强化传热的研究进展
周大亮
（能源与动力工程学院 [1**********]3）
论文摘要：本文阐述了强化传热技术的重要性及其发展趋势；包括强化传热的概念、强化传热的分类、强化传热的途径、强化传热的应用场合等；列举了一些强化传热的典型应用。通过分析得出强化传热应注意的一些问题。 关键词;强化传热、概念、应用、研究进展
自20世纪50年代以来，国际传热学界对强化传热技术开展了大量的研究。据文献【29】的作者、强化传热研究的著名学者贝格列斯对从20世纪20年代至90年代中期公开发表的5676篇技术文献的统计，这一研究呈日益增长的趋势，并且由于世界范围内的能源危机问题，在近期内会一直保持这样的研究势头。从80年代到现在近20多年的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热的研究报告举不胜数。
一、强化传热的概念
所谓强化传热是指增加传递过程的传热量。由传热过程方程式或对流传热牛顿冷却公式可见，增加传热面积、增加传热温差以及增加传热系数或对流传热系数都可以增加所传递的热量。而所谓的强化传热技术则是指在一定的传热面积与温差下，增加传热系数或对流传热系数的技术，这中间包括很多技术含量高的措施，正是国际传热学界的热门课题。
二、强化传热的分类及举例
1、有源强化
有源强化是采用电场、磁场、光照射、搅拌、喷射等手段来提升换热器的传热效果，是以牺牲外部能量来获得较好的传热性能的强化传热手段
1.1EHD强化传热
EHD电流体力学强化传热是在液体中施加高压静电场，利用电场、流场和温度场的相互耦合作用，而达到强化传热的一种有源强化方法。早在1916年，英国学者就发现在流体中施加电场能够强化传热，但此后40多年，该项技术并未受到注意和重视。近年来，由于余热利用、高效暖通空调系统、海洋和地热能开发中对小温差传热的要求，加上EHD强化传热具有效果显著、功耗低、易于控制表面热流等一系例优点，其研究逐渐受到重视。
1.2超声波抗垢强化传热
超声波在液体煤质中传播时会产生机械振动作用、空化作用和热作用。这些作用同时产生效应，会减弱成垢物质的分子之间的结合力以及析出垢粒与管道间的附着力，破坏垢物生成和板结的条件，阻止垢物的生长，从而实现除垢的功能。同时也可导致已形成的垢物脱落形成松散而不宜板结的沉淀物达到除垢作用。因而可是换热器表面污垢热阻减小，换热器总传热系数提高，起到了强化传热和除垢的作用。
1.3流体诱导振动强化传热
1.4扰流装置
2、无源强化
无源强化即在不消耗外功的情况下主要通过改变换热器形状、结构来实现强化传热的效果，是工业强化传热的主要方法
2.1翅化面
用翅片来扩大传热面积和促进流体的紊流度是强化传热的有效方法。翅化面的种类和形式很多，用材广泛，制造工艺多样，翅片管式换热器、板翅式换热器均属此类
2.2异形表面
用轧制、冲压、打扁或爆炸等方法将传热面制造成各种凹凸状、波纹型、扁平状等，使流道截面的形状和大小均发生变化。这不仅使传热表面有所增加，还使流体在流道中号的流动状态不断改变，增加扰动，减少边界层厚度，从而使传热得到强化。
3其他强化传热方法
3.1纳米材料强化传热
纳米流体跟纯液体相比，由于粒子与粒子、粒子与液体、粒子与壁面间的相互作用及碰撞，流动层流边界层被破坏，传热热阻减小，流动紊流强度得到增强，使得传热增加。在相同粒子体积含量下，纳米粒子的表面积和热容量远大于毫米或微米级的粒子，因此流体的导热系数也相应大得多，从而降低循环泵的能量消耗，降低运行成本以及减小热交换器的体积。
3.2脉动强化传热
3.3场协同原理强化传热
三、强化传热的途径
在热设备中应用强化传热技术的目的一般是节约能源、缩小设备尺寸、减轻重量，或使受热部件得到有效冷却，保证设备安全运行。由牛顿冷却公式可知想要强化传热可以从以下三种途径实现1、增加传热推动力；2、增加传热面积；3、增大总传热系数K,增大K值可采用：（1）加大流体的流速（2）改变流动条件（3）减小垢层的热阻。
