微通道换热器的特性分析及应用
微通道换热器的特性分析及应用
苏尚美，张亚男，成方园
（山东大学能源与动力工程学院，山东 250002）
摘要：本文分析了微通道内流体的流动及换热特性，通过换热器火用效率的分析，发现微通道具有高传热系数、高表面积—体积比、低传热温差、低流动阻力等特点。微通道换热器火用效率高，性能优于常规换热器。本文还讨论了工质的选择、微通道结构的优化及加工方法，分析了微通道换热器的应用前景。
关键词：微通道；流动及换热；火用效率；结构
引言
2O世纪5O年代末，著名的物理学家Richard Feynman曾预言微型化是未来科学技术的发展方向。换热器作为化工过程机械的典型产品，是工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、核能、冶金、船舶、交通、制冷、食品及制药等工业部门及国防工程中。其材料及动力消耗占整个工艺设备的30％左右，在化工机械生产中占有重要的地位。如何提高换热器的紧凑度，以达到在单位体积上传递更多的热量，一直是换热器研究和发展应用的目标。器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步，也推动了更加高效、更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生。
1 微通道发展简史
所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元。当前关于微通道换热器的确切定义，比较通行、直观的分类是由Mehendale.s.s提出的按其水力当量直径的尺寸来划分。通常含有将水力当量直径小于1mm换热器称为微通道换热器。
早在二十世纪八十年代，美国学者Tuckerman和Pease报道了一种如图1所示的微通道（Micro-channel）换热结构。该结构有高导热系数的材料（如硅）构成，其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内，其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平，成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的“热障”问题。。随后Wu和Little、Pfahler等、Choi等都对通道中的单相流进行了分析和研究。用于两种流体热交换的微通道换热器于1985年由Swift研制出来，研究表明，其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十。美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O年代后期研制成功燃烧／气化一体化的微型装置以及微型热泵等。卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH)也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件，将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器。
图一微通道的基本结构
2 微通道中流体的流动特性
由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内，使它不仅涉及空间尺度的微小化，还涉及更为复杂的尺度效应。
2.1微尺度效应
对于气体单相流动，当通道直径当小于200 时，即努森数≥0.001时（其中为分子的平均自由程，为水力当量直径），流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响。
对于液体单相流动，当微通道直径为381 时，宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算。以矩形截面通道为例，微通道换热器的最高达到了9.20，而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应（表面效应）。
对于两相流，微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著，导致流型分布及转换准则发生变化。由于表面张力的影响，流动中不存在非球形泡沫。表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段，随
着混合程度的增加以及同壁面的接触角的增加，其影响程度在逐步减小。
2.2入口段效应
微电子器件尺寸一般都很小，集成在这些元件上的微通道长度也就很小。这样一来，在当量直径不太小的情况下，无量纲长度（）的取值就很小(0．089≤≤0．399)。当 =0.05时，流动趋于充分发展状态，可以计算得到流动入口段长度占总通道长度的百分比为12.5。入口段效应对工质流动的影响十分显著。
3微通道中流体的换热特性
微通道对流换热不同于宏观（指尺寸＞1mm）通道换热的机理。受通道形状、壁面粗糙度、流体品质、表面过热量、分子平均自由程与通道尺寸之比等众多因素的影响，微通道换热呈现出一些特殊的特点。
3.1 换热效率随热导率的变化趋势
根据径向热阻和器壁轴向热传导的影响,换热器效率随热导率的变化可分为3个区域:低热导率时,随热导率的增加,径向热阻的影响逐渐减弱,换热器效率增大,该区域可称为热阻控制区;热导率增加到一定程度时,换热器效率随热导率增加的趋势逐渐减弱,增至最大值后开始逐渐减小,称为高效换热区;热导率进一步增加时,器壁轴向导热对换热过程的影响逐渐增强,换热器效率随之减小,并逐渐趋近于器壁完全等温时的换热效率50%,称为热传导控制区.
