板換熱器結構多位為可拆式，我國螺旋折流板換熱器多設計成不可拆式。它是在螺旋折流系統中安裝圓截面的特制板，兩端通道端面密封不用圓鋼結構，相鄰折流板周邊相連接，與外圓形成連續螺旋狀，殼程流體的流動方向與折流板間存在一定的夾角，因而殼程流體做螺旋運動。

1.4焊接式板式換熱器

焊接式板式換熱器可以擺脫由于墊片材料耐溫、耐腐蝕、耐壓方面的限制。焊接式板式換熱器可分為全焊式和半焊式，它以焊接結構代替了橡膠墊密封。德國和日本合作研制而成的BAV.MRIA混合焊接板式換熱器操作壓力高達6MPa，而且其具有較大的換熱面積。

1.5塊式換熱器

塊式換熱器最早源于德國的Hoeehst Ceram公司，塊式換熱器的塊式元件是由極薄的片狀材料層疊在一起，再通過熱導率極高的陶瓷材料將其燒結成一個整體。此種換熱器具有耐高溫、抗氧化、抗腐蝕等優點，在超高溫和強腐蝕環境下工作，而且可以在冷卻攻擊的情況下進行操作，因而塊式換熱器具有廣泛的應用空間和良好的發展前景。

1.6整體翅片式換熱器

將整體翅片固定于管束上作為翅片式換熱器芯子，多應用在空調、制冷汽車的整體翅片換熱器、散熱器。由于錫焊和釬焊價格昂貴，所以通常用套脹代替，通過一定的手段將其與管板連接在一起形成管內流道，在管外空間可采用金屬焊接形成密封管道。翅片分為多種類型，平直翅片、波紋翅片及間斷式翅片是較為常用的翅片。為了增大翅片與管子之間的接觸面積，利用沖壓模具在翅片上沖制出單翻邊或雙翻邊的翅片孔，使翅片間留有一定的間距。此外，要注意控制好雙翻邊的剛度，以免在脹管時出現脹裂情況。

2.新型高效換熱器未來的發展趨勢和研究方向

2.1計算流體力學（CFD）和模型化設計的應用

計算機軟硬件的迅速發展，為計算流體力學（CFD）和模型化設計的應用奠定了技術基礎。為了更好的分析研究換熱器熱氣流，可對換熱器中復雜的流動過程進行定量的仿真模仿，此外還可以實現分子水平的輻射傳熱、多相流和稠液流的機理仿真模擬，未來致力于對細微機理的模擬和理解。CFD是換熱器性能檢驗和評價的有效方法，今后的換熱器模型設計中，CFD分析結果和模型試驗數據將作為換熱器精確設計的依據。

2.2非金屬材料的應用

與金屬材料相比，非金屬材料在換熱器中的應用具有一定的優越性，也是未來的發展方向。例如石墨的導電、導熱性能優越，而且化學穩定性搶，具備良好的機械加工性；氟塑料成本較低，具有極強的抗腐蝕性；陶瓷材料耐高溫、抗腐蝕，例如復合材料陶瓷玻璃，以其優越的性能已經用于制作換熱產品

2.3用于整體裝置設計的數據庫技術

以往的整體裝置設計是通過設計說明書互相聯系完成的，為了簡化設計過程，用于整體裝置的數據庫技術逐漸發展起來，使原本復雜的任務變得簡單易行。數據庫系統可以將不同類型的設計應用軟件形成一個有機的整體，在得到設計數據之前，設計者只需要在應用軟件中輸入相關參數即可，得到的數據會反饋到數據庫中。未來的整體裝置設計中，手工計算設計方法必將會被數據庫技術所取代。

2.4換熱器強化傳熱技術的發展

換熱器強化傳熱技術的發展為換熱器性能的改進和提升做出了重要貢獻，此項技術增強了換熱器的環保效果，有利于能源的開發和高效利用。未來的換熱器強化傳熱技術必將向殼程傳熱強化與強化傳熱管優化組合方向發展。

2.5傳熱促進技術的發展

低翅片管、空管、帶齒管的普遍應用推動了傳熱促進技術的新發展，在對流、凝縮、沸騰熱傳導的促進技術中產生廣受矚目的EHD效果，在絕緣性優越的流體氣液界面上，如果外加高電壓的電極接近時，液體被電極吸引，由于氣液界面的不安定，所以液柱在液面上產生突起現象，此技術能夠通過適當調節附加能量來控制促進量。

3.結束語

高效、低耗、性能優越的新型換熱器是推進我國節能事業發展的主要動力，在我國，新型高效換熱器的實際推廣和應用水平與國外發達國家存在一定的差距，因此需要在制造工藝方面加大研究力度，不斷探索新技術和新產品，努力趕上國際先進水平。

參考文獻：

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[2]矯明，徐宏，等.新型高效換熱器發展現狀及研究方向[J].化工設計通訊，2007，（33）3.