1、我国换热器的我国换热器的技术及发展技术及发展杭州杭氧换热设备有限公司冯苗根2019.4.目录目录1.我国换热器技术发展概述2.我国换热器技术存在的问题3.间壁式换热器简介4.我国换热器产品发展趋势5.新型换热器的技术研究及其应用6.我国换热器行业技术研发能力7.我国换热器行业提升技术竞争力的策略8.换热器行业技术研发方向及进展1、我国换热器技术发展概述 换热器作为一种传热设备，被广泛地应用于炼油、化工、轻工、油田输油加热、城市的集中供暖等领域。特别是由于世界各国对能源危机的逐渐认识，所以，对换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究从未间断过，各国科技工作者纷纷寻找节约能源的途径，其中换热器
2、以及换热元件的研究、开发越来越受到人们的重视。尤其是电子计算机的应用，不仅节省了大量的人力、物力，提高了效率，而且可以进行最优设计与控制，使其达到最佳技术经济性能。随着科学技术的不断发展，适用于各种工况的不同结构的换热器应运而生。而在换热设备中应用最为广泛的是管壳式换热器，它比较容易清洗，易损件容易更换，特别的结构型式允许这种换热器满足几乎所有的场合，包括特别低和特别高的压力和温度、大的温差、蒸发与凝结以及严重污染和具有腐蚀性流体的情况。然而，这种换热器传热系数较低，因而决定了其体积大。同时，这种换热器易结垢，清洗、维护工作量较大。近年来，由于铝及铝合金钎焊技术的不断完善，促使另一种高效紧凑式
3、的新型换热器，即板翅式换热器得到广泛地应用。但也具有自身的局限性，不能用于大流量、高温高压以及有严重污垢和腐蚀的场合，因而在石油、化工等重要领域的应用还很少。最近，热管技术的不断完善，使得热管换热器在工业生产上的应用得到迅猛发展，然而其制造工艺比较复杂，因而在一定程度上限制了它在工业领域的大量应用。2、我国换热器技术存在的问题、我国换热器技术存在的问题 2.1、工艺选型水平低 (1)工艺选型水平偏低：由于计算选型的经验较少，因而造成产品的选型计算不合理，安全裕量往往过大或过小，使产品不能运行在最佳状态，造成使用效果不理想，导致有些领域用户对产品的质量产生怀疑，应用范围受到限制。(2)缺乏先进的
4、计算选型软件：国内近一半的企业已使用软件进行选型，但绝大多数仅限于单一介质的工况，对于一些存在相变或特殊介质的工况只能凭经验估算，缺乏先进的设计计算方法、软件及配套的数据库。2.2、不重视试验研究 换热器综合性能的好坏以及设计、制造的产品能否适合用户工况的要求，其基本依据就是试验测定的准数方程式。每种型式的产品应进行热工性能和流体阻力特性测定。但国内企业普遍不重视试验研究工作，部分企业迫于项目招投标的要求，对产品进行热工测试，但并未对试验数据及准则方程式进行分析或有效利用 国外知名企业如 ALFA LAVAL、APV、GEA等公司，均设有专门的产品研发中心，每年投入销售额 2%3%的费用于对现
5、有产品的完善以及对新产品的试验研究。2.3、创新能力低 (1)自主开发能力差，低水平重复生产，抄袭模仿严重 部分企业不设技术部门或无技术人员。板型设计水平低，没有掌握板型设计的核心技术，多为模仿或抄袭。大部分企业产品的开发仅局限于框架设计，能够从事产品开发及模具设计的技术人员太少，高水平的研发人才更为稀缺 (2)科研费用投入少：由于换热器生产设备简单、投资小，因此生产企业很多且企业规模过小，企业间多为低水平、低价格的恶性竞争，从而造成了整个行业科研投入严重不足，不仅影响新产品的开发，而且导致技术人员不能稳定地从事换热器的设计开发工作，这也是高水平研发人才稀缺的根本原因。3、间壁式换热器简介、间