3.2 流量对于换热效率的影响
在低介质流量时，金属换热器的换热效率随介质流量的变化存在一个最大值，亦即对于确定结构的换热器而言,存在一个最佳的操作流量值。并且，在相同的流量偏差下，系统效率在亚负荷操作时，效率降低幅度要比在超负荷操作时大得，因此,在一定范围内，金属微通道换热器可超负荷运行，不宜在亚负荷状态下操作，这点与常规尺度换热器系统有明显的区别。
在高介质流量时，器壁轴向导热对换热效率的影响逐渐减弱. 随介质流量的增加，换热效率逐渐减小。
3.3 微通道加工材质的选择
在低介质流量时，热阻控制区为低热导率区。因此低热导率材料换热器(如玻璃)的换热效率要明显高于诸如金属等具高热导率的换热器。
在高介质流量时，对于结构参数一定的换热器，随操作流量的增加，导热热阻对换热效率的影响逐渐增强，高效换热区也向高热导率方向移动，换热器材料可用热导率相对较低的金属材料(如不锈钢)。 Bier等对错流式微通道换热器内气-气换热特性进行了数值分析和实验研究,结果表明,不锈钢微通道换热器的换热效率高于铜微换热器.。
3.4 临界热流密度
对于有相变的换热，微通道中的临界热流密度现象不同于常规通道。微通道中临界热流密度的产生是由于微通道的蒸汽阻塞。在达到临界热流密度之前，微通道的流动和传热主要是周期性的过冷流动沸腾，从微通道逸出的汽泡和进入微通道的液体反复交替冲刷微通道。一旦达到临界热流密度，微通道中的流动和传热主要是一个蒸汽周期性逸出的过程。一直持续到过热蒸汽的出现，直到最后整个微通道被过热蒸汽阻塞。
3.5 入口段效应
Nusselt数随无量纲加热长度的增加而减小．而对于常规尺度下圆管内层流换热，当 =0.05时，换热趋于充分发展状态，Nusselt数趋于定值4.51。根据的取值范围0.013≤≤0.093，可以计算得到换热入口段长度占总通道长度的百分比为53.8%。入口段效应对工质换热的影响十分显著。
4 微通道换热器换热性能
此处以换热器的火用效率作为衡量换热器热性能的指标
其中热效率
——冷流体吸热量，——热流体放热量；
温度火用效率，
——环境温度，、——分别微冷流体吸热平均温度和热流体平均放热温度压力火用效率，
——冷介质相对火用耗损，——热介质相对火用耗损
4.1 热效率
当热介质侧散热量一定时，热效率与换热量有关。根据热流密度公式：
，
在传热温差一定时，微换热器无相变传热系数可达l0～15 ，有相变传热系数可达30～35 ；微通道具有高表面积-体积比, 微通道中流体与通道单位体积接触表面积要远大于常规通道中流体与通道的单位体积接触表面积。微通道可使热流密度高达100-150 ，而一般传统换热形式只能达到10—20 ，热效率可达0.95以上。
4.2 温度火用效率
在传热温度水平一定时，传热温差引起的不可逆传热损失是火用耗损增加的原因。
表1 温差对换热器火用效率的影响
275 200 150 100 50 0
62.1 62.1 55.7 43.7 25.6 0
0.451 0.579 0.666 0.760 0.868 1
微通道换热器换热系数维持在一个较高的水平，从而减小了传热温差，减小不可逆传热造成的能量损失。实验证明，采用10℃的去离子水作为冷媒，以6 m／s的速度流人微通道，在1 芯片上散热150 时水与芯片温差可维持在15℃以下，对500 的热通量快速散热时硅底部的温升只有21.153℃。由表可知，温度火用效率在0.92以上。
4.3压力火用效率
相对火用耗损、由流动阻力决定，其中冷介质侧的相对火用耗损对压力火用效率的影响较大。尽管微通道内径很小，但其沿程流动阻力不大，微通道的摩阻比宏观理论值小31.6%～41.9%。
综合分析可知, 微通道具有高传热系数、高表面积—体积比、低传热温差、低流动阻力等特点。微通道换热器火用效率高，性能优于常规换热器。
5 工质的选择
对于微通道热沉的设计来讲，无论采用沸腾换热还是采用单相强制对流换热，工质的选择都至关重要。用于微通道的传热介质一般是经过纯化的空气、氮气、、水等。除此之外还有液氮、乙醇、硅油、氟利昂等液体，工程常用的乙二醇水溶液则少见报道。
根据换热系数关联式
可以看出，在微通道长度，直径和介质流量一定时，宜选用在导热系数及比热比较大的工质。试验表明，空冷硅微通道热沉的热阻小于1 ，水冷硅热沉的热阻小于0．1 ，液氮冷却硅微通道热沉的热阻小于0．O5 。随着冷却介质导热系数和比热的增大，换热被加强。
6 微通道结构的优化及加工
微通道结构经历了从二维到三维的发展。常规微管道 (阵列式)，包括圆形、矩形、V形、梯形、双梯形等的截面形状以及目前的一种基于热边界层中断技术的交错结构，大多属于准二维的直线形微管道。微通道内流量分配不均、微通道分布均匀性差、局部散热不佳成为二维微通道面临的难题。三维结构(分形网络)
的微通道正是在这种背景下发展起来的。常见的有树状分形结构、双层树状网络、T形树状分形流体网络、仿哺乳动物呼吸系统树状分形微管道结构和仿蜂巢结构的分形网络。
三维微通道的加工制造技术：
⑴光刻电镀(LIGA)技术：1986年由德国W.Ehrfeld发明，等利用高能加速器产生的同步辐射x射线刻蚀、结合电铸成形和塑料铸模技术发展出的LIGA工艺。控制光刻时的照射深度，亦即使用部分透光的掩模，在曝光同一时刻光刻胶在不同处的曝光深度不同，从而获得的光刻模型可以有不同的高度，从而获得真正的三维为立体微型器件。
⑵准分子激光微细加工技术：准分子激光处于远紫外波段，波长短、光子能量大，可以击断高聚物材料的部分化学键而实现化学”冷加工”。利用准分子激光的掩膜投影直刻技术能获得大深宽比的微结构、加工面宽、成本低、可实现批量生产；利用聚焦激光束光栅扫描刻蚀技术能实现连续三维结构的加工。
⑶双光子聚合(TPP)加工技术：是通过光敏剂中的非线性双光子吸收过程所引发的聚合反应，采用多重断面分层叠加的方法进行加工，各断面的扫描数据从三维CAD数据中得到。在聚合反应后，没有固化的液态树脂，其采用在树脂上浇注类似于酒精之类溶剂的方法去除，从而显露出聚合的三维微结构。
随着加工制造技术的发展，目前已实现了一些复杂的机械表面。但从当前国际微型机械产品的生产来看，三维复杂微成形在技术上仍未得到很好的解决，正在积极开发新型的、更有效的微加工和微成形技术。
7微通道换热器的应用前景
目前，随着微型机械电子系统和微型化学机械系统的发展，传统的换热装置已不能满足应用系统的基本要求，换热装置微型化的发展成为迫切要求和必然趋势；另外，随着能源问题的日渐突显，也要求在满足热量交换的前提下，尽可能缩小设备体积，即提高设备的紧凑性，进而减轻设备重量，节约材料，并相应地减少占地面积。
微通道换热器具有结构紧凑、换热效率高、质量轻、运行安全可靠等特点。它在微电子、航空航天、医疗、化学生物工程、材料科学、高温超导体的冷却、薄膜沉积中的热控制、强激光镜的冷却以及其它一些对换热设备的尺寸和重量有特殊要求的场合中广泛使用；特别是微型核反应堆的试运行、燃料电池动力潜艇的试航、微透平机械以及微化学仪器的应用等，微型化的换热装置作为相应系统的配备设备发挥了举足轻重的作用。正是由于微换热器具有许多常规尺寸设备所无可比拟的优越性，近几年微换热器的研究和应用发展得非常迅速。
