所謂換熱器傳熱強(qiáng)化或增強(qiáng)傳熱是指通過(guò)對(duì)影響傳熱的各種因素的分析與計(jì)算，采取某些技術(shù)措施以提高換熱設(shè)備的傳熱量或者在滿足原有傳熱量條件下，使它的體積縮小。換熱器傳熱強(qiáng)化通常使用的手段包括三類：擴(kuò)展傳熱面積(F)；加大傳熱溫差；提高傳熱系數(shù)(K)。1換熱器強(qiáng)化傳熱的方式1.1擴(kuò)展傳熱面積F
　　擴(kuò)展傳熱面積是增加傳熱效果使用最多、最簡(jiǎn)單的一種方法。在擴(kuò)展換熱器傳熱面積的過(guò)程中，如果簡(jiǎn)單的通過(guò)單一地?cái)U(kuò)大設(shè)備體積來(lái)增加傳熱面積或增加設(shè)備臺(tái)數(shù)來(lái)增強(qiáng)傳熱量，不光需要增加設(shè)備投資，設(shè)備占地面積大、同時(shí)，對(duì)傳熱效果的增強(qiáng)作用也不明顯，這種方法現(xiàn)在已經(jīng)淘汰?，F(xiàn)在使用最多的是通過(guò)合理地提高設(shè)備單位體積的傳熱面積來(lái)達(dá)到增強(qiáng)傳熱效果的目的，如在換熱器上大量使用單位體積傳熱面積比較大的翅片管、波紋管、板翅傳熱面等材料，通過(guò)這些材料的使用，單臺(tái)設(shè)備的單位體積的傳熱面積會(huì)明顯提高，充分達(dá)到換熱設(shè)備高效、緊湊的目的。1.2加大傳熱溫差Δt
　　加大換熱器傳熱溫差Δt是加強(qiáng)換熱器換熱效果常用的措施之一。
　　在換熱器使用過(guò)程中，提高輻射采暖板管內(nèi)蒸汽的壓力，提高熱水采暖的熱水溫度，冷凝器冷卻水用溫度較低的深井水代替自來(lái)水，空氣冷卻器中降低冷卻水的溫度等，都可以直接增加換熱器傳熱溫差Δt。
　　但是，增加換熱器傳熱溫差Δt是有一定限度的，我們不能把它作為增強(qiáng)換熱器傳熱效果最主要的手段，使用過(guò)程中我們應(yīng)該考慮到實(shí)際工藝或設(shè)備條件上是否允許。例如，我們?cè)谔岣咻椛洳膳宓恼羝麥囟冗^(guò)程中，不能超過(guò)輻射采暖允許的輻射強(qiáng)度，輻射采暖板蒸汽溫度的增加實(shí)際上是一種受限制的增加，依靠增加換熱器傳熱溫差Δt只能有限度的提高換熱器換熱效果；同時(shí)，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，傳熱溫差的增大將使整個(gè)熱力系統(tǒng)的不可逆性增加，降低了熱力系統(tǒng)的可用性。所以，不能一味追求傳熱溫差的增加，而應(yīng)兼顧整個(gè)熱力系統(tǒng)的能量合理使用。1.3增強(qiáng)傳熱系數(shù)(K)
　　增強(qiáng)換熱器傳熱效果最積極的措施就是設(shè)法提高設(shè)備的傳熱系數(shù)(K)。
　　換熱器傳熱系數(shù)(K)的大小實(shí)際上是由傳熱過(guò)程總熱阻的大小來(lái)決定，換熱器傳熱過(guò)程中的總熱阻越大，換熱器傳熱系數(shù)(K)值也就越低；換熱器傳熱系數(shù)(K)值越低，換熱器傳熱效果也就越差。
　　換熱器在使用過(guò)程中，其總熱阻是各項(xiàng)分熱阻的疊加，所以要改變傳熱系數(shù)就必須分析傳熱過(guò)程的每一項(xiàng)分熱阻。如何控制換熱器傳熱過(guò)程的每一項(xiàng)分熱阻是決定換熱器傳熱系數(shù)的關(guān)鍵。
　　上述三方面增強(qiáng)傳熱效果的方法在換熱器都或多或少的獲得了使用，但是由于擴(kuò)展傳熱面積及加大傳熱溫差常常受到場(chǎng)地、設(shè)備、資金、效果的限制，不可能無(wú)限制的增強(qiáng)，所以，當(dāng)前換熱器強(qiáng)化傳熱的研究主要方向就是：如何通過(guò)控制換熱器傳熱系數(shù)(K)值來(lái)提高換熱器強(qiáng)化傳熱的效果。我們現(xiàn)在使用最多的提高換熱器傳熱系數(shù)(K)值的技術(shù)就是：在換熱器換熱管中加擾流子添加物，通過(guò)擾流子添加物的作用，使換熱器傳熱過(guò)程的分熱阻大大的降低，并且最終來(lái)達(dá)到提高換熱器傳熱系數(shù)(K)值的目的。2 .換熱器上擾流子強(qiáng)化傳熱的使用