四、应用场合
不同的强化传热技术有不同的应用场合：对流换热按其发生的原因可分为自然对流换热和强制对流换热。在这良种对流换热过程中，就流体的运动状态又可区分为层流换热及湍流关热，这取决于流体的雷诺数，流道集合形状和固体的壁面状况。从流道集合想状来看就更为复杂，既有圆形，环形，三角形，弧形，又有纵向或横向掠过管簇以及由各种形状管翅或板翅结构组成的复杂集合通道。如果流体在穿热过程中发生相变，则又有迟内沸腾，流动沸腾及蒸汽凝结之分。
前面提到的那些强化传热技术，有的只使用于特定的某些传热介质和传热过程，有的则对所有对流换热状态都有不同程度的强化作用。其中在各类通道中强制对流（包括层流及湍流）换热的强化研究得最多，因而也是最成熟的和在工业上应用的最广的。从强化传热各类措施来看，研究得最多的是各种发展表面，粗糙表面和涡旋强化，而且它们还被广泛地应用于各类热设备中去。就目前来看，
应用最多的是换热器方面的强化传热。当然其他电子方面也有很多。
五、强化传热应该考虑的问题
（一）采用强化传热措施所获得的设备功率的增加和系统热效率的提高，或者设备体积减小，传热介质输送功率降低等效果究竟有多大？
（二）采用所选择的强化传热措施后需要增加多少费用？工艺复杂性怎么样？能否大规模生产？
（三）所采用的强化传热方法与传热介质的相容性如何？能否保证强化传热性能持久有效？
（四）采用强化传热措施后能收到多大的经济效益？
六、总结
传统的强化传热技术已被广泛的应用于化工、轻工、石油、电力冶金、机械、食品等工业领域，且都有效的提高了换热量，起到了强化传热和节约能源的目的。但新的强化传热理论如电场强化、纳米材料强化、场协同强化等还有待深入研究完善和应用于工业实际。
参考文献：董科利，马晓建，鲁锋，强化传热技术及一些典型的应用，2007.6.15 牛小飞，李志学，徐永明，强化传热技术及其应用，2009.12.15
强化传热的研究进展
周大亮
（能源与动力工程学院 [1**********]3）
论文摘要：本文阐述了强化传热技术的重要性及其发展趋势；包括强化传热的概念、强化传热的分类、强化传热的途径、强化传热的应用场合等；列举了一些强化传热的典型应用。通过分析得出强化传热应注意的一些问题。 关键词;强化传热、概念、应用、研究进展
自20世纪50年代以来，国际传热学界对强化传热技术开展了大量的研究。据文献【29】的作者、强化传热研究的著名学者贝格列斯对从20世纪20年代至90年代中期公开发表的5676篇技术文献的统计，这一研究呈日益增长的趋势，并且由于世界范围内的能源危机问题，在近期内会一直保持这样的研究势头。从80年代到现在近20多年的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热的研究报告举不胜数。
一、强化传热的概念
所谓强化传热是指增加传递过程的传热量。由传热过程方程式或对流传热牛顿冷却公式可见，增加传热面积、增加传热温差以及增加传热系数或对流传热系数都可以增加所传递的热量。而所谓的强化传热技术则是指在一定的传热面积与温差下，增加传热系数或对流传热系数的技术，这中间包括很多技术含量高的措施，正是国际传热学界的热门课题。
二、强化传热的分类及举例
1、有源强化
有源强化是采用电场、磁场、光照射、搅拌、喷射等手段来提升换热器的传热效果，是以牺牲外部能量来获得较好的传热性能的强化传热手段
1.1EHD强化传热
EHD电流体力学强化传热是在液体中施加高压静电场，利用电场、流场和温度场的相互耦合作用，而达到强化传热的一种有源强化方法。早在1916年，英国学者就发现在流体中施加电场能够强化传热，但此后40多年，该项技术并未受到注意和重视。近年来，由于余热利用、高效暖通空调系统、海洋和地热能开发中对小温差传热的要求，加上EHD强化传热具有效果显著、功耗低、易于控制表面热流等一系例优点，其研究逐渐受到重视。