微通道冷凝器已经在汽车空调上广泛使用，而挪威J．Petterson也设计出了适用于跨临界汽车空调的微通道换热器。微通道换热器用于针对电力电子器件(例如IGBT)的大功率集成热路，达到散热流密度600 ，目前理论计算的散热能力可1 。预计未来几年，高速IC的发热可能会达到200 ，开发能适应此功率的微通道散热器已有了进展．
目前，微型换热装置虽然在设计、制造、装配、密封技术和参数测量(无接触测量技术)等技术方面还存在很多难点，但随着大量的试验和数值模拟对其结构、性能等的技术改进和优化设计研究，微型换热装置将日趋成熟，成为一种具有广泛应用前景的新型设备。
参考文献
[1] 宋之平，王加璇.节能原理[M].北京：水利电力出版社，1985.238～240.
[2] 张建华.特种与精密加工技术[M].北京：机械工业出版社，2003.245～246.
[3] 史美中，王中铮.热交换器原理与设计[M].南京：东南大学出版社，2003.207～209,277～278.
[4] 俞炳丰.制冷与空调应用新技术[M].北京：工业装备与信息工程出版中心，2002.211～219.
[5] 刘焕玲，邵晓东，贾建援.计算机芯片的散热研究[J].电子机械程,2005, 21(3):15～21.
[6] 曹彬，陈光文，袁权.逆流式微通道换热器设计与操作特性分析[J].化工学报，2005， 56(5):774～778.
[7] 周继军,徐进良,甘云华,陈勇.微通道中临界热流密度的实验研究[J].自然科学进展,2005:585～590.
[8] 宋静.微通道内气-液两相流动特性研究[J].青岛科技大学学报，2006, 27(4):299～3 03.
[9] 周帼彦，涂善东.换热技术从大型化向微小化的发展[J].热能动力工程，2005, 20（5）：447～454.
[10] 王卫东，贾建援，王洪喜.微通道换热实验装置的设计与实验研究[J].电子测量与仪器学报,2004
微通道换热器研究进展
微通道换热器研究进展 更新时间：2011-06-13 13:53:26 微通道换热器研究进展 钟毅尹建成潘晟旻 (昆明理工大学) 摘要：从微通道换热器的发展历史出发,介绍其制造方式、结构和材料,重点介绍对微通道换热器发展和降低成本有重要影响的全铝微通道管材成形加工技术。对微通道传热的特征进行述评,从微电子微机械高效传热、CO2制冷减少温室气体排放和提高家用空调能效比几个方面展现微通道换热器的应用前景。 关键词：微通道;换热器;传热特性;压力降;空调;制冷 10~50mm, 3~10mm,0.6~2mm,10~600μm,这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 1 微通道换热器的发展历程 微通道换热器(见图1[1-2])的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981 年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展, 10~1 000μm通道所构成的微尺寸换热器。1986年Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器,体积换热系数达到 7MW/(m3·K);1994年Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/(m3·K);2001年,Jiang等提出了微热管冷却系统的概念,该微冷却系统实
际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行[3]。 在汽车空调方面,由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用,已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a作为一种过渡型替代品,由于其温室效应指数很高(约为CO2的1 300倍[4]),也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势[5],若采用合适的制冷循环,CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当,甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环,压力很高[6],在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上,设计压力要达到42.5MPa,这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下,微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 在家用空调方面,当流道尺寸小于3mm时,气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸,通道越小, 0.5~1mm时,对流换热系数可增大50%~100%。将这种强化传热技术用于空调换热器,适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施,预计可有效增强空调换热器的传热、提高其节能水平。 与最高效的常规换热器相比,空调器的微通道换热效率可望提高
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（4）不易结构，清洗方便，便于日常维护。 （5）由于体积小、响应迅速，运行热损失小。 （6）焊接式板式换热器的缺点是焊接工艺要求高、带来成本的增加：可拆卸换热器运行温度受密封材料制约，一般在200摄氏度以 下，耐压能力也较差。 实际应用中，根据不同用户的要求，选择不同的换热器。一般工矿企业、社区楼宇集中供热换热站采用可拆式换热器，家庭生活用热水、室内空调等小功率用户采用全焊接式板式换热器。随着焊接技术和工艺的不断改进和提高，大功率换热器采用全焊接工艺将日益普及，结构更趋经凑合理。 发展展望：据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资占30% ~40%。在制冷机中，蒸发器和冷凝器的重量占机组重量的30% ~40%，动力消耗占总动力消耗的20% ~30%。可见换热器对企业投资、金属耗量以及动力消耗有着重要的影响。大力发展板式换热器更替原有效率低下、材料消耗惊人的陈旧换热器是节能降耗有效途径，行业发展也将迎来新的机遇。
