热传递和热交换的区别(各类换热器与强化换热简述)

换热方式分类：

直接接触式换热；蓄热式换热；间壁式换热；中间载热体式换热。

直接接触式换热器：两种不同温度的流体直接接触，相互混和传递热量。特点是结构简单，传热效率高。

适于两种流体允许混和的场合。如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。

蓄热式换热器：当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。适于高温气体热量的回收或冷却。如回转式空气预热器。

间壁式换热器：所谓间壁式换热器是指两种温度不同的流体在固定壁面相隔的空间内流动，通过两侧流体与避免的对流换热及避免的导热而进行的热量传递的换热器。参与换热的两种流体不会混合，传递过程连续而稳定的进行。

如各种管壳式、板式结构的换热器。

按传热面形状和结构分：

管式换热器：通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。

结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高操作压力和温度。在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。

换热效率、结构紧凑性、单位传热面积的金属消耗等方面不如其他新型换热器。

板式换热器：通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。

特殊形式换热器：根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管、同流式换热器等。

蛇管式换热器：

a.沉浸式蛇管

结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大流体介质压力。

管外流体流速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。

常用于高压流体冷却、反应器的传热元件，容器加热。

b.喷淋式蛇管

套管式换热器：

结构简单，适应广，传热面弹性大；

两侧流体均可提高流速，两侧传热系数高。

金属消耗大，检修、清洗和拆卸较麻烦，可拆连接处易泄漏。一般用于高温、高压、小流量流体和所需传热面积不大的场合。

缠绕管式换热器：

适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内介质操作压力较高的场合，如制氧等低温过程中使用的换热设备等。

管壳式换热器：

固定管板式；浮头式；U形管式；填料函式；釜式重沸器。

管壳式换热器：

结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本较低、选用材料范围广、换热表面清洗较方便、可用于高温和高压。

传热效率、结构紧凑性及单位换热面积所需金属消耗量等方面均不如一些新型高效紧凑式换热器。

固定管板式换热器：

优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。

缺点：当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。

应用：适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。

浮头式：

优点：管间和管内清洗方便，不会产生热应力。

缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。

应用：壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。

U形管式换热器：

优点：结构比较简单、价格便宜，承压能力强。

缺点：壳程流体易短路，传热不利。当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。

应用：管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要应用 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。

釜式重沸器：

优点：与浮头式、U形管式换热器一样，清洗维修方便；可处理不清洁、易结垢介质，能承受高温、高压（无温差应力）。

缺点：占用空间较大。

应用：一般只用于重沸器。

板面式换热器：

其结构特点可强化传热；采用板材制作，大规模生产时，可降低设备成本；耐压性能比管式换热器差。

螺旋板式换热器：

传热面积大，传热效率高，易制造，材料利用率高，自身冲刷不易结垢，可全逆流流动，传热温差小。

特别适合高粘度流体的加热或冷却、含有固体颗粒的悬浮液的换热。

板式换热器：

较低流速下即可达到湍流，具有较高的传热效率；

结构紧凑；使用灵活；清洗和维修方便；

能精确控制换热温度等；密封周边太长，不易密封，渗漏可能性大；承压能力低；

使用温度受密封垫片材料耐温性能限制，不宜过高；

流道狭窄，易堵塞，处理量小；流动阻力大。

板壳式换热器：

结构紧凑，单位体积包含换热面积较管壳式换热器增加70%；传热效率高，压力降小；

与板式换热器相比，由于没有密封垫片，较好解决了耐温、抗压与高效率之间的矛盾；容易清洗；

焊接技术要求高；常用于加热、冷却、蒸发、冷凝等过程。

板翅式换热器：

传热系数比管壳式换热器大3 ～10倍；

结构紧凑、轻巧，单位体积传热面积能达2500～4370m2/m3；（管壳式Φ1000×6000，347m2，74 m2/m3）

单位重量换热面积是管壳式换热器的十几倍到几十倍；适应性广，可作气-气、气-液和液-液的热交换；亦可作冷凝和蒸发，适用于多种不同的流体在同一设备中操作；

选用适当的材料，可用于0~1000K各种温度范围的热交换；铝制材质特别适用于低温或超低温的场合；

结构复杂，造价高，流道小，易堵塞，不易清洗，难以检修等。

换热器传热过程的强化

1.增大传热面积

方法：提高单位体积内的传热面积，采用小管径、板状换热表面，改变传热面形状等；

增大对流传热系数小的一侧的面积，如肋片管、波纹管、翅片管等，使换热器传热系数提高以及增加单位体积的传热面积，能收到高效紧凑的效果。

2.提高传热推动力Δtm

方法：平均温度差Δtm的大小主要取决于两流体的温度条件，常受到工艺条件的限制。但加热剂或冷却剂温度由于选择的不同，可以有很大的差别，如适当提高加热蒸汽压强，降低冷却水进口温度，确定适宜的出口温度等都可提高Δtm。

当两流体无相变化时，尽可能从结构上采用逆流或接近逆流的操作，可提高Δtm。

3.增大传热系数K

方法：降低污垢热阻：通过增大流速冲刷管壁防止污垢沉积，或采用阻垢剂等化学和机械方法来抑制污垢的生成速度，并注意及时清除等措施。

提高对流传热系数：特别是h小的一侧的对流传热系数，主要途径是增加湍动程度、减小层流底层的厚度。

具体措施是：

(1)提高流速，增大雷诺数。如增加列管式换热器中的管程数和在管外加装挡板；

(2)增加流动的扰动，减薄层流底层。如在异形管内流动或在管内设置添加物，采用波纹状或粗糙面等，使流动方向和大小不断改变等，都可提高对流传热强度；

(3)利用传热进口段换热较强的特征，采用短管换热器，利用机械或电的方法使传热面或流体产生振动，采用射流方法造成喷射传热面等。

国内外发展概况：

麻花扁管换热器：

由于管子结构独特的管程和壳程促进了湍流。该换热器的传热系数叫现有换热器提高40%，而压力降几乎相等。

特点：改进了传热，减少了污垢，真正逆流，无振动，节省空间，无折流元件，降低了成本。

凡可用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器替代，应用前景广阔。

Hitan绕丝花环换热器：

丝状花内插物,可使流体在低速下产生径向位移和螺旋流相叠加的三维复杂流动,可提高诱发湍流和增强沿温度梯度方向上的流体扰动,能在不增加阻力的条件下大大提高传热系数。

加强换热的常用方法：

横纹槽管：当管内流体流经横向环肋，管壁附近形成轴向游，增加了边界层的扰动，使边界层分离，有利于热量的传递。当游涡将要消失时流体又经过下一个横向环肋，因此不断产生涡流，保持了稳定的强化作用。

缩放管：使管内介质流动时，产生收缩和放大效应，使介质湍动程度增加，提高了管内介质的热交换能力，而且管内靠近管壁的介质沿管的轴向流动时，其方向和速度在波节处产生突变，形成局部湍流，使管壁处流体的滞留底层减薄，热阻降低，也使管外介质的传热能力提高。

波纹管：波纹管是以普通光滑换热管为基管，采用切削滚扎工艺使管内外表面金属塑性变形而成，双侧带有波纹的管型。波纹管管内被挤出凸肋，从而改变了管内壁滞流层的流动状态，减少了流体传热热阻，增强了传热效果。

表面T型翅片：

其他形式换热元件：

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