1.2超声波抗垢强化传热
超声波在液体煤质中传播时会产生机械振动作用、空化作用和热作用。这些作用同时产生效应，会减弱成垢物质的分子之间的结合力以及析出垢粒与管道间的附着力，破坏垢物生成和板结的条件，阻止垢物的生长，从而实现除垢的功能。同时也可导致已形成的垢物脱落形成松散而不宜板结的沉淀物达到除垢作用。因而可是换热器表面污垢热阻减小，换热器总传热系数提高，起到了强化传热和除垢的作用。
1.3流体诱导振动强化传热
1.4扰流装置
2、无源强化
无源强化即在不消耗外功的情况下主要通过改变换热器形状、结构来实现强化传热的效果，是工业强化传热的主要方法
2.1翅化面
用翅片来扩大传热面积和促进流体的紊流度是强化传热的有效方法。翅化面的种类和形式很多，用材广泛，制造工艺多样，翅片管式换热器、板翅式换热器均属此类
2.2异形表面
用轧制、冲压、打扁或爆炸等方法将传热面制造成各种凹凸状、波纹型、扁平状等，使流道截面的形状和大小均发生变化。这不仅使传热表面有所增加，还使流体在流道中号的流动状态不断改变，增加扰动，减少边界层厚度，从而使传热得到强化。
3其他强化传热方法
3.1纳米材料强化传热
纳米流体跟纯液体相比，由于粒子与粒子、粒子与液体、粒子与壁面间的相互作用及碰撞，流动层流边界层被破坏，传热热阻减小，流动紊流强度得到增强，使得传热增加。在相同粒子体积含量下，纳米粒子的表面积和热容量远大于毫米或微米级的粒子，因此流体的导热系数也相应大得多，从而降低循环泵的能量消耗，降低运行成本以及减小热交换器的体积。
3.2脉动强化传热
3.3场协同原理强化传热
三、强化传热的途径
在热设备中应用强化传热技术的目的一般是节约能源、缩小设备尺寸、减轻重量，或使受热部件得到有效冷却，保证设备安全运行。由牛顿冷却公式可知想要强化传热可以从以下三种途径实现1、增加传热推动力；2、增加传热面积；3、增大总传热系数K,增大K值可采用：（1）加大流体的流速（2）改变流动条件（3）减小垢层的热阻。
四、应用场合
不同的强化传热技术有不同的应用场合：对流换热按其发生的原因可分为自然对流换热和强制对流换热。在这良种对流换热过程中，就流体的运动状态又可区分为层流换热及湍流关热，这取决于流体的雷诺数，流道集合形状和固体的壁面状况。从流道集合想状来看就更为复杂，既有圆形，环形，三角形，弧形，又有纵向或横向掠过管簇以及由各种形状管翅或板翅结构组成的复杂集合通道。如果流体在穿热过程中发生相变，则又有迟内沸腾，流动沸腾及蒸汽凝结之分。
前面提到的那些强化传热技术，有的只使用于特定的某些传热介质和传热过程，有的则对所有对流换热状态都有不同程度的强化作用。其中在各类通道中强制对流（包括层流及湍流）换热的强化研究得最多，因而也是最成熟的和在工业上应用的最广的。从强化传热各类措施来看，研究得最多的是各种发展表面，粗糙表面和涡旋强化，而且它们还被广泛地应用于各类热设备中去。就目前来看，
应用最多的是换热器方面的强化传热。当然其他电子方面也有很多。
五、强化传热应该考虑的问题
（一）采用强化传热措施所获得的设备功率的增加和系统热效率的提高，或者设备体积减小，传热介质输送功率降低等效果究竟有多大？
（二）采用所选择的强化传热措施后需要增加多少费用？工艺复杂性怎么样？能否大规模生产？
（三）所采用的强化传热方法与传热介质的相容性如何？能否保证强化传热性能持久有效？
（四）采用强化传热措施后能收到多大的经济效益？
六、总结
传统的强化传热技术已被广泛的应用于化工、轻工、石油、电力冶金、机械、食品等工业领域，且都有效的提高了换热量，起到了强化传热和节约能源的目的。但新的强化传热理论如电场强化、纳米材料强化、场协同强化等还有待深入研究完善和应用于工业实际。
参考文献：董科利，马晓建，鲁锋，强化传热技术及一些典型的应用，2007.6.15 牛小飞，李志学，徐永明，强化传热技术及其应用，2009.12.15