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国外换热器新进展 【关键词】强化传热,传热元件,壳程设计,新型高效换热器 【摘要】简述了国外近年来换热器的发展概况，介绍了强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计以及国外推出的各种新型高效换热器的有关情况。 Recent advances on foreign heat exchangers Abstract The recent progress of foreign heat exchangers in lasted years is outlined, research of enhanced heat transfer, development of heat transfer elements and structural design of new type shell side are introduced,and new high-effective heat exchangers abroad are commented. Key words:enhanced heat transfer,heat transfer elements, shell side design,new high-effective heat exchangers 1概述 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。 最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，
微通道换热器前景
微通道换热器研究进展 微通道换热器研究进展 钟毅尹建成潘晟旻 (昆明理工大学) 摘要：从微通道换热器的发展历史出发,介绍其制造方式、结构和材料,重点介绍对微通道换热器发展和降低成本有重要影响的全铝微通道管材成形加工技术。对微通道传热的特征进行述评,从微电子微机械高效传热、CO2制冷减少温室气体排放和提高家用空调能效比几个方面展现微通道换热器的应用前景。 关键词：微通道;换热器;传热特性;压力降;空调;制冷 换热器工质通过的水力学直径从管片式的 10~50mm,板式的 3~10mm,不断发展到小通道的 0.6~2mm,微通道的 10~600μm,这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 1 微通道换热器的发展历程 微通道换热器(见图1[1-2])的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展,人们已经能够制造水力学直径 10~1 000μm通道所构成的微尺寸换热器。1986年Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器,体积换热系数达到7MW/(m3·K);1994年Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/(m3·K);2001年,Jiang等提出了微热管冷却系统的概念,该微冷却系统实际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行[3]。 在汽车空调方面,由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用,已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a 作为一种过渡型替代品,由于其温室效应指数很高(约为CO2的1 300倍[4]),也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势[5],若采用合适的制冷循环,CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当,甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环,压力很高[6],在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上,设计压力要达到42.5MPa,这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下,微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。
换热器工作原理
空气预热器的工作原理及其作用 空气预热器是利用烟气余热提高进入炉膛的空气温度的设备。它的工作原理是：受热面的一侧通过烟气、另一侧通过空气，进行热交热，使空气得到加热，提高温度；使烟气排烟温度下降，提高烟气余热的利用程度。 空气预热器有如下作用： 1、改善并强化燃烧当经过预热器后的热空气进入炉内后，加速了燃料的干燥、着火和燃烧过程，保证炉内稳定燃烧，起着改善、强化燃烧的作用。 2、强化传热由于炉内燃烧得到改善和强化，加上进入炉内的热风温度提高，炉内平均温度水平也有提高，从而可强化炉内辐射传热。 3、减小炉内损失，降低排烟温度，提高锅炉热效率。 由于炉内燃烧稳定，辐射热交换的强化，可以降低化学不完全燃烧损失；另一方面，空气预热器利用烟气余热，进一步降低了排烟损失，因此，提高了锅炉热效率。根据经验，当空气在预热器中温度升高1.5℃时，排烟温度可降低1℃。在锅炉烟道中安装空气预热器后，如果能把空气预热150~160℃．就可以降低排烟温度110~120℃，可将锅炉热效率提高7％~7.5％，可节约燃料11%~12%。 4、热空气可以作为燃料的干燥剂。对于层燃炉，有热空气，可以使用水分和灰分较高的燃料；对于电站锅炉，热空气是制粉系统的重要干燥剂和煤粉输送介质。 空气预热器是用于锅炉系统热交换性能提升的一种设备。空气预热器的主要作用是将锅炉排出的烟气中的热量收集起来，并传导给进入锅炉前的空气。空气预热器有三个大类，分别是板式空气预热器、回转式空气预热器和管式空气预热器。 1、板式空气预热器 板式空气预热器的主要传热部件是薄钢板，多个薄钢板一起焊接成长方形的盒子，而后数个盒子拼成一组，板式空气预热器就由2到4个钢板焊接盒子组成。板式空气预热器工作时，烟气会流经盒子的外侧，而空气流经盒子的内侧，通过钢板完成热传导。 板式空气预热器的结构松散而不紧凑，制造需要耗费大量的钢材，因此制造成本较高。板式空气预热器的盒子由焊接方式拼接，焊接工作量大且缝隙较多，容易出现泄漏。板式空气预热器目前已经很少被使用。 2、回转式空气预热器 回转式空气预热器是指内部设有旋转部件，通过旋转的作用在烟气和空气之间传导热能的一种空气预热器。回转式空气预热器还能够分为两个类别，也就是受热面旋转的转子回转式空气预热器，和风道旋转的风道回转式空气预热器。 回转式空气预热器的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，传热元件承受磨损的余量大，因此回转式空气预热器特别适合应用于大型锅炉。回转式空气预热器的缺点是内部的机构复杂，消耗电力较大且漏风量较高。 3、管式空气预热器 管式空气预热器的主要传热部件是薄壁钢管。管式空气预热器多呈立方形，钢管彼此之间垂直交错排列，两端焊接在上下管板上。管式空气预热器在管箱内装有中间管板，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器，完成热量传导。
