换热器的研究发展现状及前景
摘要：随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。本文主要介绍了现有换热器的分类，各种换热器的特点工作原理及应用情况，对目前换热器的存在问题和发展趋势进行分析。
关键词：换热器；强化换热；研究现状
随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现
1换热器的分类方式
随着科学和生产技术的发展，各种换热器层出不穷，难以对其进行具体、统一的划分。虽然如此，所有的换热器仍可按照它们的一些共同特征来加以区分，具体如下。
按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。
按照制造热交换器的材料来分：金属的、瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。
按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。
按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。
按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等。
2 管式换热器
管式换热器主要有套管式换热器和管壳式换热器两种。
2.1 套管式换热器
套管式换热器是将不同直径的两根管子套成的同心套管作为元件、然后把多个元件加以连接而成的一种换热器，工作时两种流体以纯顺流或纯逆流方式流动。套管式换热器的优点是：结构简单，适用于高温、高压流体，特别是小容量流体的传热。另外，只要做成管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体。他的主要缺点是流动阻力大；金属消耗量多；管间接头较多，易发生泄露；而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器
2.2 管壳式换热器
管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。以下是几种常见的管壳式强化换热器。
2.2.1螺旋槽管换热器
螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和凹的异形管，流体流出管壁时在管壁附近诱发螺旋流动。层流层减薄，同时壁表面起伏强化了流体湍流，加快了由壁面至流体主体的热量传递，强化了传热过程。早期进行螺旋槽管研究的主要有美国、英国、日本，从1970～1980年进行了大量的研究。我国对螺旋槽管的实验研究起步也是较早的，华南理工大学、理工大学和大学都对螺旋槽管进行了试验研究，而且都取得显著的成效。目前，无论是从传热、流阻、
阻垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。
2.2.2横纹管换热器
1974年前联首先提出横纹管，它是一种用普通圆管作毛胚，在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管形成一圈突起的环肋。流体流经横纹管环槽处能频频发生边界层分离而产生轴向旋涡，强化了流体湍流，旋涡不断生成，保持了连续而稳定的强化作用。横纹管在我国研究较少，只有华南理工大学对此进行了试验研究，研究发现在相同流速下，横纹管流阻比单头螺旋槽管的小。化工学院与冷热设备制造公司对横槽纹管进行了开发研制，从而使横槽纹管与螺旋槽管换热器的应用得到同步发展。
2.2.3螺旋扁管换热器
螺旋扁管是瑞士Allares公司首先提出、美国Brown公司经过改进的一种换热管。这种传热管由压扁和扭转两个过程制成，管子截面和形状都发生了变化，因而流体也随之不断改变方向和速度，使湍流加强，边界层减薄，传热加强。我国梁龙虎经实验研究表明，螺旋扁管管膜传热系数通常比普通圆管大幅度提高，在低雷诺数时最为明显，达2～3倍；随着雷诺数的增大，通常也可提高传热系数50％以上。
2.2.4螺旋扭曲管换热器
近年来，螺旋式扭曲管的研制引起了国外学者的关注。XYKAYCKARA报道过一种高效换热器，其换热管是螺旋式扭曲管，两端为圆形，管子与管子在椭圆长轴处相接触，相互支撑而取消了支撑折流板，这样能保证装置的抗震性，且流体在管程和壳程都发生旋流。我南理工大学化机所和化工学院化机系也开发了变截面扭曲管和混合管束。
2.2.5波纹管换热器
波纹管换热器强化传热机理与螺旋扁管相一致。波纹管能起到温差补偿作用，省掉壳体膨胀节；由于温差应力的作用，换热管能自动去掉表面污垢，使管表面不易产生污垢，具有强化传热和除垢的双重功效，且结构简单紧凑，容易制造，投资少，热率高，故广泛应用于汽-水、水-水换热领域。
2.2.6翅片管换热器
