有 人在氨立式冷凝器中，采用螺旋槽鋼管為強化傳熱元件，與光滑鋼管進行了對比試驗，結(jié)果表明螺旋槽鋼管的傳熱系數(shù)比光滑鋼管高12.9%～65.5%。某冷 凍廠的氨立式冷凝器應用螺旋槽鋼管，經(jīng)過一年多的運行測試，傳熱系數(shù)比用光滑鋼管高32.6%～57%[11]。水蒸汽在水平換熱管外凝結(jié)的條件下，螺旋 槽管是實現(xiàn)冷凝器小型化理想的管型之一，是一種雙側(cè)強化管。這種管型加工方便，抗結(jié)垢能力強，除垢方法簡易，有的已用于船用冷凝器。文獻[10] 對螺紋槽管的研究結(jié)果表明：（1）在冷卻水質(zhì)量流量及水阻相等的條件下，螺紋槽管冷凝器的換熱面積可比光管減少30.6%～33.8%；（2）在清潔狀態(tài) 下，螺紋管槽傳熱系數(shù)是光管的1.25～1.41倍，運行一年后（結(jié)垢狀態(tài)），其傳熱性能仍_過光管。

    2.1.4橫紋槽管

    橫 紋槽管是20世紀70年代中期出現(xiàn)的一種傳熱元件。它用普通圓管作毛胚，在管外壁經(jīng)簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)翅，具有 加工簡單，制造成本低廉的優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。橫紋槽管是螺旋槽管螺旋角為90°時的形式。其強化傳熱機理為：徑向流動破壞了邊界層底層的形成， 在_程度上強化了傳熱。另一方面，當管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)翅時，管壁附近形成橫向漩渦，增大了邊界層的擾動，有利于熱量通過邊界層向流體主體的傳遞。由于橫 向環(huán)翅的不斷出現(xiàn)，當前一個渦流即將消失時，流體流經(jīng)下一個橫翅馬上產(chǎn)生新的橫向渦流，因而可保持連續(xù)且穩(wěn)定的強化作用[12]。橫紋槽管主要用來強化管 內(nèi)單相流體的傳熱，研究發(fā)現(xiàn)，在相同流速下，橫紋槽管流動阻力要小于單頭螺旋槽管。

    

    文獻[12]對橫紋管的污垢性能進行了實驗研究，結(jié)果表明：橫紋管有較好的傳熱性能，在清潔狀態(tài)下，橫紋管的強化比約為1.2；在結(jié)垢狀態(tài)下，橫紋管的強化比約為1.4。故橫紋管比光管_適宜于結(jié)垢狀態(tài)下使用。

    2.1.5肋片管

    肋 片管分為低肋片管和高肋片管。低肋管也即通常所稱的螺紋管，是制冷殼管式換熱器中普遍采用的換熱管，也是蒸發(fā)式冷凝器中普遍采用的強化傳熱方法之一，用于 油品冷卻效果也較好。高肋片管則主要用在空冷器上。采用肋片管，通過調(diào)節(jié)管內(nèi)、外某一側(cè)的膜傳熱系數(shù)，即翅片位于傳熱系數(shù)較小的一側(cè)，可使總傳熱系數(shù)值增 加幾倍[9,13,14]。

    低肋片管和高肋片管均已標準化，可按標準直接向_廠家訂購。

    2.1.6變螺距內(nèi)螺紋管

    采 用在已加工好的管壁內(nèi)部加工變螺距內(nèi)螺紋，不但可以擴大管子的內(nèi)表面積，增加傳熱面積，并且由于管子不再是光管，內(nèi)部有螺紋所以內(nèi)壁變得粗糙，可以破壞層 流邊界層，使管內(nèi)的制冷劑的流態(tài)變成紊流，從而提高管內(nèi)對流換熱系數(shù)。同時，因為采用變螺距，沿著流體流動方向螺距從大變小，這樣可進一步增強流體的擾 動，強化流體的換熱系數(shù)。

    研究表明，將等間距內(nèi)螺紋翅片管換熱器的管內(nèi)螺紋改為變間距，由于管內(nèi)有規(guī)則、連續(xù)的凸肋和凹槽發(fā)生改 變，可使其內(nèi)表面積比等間距增大8.4%，傳熱系數(shù)增大3.82%，管內(nèi)換熱系數(shù)增加4.89%[15]。等間距內(nèi)螺紋管與變間距內(nèi)螺紋管的結(jié)構(gòu)示意圖如 圖5、圖6所示。

                  

 

 

 

換熱設備按工藝功能和用途可以分為冷卻（凝）設備、其它換熱設備（包括蒸發(fā)器、加熱器、預熱器、再沸器等）。其中，冷卻 （凝）設備是將高溫的工藝介質(zhì)或制冷劑蒸汽的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)，使高溫的工藝介質(zhì)或制冷劑蒸汽降溫冷卻或凝結(jié)成液體的設備。冷卻（凝）設備按冷卻介質(zhì)以 及冷卻方式的不同可分為三類，即水冷卻（凝）器（亦稱水冷卻系統(tǒng)）、空冷器、蒸發(fā)式冷卻（凝）器（含復合型冷卻（凝）器），各冷卻（凝）器性能特點對 比見下表。另外，冷卻（凝）設備按換熱部件的傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)可以分為管式、板式及其它形式。

各冷卻（凝）器的性能特點對比

 

水冷卻（凝）器

空冷器

蒸發(fā)式冷卻（凝）器

復合型冷卻（凝）器

定義

以水為冷卻介質(zhì)，利用水的溫升帶走熱量，對高溫流體進行冷卻（凝）的設備，通常外配冷卻塔。

以空氣為冷卻介質(zhì)，利用空氣的溫升帶走熱量，對高溫流體進行冷卻（凝）的設備。

以水和空氣為冷卻介質(zhì)，以空氣為載體，靠水的蒸發(fā)帶走熱量，對高溫流體進行冷卻（凝）的設備，是一種冷卻（凝）設備。

以水和空氣為冷卻介質(zhì)，通過蒸發(fā)式換熱和空冷式換熱優(yōu)化組合而形成的對高溫流體進行冷卻（凝）的節(jié)水節(jié)電冷卻（凝）設備。

換熱方式

顯熱換熱

顯熱換熱

潛熱換熱為主

顯熱+潛熱換熱

特點

耗水量大，水泵耗能大，水處理費用高。

成本較高，降溫效果差。

對水質(zhì)要求相對較高

對水質(zhì)要求較低

備注：顯熱換熱指依靠冷卻介質(zhì)的溫度的升降進行換熱的方式，是無相變的換熱過程；潛熱換熱是冷卻介質(zhì)在同一溫度下，相變過程中吸收或釋放熱量的換熱方式。

① 水冷卻（凝）技術

水冷卻（凝）技術的產(chǎn)品為水冷卻（凝）器。水冷卻（凝）器適用于水資源豐富的地區(qū)，在現(xiàn)今很多工業(yè)領域中，仍然是使用較廣泛的一種冷卻（凝）方式。

②空冷技術

空 冷技術的產(chǎn)品為空冷器。空冷器比水冷卻（凝）器的突出優(yōu)勢在于：冷源充足、節(jié)省冷卻用水、減少環(huán)境污染。然而，由于之前對水資源節(jié)約意識不足，空冷器的推 廣發(fā)展緩慢。2000年以后，空冷器節(jié)水的優(yōu)勢逐漸被重視，并開始快速發(fā)展。目前，火力發(fā)電和石化已經(jīng)成為空冷器較大的兩個應用領域。