换热器原理介绍
换热器基础知识 简单计算板式换热器板片面积 选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法： Q=K×F×Δt， Q——热负荷 K——传热系数 F——换热面积 Δt——传热对数温差 传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。 换热器的分类与结构形式 换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： 一、换热器按传热原理可分为： 1、表面式换热器 表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。 2、蓄热式换热器 蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 3、流体连接间接式换热器 流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。 4、直接接触式换热器 直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。 二、换热器按用途分为： 1、加热器 加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。 2、预热器 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器 过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
微通道换热器-why
微通道换热器综述 1 前言 换热器工质通过的水力学直径从管片式的φ10-50mm，板式的φ3-10mm，不 μ，这既是现代微电子机械快断发展到小通道的φ0.6-2mm，微通道的φ10-600m 速发展对传热的现实需求，也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 微通道换热器的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90 年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981年，Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念；1985年，Swife，Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展，人们已经能够制造水力学μ通道所构成的微尺寸换热器。1986年，Cross和Ramshaw研直径φ10-1000m 制了印刷电路微尺寸换热器。体积换热系数达到7MW/(m3·K)；1994年，Friedrich 和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/ ( m3·K)；2001年，Jiang 等提出了微热管冷却系统的概念。该微冷却系统实际上是一个微散热系统，由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器，可实现主动冷却，支持高密度热量电子器件的高速运行。在汽车空调方面，由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用。已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a作为一种过渡型替代品，由于其温室效应指数很高(约为CO2的1300倍)，也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势。若采用合适的制冷循环，CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当，甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环，压力很高。在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上，设计压力要达到42.5MPa，这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下，微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备，将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 在家用空调方面，当流道尺寸小于3mm时，气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸。通道越小，这种尺寸效应越明显。当管内径小到φ0.5-1mm 时，对流换热系数可增大50%-100%。将这种强化传热技术用于空调换热器，适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施，预计可有效增强空调换热器
板式换热器工作原理及运行工作演示
板式换热器板片的定位是以五点金属与金属接触而确定，上承杆的三点，可以防止板片上下移动，加上下承杆的两点板片就不会左右移动。这是很重要的部分，所以大家一定要有所了解。下面再给大家介绍一下，板式换热器板片的工作过程和技术特点。 板式换热器是由一组波纹金属板组成，板上有四个角孔，供传热的两种液体通过。金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内，并用夹紧螺栓夹紧。板片上装有密封垫片，将流体通道密封，并且引导流体交替地流至各自的流道内，形成热交换。流体的流量，物理性质，压力降和温度差决定了板片的数量和尺寸。波纹板不仅提高了湍流程度，并且形成许多支承点，足以承受介质间的压力差。金属板和活动板压紧板悬挂在上导杆，并由下导杆定位，而杆端则固定在支撑柱上。 板式换热器板片均匀分布流速，去除了流速死区，从而避免了因污垢堆积而产生的腐蚀，同时又提高了板片换热面积的利用率。两种流体完全逆向流动，大大提高了换热效率。同种流体进、出口平行配管，简化了工程安装。单一板片，简化了维修。 艾瑞德每种规格的板片，均具有至少两个板型，采用热混合技术，可以综合换热器的传热和压降，使其运行在最佳工作点。内旁通，双流道技术和不等流通截面积装配为两侧介质流量相差较大的工况提供了完美的解决方案。ARD艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司板式换热器有AB系列、AM系列、AL系列、AP系列、AS系列等几大系列百余种板型。各种型号都有深波纹、浅波纹、大角度、小角度等，完全确保满足不同用户的需要，特殊工况可按用户需要专门设计制造。