　　換熱器在傳熱過(guò)程中，影響換熱器傳熱系數(shù)(K)的主要因素包括：換熱器內(nèi)、外部液體的流動(dòng)狀態(tài)，換熱面的形狀及尺寸等。為了提高換熱器的傳熱系數(shù)，強(qiáng)化換熱器的傳熱效率，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多種強(qiáng)化元件及強(qiáng)化措施，主要包括在換熱器中使用螺紋管、橫紋管、縮放管、大導(dǎo)程多頭溝槽管、整體雙面螺旋翅片管以及在換熱管中加擾流子來(lái)強(qiáng)化管內(nèi)換熱等。其中，在換熱管中加擾流子添加物進(jìn)行強(qiáng)化傳熱在工業(yè)上已使用了多年，它可以使換熱器總的傳熱系數(shù)出現(xiàn)明顯的提高，可以大大節(jié)省換熱器的傳熱面積，降低設(shè)備重量，節(jié)約大量金屬材料，它的許多優(yōu)點(diǎn)已日益引起人們的重視。
　　將對(duì)換熱器擾流子強(qiáng)化傳熱的原理及特點(diǎn)作以下詳細(xì)論述2.1擾流子強(qiáng)化元件的種類和共同特點(diǎn)
　　擾流子強(qiáng)化元件有多種形式，現(xiàn)在使用最多的包括:金屬絲制元件、金屬螺旋圈、盤狀構(gòu)件、麻花鐵、翼形物等。這些擾流子強(qiáng)化元件有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是：在換熱器換熱管中這些擾流子添加物可以有效降低換熱器傳熱過(guò)程中的總熱阻，大大地提高換熱器的傳熱系數(shù)(K)值，對(duì)換熱器的傳熱效果增強(qiáng)明顯。2.2擾流子強(qiáng)化傳熱的原理
　　研究表明，加入到換熱器換熱管中的擾流子添加物可以使換熱管內(nèi)流動(dòng)的液體產(chǎn)生明顯的螺旋運(yùn)動(dòng)。換句話說(shuō)，在換熱器換熱管中加入擾流子添加物，就相當(dāng)于在換熱器換熱管中加入空隙率ε≥95%的多孔體，當(dāng)換熱器換熱管中流動(dòng)的液體流經(jīng)這些擾流子添加物以后，流道內(nèi)將產(chǎn)生明顯的彌散流動(dòng)效應(yīng)，在低雷諾數(shù)下(Re≥300)，由于彌散流動(dòng)的促進(jìn)，使換熱器換熱管中的液體轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。湍流狀態(tài)的流動(dòng)液體其總熱阻是所有流態(tài)液體中最小的，由于換熱器換熱管中湍流狀態(tài)的流動(dòng)液體熱阻非常小，所以，換熱器的傳熱系數(shù)(K)值將大大增加。在高的傳熱系數(shù)(K)值狀態(tài)下，換熱器中擾流子強(qiáng)化傳熱的效果就會(huì)非常明顯。
　　當(dāng)然換熱器中的擾流子對(duì)流經(jīng)換熱管的不同介質(zhì)，其強(qiáng)化傳熱的效果是有區(qū)別的。并且，換熱管內(nèi)擾流元件的形狀和在傳熱面上的安裝方法，對(duì)傳熱和流阻都有影響，一般可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其最佳形式。例如試驗(yàn)表明：在管道的全長(zhǎng)填滿螺旋形金屬絲與間斷設(shè)置螺旋圈相比，后者在傳熱性能不變時(shí)可減小流阻。