6、壁式换热器简介 3.1、夹套式换热器。夹套式换热器结构简单：即在容器的外部筒体部分焊接或安装一夹套层，在夹套与器壁之间形成密闭的空间，成为一种流体的通道。夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。当蒸气进行加热时，蒸气由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管排出。如用冷却水进行冷却时，则由夹套下部接管进入，而由上部接管流出。由于夹套内部清洗比较困难，故一般用不易产生垢层的水蒸气、冷却水等作为载热体。这种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器冷凝液的限制，因此适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内金属转子流量计作强制对流。为了弥补传热面积的不足，还可在容器内加设蛇管
7、等。当夹套内通冷却水时，可在夹套内加设挡板，这样既可使冷却水流向一定，又可使流速增大，以提高对流传热系数3.2、沉浸式蛇管换热器 蛇管多以金属管子弯绕而成，或由弯头、管件和 直管连接组成，也可制成适合不同设备形状要求的蛇管。使用时沉浸在盛有被加热或被冷却介质的容器中，两种流体分别在管内、外进行换热。它的特点：结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大的流体介质压力。但是，由于管外流体的流速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。沉浸式蛇管换热器常用于高压流体的冷却，以及反应器的传热元件。3.3、喷淋式蛇管换热器将蛇管成排的固定在钢架上，被冷却的流体在管内流动，
8、冷却水由管排上方的喷淋装置均匀淋下。与沉浸式相比较，喷淋式蛇管换热器主要优点是管外流体的传热系数大，且便于检修和清洗。其缺点是体积庞大，冷却水用量较大，有时喷淋效果不够理想。3.4、套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由 U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大.另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目).特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为 30
9、00 大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。3.5、管壳式换热器管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。在管壳式换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常
10、用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度，可在两端封头内设置适当隔板，将全部管子平均分隔成若干组。这样，流体可每次只通过部分管子而往返管束多次，称为多管程。同样，为提高管外流速，可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间，称多壳程。在管壳式换热器内，由于管内外流体温度不同，壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大，换热器内部将出现很大的热应力，可能使管子弯曲，断裂或从管板上松脱。因此，当管束和壳体温度差超过 50时，应采取适当的温差补偿措施，消除或减小热应力。4 4、我国换热器产品发展趋势、我国换热器
11、产品发展趋势 4.1、大规格：随着工程项目大型化、装置大型化的发展要求，大面积换热器的使用需求增加，尤其是核电、冶金、电力、船舶、大型集中供热等领域对大角孔、大处理量、大装机容量的板式换热器需求量逐年在增加，因此角孔大于 DN350 mm、单片换热面积大于 2.0 m2的产品将不断面世。4.2、多品种：在彻底淘汰、更新原有常规板形后，技术含量较高的板式蒸发器、板式冷凝器、宽间隙板式换热器、超高 NTU 值板式换热器及半焊接板式换热器将成为各企业关注的重点。4.3、系列化：单一品种、单一规格已远不能满足多样化的市场需求，实现同一品种多种规格、多个 NTU值、板片多种组合形式、多种板材应用等，提高