艾瑞德每种规格的板片，均具有至少两个板型，采用热混合技术，可以综合换热器的传热和压降，使其运行在最佳工作点。内旁通，双流道技术和不等流通截面积装配为两侧介质流量相差较大的工况提供了完美的解决方案。ARD艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司板式换热器有AB系列、AM系列、AL系列、AP系列、AS系列等几大系列百余种板型。各种型号都有深波纹、浅波纹、大角度、小角度等，完全确保满足不同用户的需要，特殊工况可按用户需要专门设计制造。 ARD艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司拥有世界上最先进的设计和生产技术以及最全面的换热器专业知识，一直以来ARD艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，目前已有超过50，000台的板式换热器良好地运行于各行业，ARD艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司已发展成为可拆式板式换热器领域的全球领导者。
板式换热器的研究进展
板式换热器的研究进展 发表时间：2020-04-03T14:58:53.603Z 来源：《建筑实践》2019年38卷第22期作者：陈厶玮1 陆明伟2 [导读] 近年来，随着现代化建设的发展，我国的能源建设发展也有了改善摘要：近年来，随着现代化建设的发展，我国的能源建设发展也有了改善。换热器的出现是人类社会发展中对热量交换管理作出的一次重要改进。通过换热器应用，能够满足人们对于热量交换的处理需求，对于人们日常生活水平提升具有重要意义。由于换热器构成方式不同，整个器件运行过程中形成的热量交换方式也有所不同。一般情况下，换热器构成类型有管式换热器和板式换热器两种，不同类型换 热器能够最大限度上满足人们对于热量交换处理的需求。本文针对换热器应用现状及进展展开讨论研究，希望能够对换热器未来发展方向做出分析，提升换热器应用研究水平。 关键词：板式换热器；研究进展；措施引言 我国能源需求刚性增长，消费水平居世界前列并仍在快速增长，其中工业能耗约占总能耗的70%，节能减排形势严峻、意义重大。换热器广泛应用在化工、石油、冶金和电力等领域，其性能对提高能效具有显著价值，国内外研究人员都非常重视强化换热技术，通过不断开发新型的换热器结构、优化设计参数、选用特殊材料来提高换热效率、减少流动阻力、改善环境适应性，从而提高换热能力，提升设备在行业的竞争水平。其中，板式换热器市场发展迅速。它具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、污垢系数低等优势，同时便于拆卸、清洗，不同结构型式的板片间可灵活组合，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种工业应用。然而在实际使用板式换热器时会出现流动阻力大、耐高温高压能力差等不足之处，缩减了板式换热器的应用范围。为改善提升板式换热器的传热效果，国内外研究人员通过实验研究和数值模拟等手段，在传热、流动、结构和材料等方面开展了大量工作，本文即对相关工作进行总结概述，以期分享板式换热器的研究成果，进一步了解其研究进展及未来发展方向。 1换热器的研究现状 1.1管式换热器 管式换热器作为当前市场上流通性较强的一种换热器类型，在换热器应用和发展中具有重要地位。由于管式换热器具有结构简单以及耐高温性强等特性，使得人们对于管式换热器的应用越来越重视。按照管式换热器构成方式，在现有换热器行业发展中，管式换热器已经形成了以螺旋槽文管换热器、管内插入物换热器、折流杆式换热器和管翅式换热器为主的管式换热器应用形式。由于每种管式换热器构成方式和应用方式不同，在换热器应用过程中，热量交换以及热量传导效率出现了显著差异。以管内插入物换热器为例，在现有换热器应用处理中，其能够在换热交换中借助传热系数变换，将整体传热效率提升30%，对人们换热处理需求起到重要保障作用。 1.2板式换热器 板式换热器是在当前换热器市场发展中较为常见的一种换热器类型，由于板式换热器由不同间隔薄板构成，在进行换热交换过程中，各个薄板中的热量会随着换热方式调整出现热量迁移和转换；并且在相同污垢系数下，板式换热器换热效率能够提升至传统换热器应用效率的2～3倍，这对于换热器的应用而言是非常重要的。在板式换热器应用过程中，由于其占有体积和占地面积较小，使得换热器的应用灵活性较高，所以被很多工厂以及浴池所青睐。同时，由于板式换热器构成中具有较为明显的螺纹板式，能够按照螺纹板式构成中的要求，进行相关数值模拟计算，提升了板式换热器内部换热效率控制水平；尤其是在山东大学文孝强等人研究下，通过对板式换热器内部材料改进，提升了整个换热器换热性能，满足了人们换热处理需求。 2概述 随着可持续发展战略的实施，国家对GDP能耗控制指标不断细化，作为重要过程设备的换热器在暖通、冶金、核电、石油、化工等行业的热量回收和综合利用中发挥着越来越大的作用。根据结构特征换热器主要分为：管式、板式、扩展表面式以及再生式换热器四类。板式换热器因其独特的结构设计，与其它类型的热交换器相比，具有传热效率高、质量轻、占用空间小、结构紧凑、易维修维护等诸多的优点，近几十年来被广泛研究与应用。为适应不断变化的市场需求，全面提高板式换热设备的传热能力，众多企业和学者对板式换热器做了许多卓有成效的研究。未来板式换热器的发展，主要包括三个方面的内容：板式换热器大型化技术、可靠结构和传热性能兼顾的板片开发、流场精细化CFD分析。 3板式换热器的研究进展 3.1板式换热器的结构设计与优化 板式换热器结构设计与优化的目的是强化换热、降低流阻，使换热器的性能达到最佳，其设计基本原则是将换热器的压力损失降到最低从而得到最佳的换热效率。所以，主要从总传热系数与压损的大小两方面来体现板式换热器的性能优越性，并通过选择评相应价标准，对换热器的综合性能进行评价，从而下获得所运行参数下的最优板形。按照设计需求，换热器有若干性能评价标准。早期常用的评价标准是根据单一参数进行评价，比如给定参考流速下对比换热器传热系数和压降两个数值来评价。后续研究人员还提出使用无量纲化的努谢尔特数比和流动阻力比进行评价。板式换热器的流道形状复杂，叠放形式多样，研究者多通过实验和数值模拟对比分析板片的波纹倾角、波高、间距等不同结构参数的影响，以期得到性能最优的波纹结构。 3.2板片结构参数对换热性能影响的CFD研究进展 板片结构参数对板式换热器的换热性能有直接的影响。人字纹板同平板换热器相比，能较早地促使瑞流产生，其临界雷诺数Re为400-800。当Re>1000时，在任何情况下都具有湍流特性。人字形波纹板片的波纹倾角是影响流体在换热器流动状态的主要因数，并且深刻影响着流体的传热与压降等特征。除波纹倾角外，对于人字形波纹板片影响换热器性能的因数还有波纹深度、法向截距（波长）、表面展开系数、波纹截面形状等。近几年，国内学者采用组合通道内局部可视化结合传热机理预测推断板式换热器的传热及流阻特性；特别在板式换热器CFD方面的研究取得很大的进展。然而由于目前国内相关实验研究所用的板片的波纹形状、流道组合、Pr（普朗特数）的选取、黏度的修正等各不相同，故结果也不尽一致。板式换热器CFD分析手段使得新产品的开发和相应流场的分析变得轻松，然而目前国内各方学者的研究出发点多有重复，并且模型简化使得其精确性受限，因此，进一步的系统的CFD精细化研究实验是分析和提高其传热性能重要的方向。同时针对超大型板式换热器的传热及流场研究很少。板式换热器的大型化发展，使得开发可靠结构和传热性能兼顾的板片已是板式换热器优化与改进的主要方向。
