作者:qiqi 日期:2012-04-03 点击数:次
1、使表面粗糙和对表面进行特殊处理
粗糙表面可使汽化核心数目大大增加,因此和光滑表面相比其沸腾换热强度可以提高许多倍。最简单的粗糙表面的办法是用砂纸打磨表面或者采用喷砂的方法。在使壁面粗糙度增加以强化沸腾换热时,应注意存在一极限的粗糙度,超过此之后,换热系数就不再随粗糙度的增加而增加。此外增加粗糙度并不能提高沸腾的临界热负荷。
工程上为增强沸腾换热应用最多的还是对表面进行特殊处理。特殊处理的目的是使表面形成许多理想的内凹穴,这些理想的内凹穴在低过热度时就会形成稳定的汽化核心;且内凹穴的颈口半径越大,形成气泡所需的过热度就越低。因此这些特殊处理过的表面能在低过热度时形成大量的汽泡,从而大大地强化了泡状沸腾过程。实验证明,表面多孔管的沸腾换热系数可提高2~10倍,此外界热负荷也相应得到提高。在相同热负荷下特殊处理过的表面温差也比普通表面低的多。
制造上述表面多孔管的方法很多,一种是在加热面上覆盖一层多孔覆盖层;另一种是对换热面进行机械加工以形成表面多孔管。
①.带金属覆盖层的表面多孔管
上世纪60年代末在美国首先出现用烧结法制成的带金属覆盖层的表面多孔管。除了烧结法外还可采用火焰喷涂法、电镀法等。一般来说烧结法的效果最好。作为覆盖层的材料有铜、铝、钢、不锈钢等。用烧结法制成的多孔管已在工业部门获得广泛的应用。这种多孔管一般可使沸腾换热系数提高4~10倍,从而推迟膜态沸腾的发生。
②.机械加工的表面多孔管
用机械加工方法可使换热表面形成整齐的“T”型凹沟槽。这种机械加工的表面多孔管亦能大大强化沸腾换热过程和提高临界热负荷值。对形状和尺寸不同的凹沟槽,沸腾换热系数可提高2~10倍。用机械加工的方法还可克服烧结法带来的表面孔层不均的缺点,且多孔层也不易阻塞。
2、采用扩展表面
用肋管代替光管可以增加沸腾换热系数。这一方面是肋管与光管相比除具有较大的换热面积外,还可以增加汽化核心;另外肋片和管子连接处受到液体润湿作用较差,是良好的吸附气体的场所;加之肋片与肋片之间的空间里的液体三面受热,易于过热。以上这些因素都促进了气泡的生长,一般换热系数可高10%左右。
对于管内强制沸腾换热,通常还采用内肋管或内外肋管。这些内肋片不但强化了沸腾换热过程,还强化了管内单相介质的对流换热。因此在制冷和化工中应用很广,其中应用的最多的是带星形嵌人式的内肋管,一般换热系数可提高50%左右。
3、应用添加剂
在液体中加人气体或另一种适当的液体亦可强化沸腾换热。例如在水中加人合适的添加剂(如各类聚合物),有时可使沸腾换热系数提高40%。值得注意的是,如液体和添加剂配合不当,反而会使换热系数降低。
在液体中加人固体颗粒,当颗粒层的高度恰当时亦可强化沸腾换热,有时沸腾换热系数甚至可以比无颗粒层时高2~3倍。
4、其他强化沸腾换热的方法
强化单相介质对流换热的流体旋转法对于强化管内沸腾亦非常有效,这时可以在管内插人扭带,螺旋片或螺旋线圈,亦可采用螺旋槽管或内螺纹管。它们不但能使换热系数提高(如扭带可提高10%~15%,螺旋槽管可提高50%~200%),还可提高临界热负荷。
5、凝结换热的强化
凝结是工业中普遍遇到的另一种相变换热过程,一般认为凝结换热系数很高,可以不必采用强化措施。但对氟里昂蒸汽或有机蒸汽而言,它们的凝结换热系数比水蒸气小得多。例如对氟里昂,其凝结换热系数仅为其另一侧水冷却换热系数的1/4~1/3。在这种情况下,强化凝结换热仍然是非常必要的。对空冷系统而言,由于竹外侧空气的肋化系数非常之高,强化竹内的水蒸气凝结换热也仍然是有利的。
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