12、产品的适用性，更合理的满足用户需求，将成为今后几年的发展趋势。4.4、高性能：同等条件下产品能够承受高的压力水平、大的装机容量，同时具有优良的传热与较低的流阻。4.5、高可靠性：产品在压力波动、温度波动、大面积、长周期运行时应具有高可靠性。4.6、低成本：通过提高板片的刚性、降低板片的厚度、提高材料利用率、简化加工工序以及压紧板、夹紧螺柱等受压元件科学合理的设计计算来降低成本，提高产品竞争力。4.7、生产企业的专业化、规模化：企业分工细化将成为一种趋势，大而全、小而全的换热器生产企业将分离成专业的垫片生产、框架生产、专用紧固件生产、粘接剂生产企业。这样可以将分散、有限的资金和科研经费充分利用，
13、有利于新产品研发、有利于更新加工工艺及装备、有利于提高产品生产的自动化，使企业逐步向规模化方向发展。5 5、新型换热器的技术研究及其、新型换热器的技术研究及其应用应用5.15.1、强化传热元件与高效换热器、强化传热元件与高效换热器5.1.1、横坟管折流杆换热器这是融合了折流杆换热器技术与横纹管强化技术的一种高效换热器。折流杆换热器是美国菲利普公司上世纪 70年代为解决天然气换热器的流体诱导振动问题开发的一种杆式折流栅换热器。其特点是抗振力强，消除了壳程滞流区，改善了壳程流体的速度和温度的分布。横纹管折流杆换热器的开发应用结果证明，强化传热元件与折流杆的有机组合.在提高管程换热速率的同时也提高了
14、壳程的换热速率，工业运行证明横纹管具有传热效率高、流体阻力小、抗振性能好的特点。5.1.2、缩放管整圆槽孔折流栅板换热器我国现有的中型氮肥厂氢氮气压缩机冷却器，长期以来传热效率低，冷却器的流路不畅，流体横向冲刷所引起换热管的振动一直是未解决的技术难题，直接影响氮压缩机的工作效率。缩放管整圆槽孔折流栅板换热器是近几年来厂校合作开发的另一种新型换热器，是又一种强化传热元件与新型壳程折流结构的优化组合，通常认为强化对流给热的方法是反复改变纵向压力梯度作用下流体的流动，这种流动方式由依次交替的扩展段和收缩段来实现。大量研究证明，波型通道在相同流动阻力下，较平行流道具有更高的传热性能，缩放管其扩展段得到
15、有效的利用，收缩段还利用了流体粘附层速度提高的效果；整圆槽孔折流栅板即折流栅板为一个整圆不开弓形口而冼通每排管的管桥，格孔参数可根据所需流速的大小来确定。新开发的高效换热器取代了我国中型氮肥厂国产氢氮气压缩机一、二、三段原有的回环形折流板冷却器，缩放管整圆槽孔折流栅板换热器工业应用操作运行的结果表明具有明显的强化传热效果。5.1.3、螺旋扁管换热器螺旋扁管是瑞典 AUares公司近年推出的一种高效换热元件，螺旋扁管的结构特点是管子换热段的任一截面均为一长扁长形结构，当组装成换热器时可以混合管束(即螺旋扁管与光滑管混合使用)，也可以是纯螺旋扁管.螺旋扁管的制造过程由“压偏”、“热扭”两个成形过程
16、完成，管子截面类似于椭圆管，椭圆的长短轴比值根据换热管程和壳程的流速设计确定，当管程流速较低时，可增大长、短轴之比值，减少流通截面以提高流速，使换热器两侧处于较理想的流动状态。从管型、管末的结构分析，可以认为螺旋扁管的强化传热主要在于螺旋扁管的独特结构能使管程和壳程同时处于螺旋运行，促使湍流程度。螺旋扁管组装的换热器较常规的换热器的总传热系数高40%，而压力降几乎相等，这与以增大泵功率的消耗来提高传热效率具有截然不同的效果。螺旋扁管换热器可以用于气-气，液-液，液-气换热过程，在化工、石油化工工业中具有广阔的应用前景 5.1.4、空心环管壳式换热器空心环管壳式换热器的开发主要解决了国内硫酸、石