微通道换热器的特性分析及应用
苏尚美,张亚男,成方园(山东大学能源与动力工程学院,山东250002) 摘要:本文分析了微通道内流体的流动及换热特性,通过换热器火用效率的分析,发现微通道具有高传热系数,高表面积—体积比,低传热温差,低流动阻力等特点.微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器.本文还讨论了工质的选择,微通道结构的优化及加工方法,分析了微通道换热器的应用前景. 关键词:微通道;流动及换热;火用效率;结构 引言2O 世纪5O 年代末,著名的物理学家Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术的发展方向.换热器作为化工过程机械的典型产品,是工艺过程中必不可少的单元设备,广泛地应用于石油,化工,动力, 核能,冶金,船舶,交通,制冷,食品及制药等工业部门及国防工程中.其材料及动力消耗占整个工艺设备的30%左右,在化工机械生产中占有重要的地位.如何提高换热器的紧凑度,以达到在单位体积上传递更多的热量,一直是换热器研究和发展应用的目标.器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步,也推动了更加高效,更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生. 1 微通道发展简史 所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元.当前关于微通道换热器的确切定义,比较通行,直观的分类是由Mehendale.s.s 提出的按其水力当量直径的尺寸来划分.通常含有将水力当量直径小于1mm 换热器称为微通道换热器. 早在二十世纪八十年代, 美国学者Tuckerman 和Pease 报道了一种如图 1 所示的微通道(Micro-channel) 换热结构.该结构有高导热系数的材料(如硅)构成,其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内,其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平,成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的"热障"问题. .随后Wu 和Little,Pfahler 等,Choi 等都对通道中的单相流进行了分析和研究.用于两种流体热交换的微通道换热器于1985 年由Swift 研制出来,研究表明,其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十. 美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O 年代后期研制成功燃烧/气化一体化的微型装置以及微型热泵等.卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH) 也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件,将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器. 图一微通道的基本结构 2 微通道中流体的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内,使它不仅涉及空间尺度的微小化,还涉及更为复杂的尺度效应. 2.1 微尺度效应 对于气体单相流动,当通道直径当小于200 时,即努森数≥0.001 时(其中为分子的平均自由程, 为水力当量直径) ,流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响. 对于液体单相流动,当微通道直径为381 时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算.以矩形截面通道为例,微通道换热器的最高达到了9.20,而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应(表面效应) . 对于两相流,微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著,导致流型分布及转换准则发生变化.由于表面张力的影响,流动中不存在非球形泡沫.表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段,随着混合程度的增加以及同壁面的接触角的增加,其影响程度在逐步减
换热器工作原理
管壳式换热器得三种分类 管壳式换热器按照应力补偿得方式不同，可以分为以下三个种类: １、固定管板式换热器 固定管板式换热器就是结构最为简单得管壳式换热器,它得传热管束两端管板就是直接与壳体连成一体得，壳体上安装有应力补偿圈，能够在固定管板式换热器内部温差较大时减小热应力。固定管板式换热器得热应力补偿较小，不能适应温差较大得工作。 2、浮头式换热器 浮头式换热器就是管壳式换热器中使用最广泛得一种，它得应力消除原理就是将传热管束一段得管板放开，任由其在一定得空间内自由浮动而消除热应力。浮头式换热器得传热管束可以从壳体中抽出，清洗与维修都较为方便,但就是由于结构复杂,因此浮头式换热器得价格较高。 ３、U型管换热器 Ｕ型管换热器得换热器传热管束就是呈U形弯曲换热器，管束得两端固定在同一块管板得上下部位，再由管箱内得隔板将其分为进口与出口两个部分,而完全消除了热应力对管束得影响.U型管换热器得结构简单、应用方便，但很难拆卸与清洗。 管壳式换热器,管壳式换热器结构原理 管壳式换热器由一个壳体与包含许多管子得管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热得换热器.管壳式换热器作为一种传统得标准换热设备,在化工、炼油、石油化工、动力、核能与其她工业装置中得到普遍采用，特别就是在高温高压与大型换热器中得应用占据绝对优势。通常得工作压力可达４兆帕,工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高得压力与温度.一般壳体直径在18００毫米以下，管子长度在9米以下,在个别情况下也有更大或更长得. 工作原理与结构图 1 ［固定管板式换热器］为固定管板式换热器得构