　　關(guān)于擾流子強(qiáng)化傳熱的原理，還有許多其它見解，有的專家認(rèn)為擾流子強(qiáng)化傳熱是基于加大了傳熱面積和粗糙度，這無(wú)疑是正確的。但試驗(yàn)表明，即使不緊貼壁面安裝，則軸向固定在流道中心的擾流子也能使α值加大，有人解釋為填充物能產(chǎn)生持續(xù)不斷的渦流，并沿流向產(chǎn)生一個(gè)中心旋轉(zhuǎn)流，在離心力的影響下使管中心的流體與壁面邊界層流體充分混合。從而減薄了邊界層，強(qiáng)化了傳熱?？偟目?，有關(guān)擾流子強(qiáng)化傳熱的理論還不完備和一致，一些數(shù)據(jù)僅來(lái)自實(shí)驗(yàn)，有待于更多的科研人員開發(fā)和利用。2.3擾流子強(qiáng)化傳熱的特點(diǎn)
　　在換熱器換熱管中加擾流子添加物，最明顯的特點(diǎn)就是大大增強(qiáng)了換熱管內(nèi)側(cè)的換熱系數(shù)。試驗(yàn)表明，在換熱器換熱管中加擾流子添加物，換熱管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)可比光管提高3.5倍以上。
　　擾流子強(qiáng)化傳熱除了減少金屬消耗，它還可以提高工廠熱能利用效率，降低能耗。目前，一些設(shè)計(jì)追求高熱強(qiáng)度，而管殼式換熱器由于傳熱效率低，設(shè)計(jì)中采用的主要手段是選擇提高對(duì)數(shù)平均溫差，這要導(dǎo)致能耗的大幅度增加。以煉油廠常減壓裝置為例，傳熱溫差為60℃，以熱—冷流體260～200℃計(jì)算，傳熱占熱流21.5%，如果將溫差降至33℃，傳熱損可降至10%采用擾流子強(qiáng)化傳熱的換熱器，在保證換熱強(qiáng)度不變的情況下，可以顯著降低傳熱溫差，從而降低了熱損更好地實(shí)現(xiàn)能級(jí)匹配，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
　　采用擾流子強(qiáng)化傳熱，另一優(yōu)點(diǎn)就是可有效地抑制污垢的生成。結(jié)垢是換熱器非常棘手的問(wèn)題。污垢使傳熱效率下降，它的導(dǎo)熱性能差，只有鋼的1/30～1/50。對(duì)碳鋼管油冷卻器，當(dāng)水垢厚度達(dá)到2mm時(shí)，將比新制無(wú)垢時(shí)的運(yùn)行效率下降30%。美國(guó)傳熱研究公司對(duì)換熱器的污垢問(wèn)題進(jìn)行了多年的研究，發(fā)現(xiàn)污垢的形成、生長(zhǎng)，主要與介質(zhì)溫度和流速有關(guān)，介質(zhì)溫度越高，介質(zhì)與壁面溫差越大，流速越低，越易形成污垢。為了消除管側(cè)污垢，國(guó)外一些廠家通過(guò)提高管內(nèi)流速(V＝2～3m/s)，但這帶來(lái)過(guò)高的壓降，能耗很大。采用擾流子強(qiáng)化傳熱的換熱器，設(shè)備管側(cè)的污垢顯著減少。首先，由于流體的彌散流動(dòng)，介質(zhì)的溫度梯度較小，抑制了污垢的形成、生長(zhǎng)；其次，由于彌散流紊動(dòng)度很高(擾流子強(qiáng)化相當(dāng)于靜態(tài)攪拌器)，流體中的雜質(zhì)不易沉積成垢。
　　使用擾流子強(qiáng)化傳熱換熱器的清洗十分方便。短時(shí)期清洗時(shí)，可不抽出強(qiáng)化元件，用水速為V＞0.8m/s的清洗水沖刷管程即可。實(shí)驗(yàn)表明。當(dāng)水速達(dá)到0.8m/s時(shí)，水流將產(chǎn)生強(qiáng)烈的彌散渦流，對(duì)管壁有很強(qiáng)的沖刷效應(yīng)。因此，可以比較干凈地除掉擾流子及管壁上的垢物。如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后清洗，可抽出強(qiáng)化元件，分別清洗擾流子與管壁，這也很便于實(shí)施。