造.A流体从接管1流入壳体内,通过管间从接管２流出.Ｂ流体从接管３流入，通过管内从接管4流出。如果A流体得温度高于Ｂ流体，热量便通过管壁由A 流体传递给Ｂ流体;反之，则通过管壁由B流体传递给A流体.壳体以内、管子与管箱以外得区域称为壳程，通过壳程得流体称为壳程流体（Ａ流体）。管子与管箱以内得区域称为管程，通过管程得流体称为管程流体(B流体）。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体与折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。为提高换热器得传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子得布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°与同心圆形等多种形式,前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径得壳体内可排列较多得管子,以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板与管子得总体称为管束。管子端部与管板得连接有焊接与胀接两种。在管束中横向设置一些折流板,引导壳程流体多次改变流动方向,有效地冲刷管子,以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板得形状有弓形、圆形与矩形等。为减小壳程与管程流体得流通截面、加快流速,以提高传热效能，可在管箱与壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程与将管程分为2程、4程、6程与8程等.管壳式换热器得传热系数，在水—水换热时为１4０0～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m（℃）〕;用水冷却气体时，为10～２８０W/（m（℃）；用水冷凝水蒸汽时，为５70～4０00W/(m(℃). 特点管壳式换热器就是换热器得基本类型之一,１９世纪8０年代开始就已应用在工业上。这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广，适应性强，易于制造,生产成本较低，清洗较方便，在高温高压下也能适用.但在传热效能、紧凑性与金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器与板壳式换热器等高效能换热器先进. 分类管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器与双管板换热器等.前３种应用比较普遍。
微通道换热器的探讨
微通道换热器的探讨 微通道换热器是近一两年提得比较多的新式换热器，它是指由0.05-0.1in.(1—2.5mm)厚，0.5-1 in.(12-25mm)宽，内部有许多0.5-1mm的微小通道的换热管组成的换热器。虽然这种换热器在汽车空调（单冷型）及水箱上已经使用了很多年，但是在家用和商用空调与制冷产品上的应用却不多，开利在它的风冷螺杆冷水机30XA系列上使用了微通道换热器作为冷凝器，改进如下： 1．换热量增加10%； 2．制冷剂充注减少30%； 3．风侧阻力减少50%。 现在微通道换热器的优点总结如下： 1．强化了传热，提高了传热效率； 2．缩小了换热器体积； 3．减小了制冷剂的充注； 4．空气侧阻力减小，所需风机，电机规格减小； 5．因为是全铝材料做成，成本下降（但因为没有规模效应，仅指材料成本，单个产品仍比同规格翅片管式贵） 6．有更好的抗腐蚀性； 7．管内压力损失小； 8．容易现场修补泄露点。 缺点如下： 1．对于蒸发器，分液是一个重要问题，现在还不能很好解决； 2．对于蒸发器，冷凝水的快速排出还没有很好解决，这又衍生出结霜化霜问题； 3．因为空气侧阻力减小，使气流的不均匀性更加恶化； 4．设计灵活性减小，如部分负荷，过冷管段的设计等。
微通道换热器作为冷凝器时，经过 实验研究： 1．体积可以缩小约25%； 2．制冷剂充注可以减小约 20%-40%； 3．换热效率提高约10% 对比测试： 原型机规格： KFR-72LW：制冷量：7200W；制冷剂：R22 充注量：2.3kg 制热量：8200W（10300W）电源：220C/50Hz 功率：2630W/2600W（电加热4700W）毛细管：OD2.5x630x3 从表1可以看出，整体结构比原来小了，因为测试是借用原型机结构，所以微通道换热器的设计是主要是从安装方面考虑大小，所以迎风面减速小并不多，但从换热面积减小可以看出结构比原来小了。从表2可以看出，因为对蒸发器的设计和应用还有一些问题，所以对于蒸发器使用微通道换热器效果并不比原来好，但对只使用微通道冷凝器的机组，性能有所改善，特别是制冷剂充注。 以下是另一组只更换冷凝器的测，：
国外换热器新进展
国外换热器新进展 国外换热器新进展 原作者：曹纬 出处： 【关键词】强化传热,传热元件,壳程设计,新型高效换热器 【论文摘要】简述了国外近年来换热器的发展概况，介绍了强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计以及国外推出的各种新型高效换热器的有关情况。 分类号TQ 051.5 Recent advances on foreign heat exchangers Senior Translator Cao Wei (Lanzhou Petroleum Machinery Reseach Institute, Lanzhou 730050) Abstract The recent progress of foreign heat exchangers in lasted years is ou tlined, research of enhanced heat transfer, development of heat transfer elements a nd structural design of new type shell side are introduced,and new high-effective h eat exchangers abroad are commented. Key words:enhanced heat transfer,heat transfer elements, shell side design,new high-effective heat exchangers 1概述 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备［1］。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高［2］。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。 最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系［3］。 2强化传热技术 所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的