17、油化工等行业气-气换热过程中管壳式换热器传热性能差、钢材耗量大、流体阻力高、系统操作电耗大的技术难题。采用整体结构优化的空心环管壳式换热器取代折流隔板式换热器，能使换热气钢材减少 35%50%，气体压降减少 30%40%。空心环管壳式换热器以强化管型作为换热管，能够同时强化管内与管间支撑物，空隙率大，对流体形成阻力小，其壳程管隙间流体绝大部分压降可作用在强化管的粗糙传热面上用以促进壁流体传热滞流层的湍流强度，降低传热传阻、达到强化传热的目的。实验研究结果还表明，当支承同样的强化管束(即横纹管束)时，空心环支承结构较美国菲利浦石油公司上世纪 70年代开发的折流杆支承结构更能使粗糙管束获得好的强化
18、传热效果，在同等壳程条件下，给热系数高约 35%。综上所述，强化传热元件的开发研究必然会带来多种壳程折流结构的进步，强化传热元件管内流动状态的改变，管间折流形式要研究相应的结构与之相适应，这样才能达到管内与管间整体强化传热效果。工业应用结果表明了多种强化传热元件的研究成果是一个基础，新型壳程折流结构(如折流杆、整圆槽孔折流栅板、空心环折流网板等)的开发使管壳式换热器的折流结构不断变化。目前，可以根据不同的操作条件，不同的使用工况，组合成各种新型高效的换热器。5.25.2、板式换热器在制冷技术中的应用与发展、板式换热器在制冷技术中的应用与发展板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。19世纪 80年
19、代它是首先作为连续低温杀菌器研制成功的，到上世纪 20年代开始应用于食品工业。由于板式换热器在制造和使用上都有一些独特之处。因此，目前板式换热器已经广泛应用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源等工业领域，成为换热器家族中一种极有竞争力的品种。在制冷技术中，换热器是不可缺少的制冷设备，冷凝器、蒸发器、回热器以及中间冷却器等换热器设备，不仅在重量、体积和金属耗量上占整个制冷装置的 50%以上，而且对制冷性能也会产生重大影响。因此，强化制冷换热器的传热，减少重量和体积，降低金属消耗量一直是制冷技术中的发展方向，现已出现了一种新型的、全焊接式的板式换热器在制冷技术中的应用，并且表现出强劲的发展潜
20、力与制冷用管壳式换热器相比，除了具有板式换热器的一般特点，制冷用板式换热器还具有如下特点：制冷剂充灌减少，有利于环境保护和降低运行成本。冻结倾向少，抗冻性能高。由于水在低流速时，就能在板式换热器中形成高度紊流，温度分布非常均匀，从而减少了冷冻水的冻结倾向。即使发生了冻结，也更能承受结冻所产生的压力，而不像壳管式换热器那样容易使热管胀裂，并且可以在结冻后继续使用。蒸发彻底，经济性高。制冷剂在制冷板式换热器中蒸发时，很容易实现完全蒸发达到无液态程度，因此在大多数情况下，制冷系统无须设置气液分离器。并且极易实现单元化，安装简单方便，维修和运输都可节约费用，降低成本。由于与传统的壳管式换热器相比，制冷
21、用板式换热器具有十分明显的发展优势。自上世纪 70年代开始在制冷装置中得到应用以来已经日益受到人们的重视，特别是许多发达国家，如欧洲、美国、日本、澳大利亚等都非常重视制冷用板式换热器的研究和应用。5.35.3、板式换热器在食品及医药行业的应用、板式换热器在食品及医药行业的应用食品是我们日常生活的一部分，是人类赖以生存的物质基础，在食品加工操作类型中，板式换热器被广泛的应用到食品的热、冷加工和脱水加工中，由于板于板之间的间隙小，物料可以高速通过薄层，受热时间短不致有过热产生，对热敏性物料尤为适宜。热加工中的巴式杀菌，冷加工中的冷却处理以及脱水加工的浓缩等都已经非常成熟地应用了板式换热器，不仅减小
22、了对食品本身热性的伤害，而换热器本身造价也很低廉，受到了广大用户的欢迎。5.45.4、波纹管换热器技术性能强化及在电力供热的应用、波纹管换热器技术性能强化及在电力供热的应用波纹管换热器是应用强化传热原理和优化换热管综合性能而推出的新型高效热交换设备。是一种高新技术的强化传热节能型新产品。本高新技术的推出形成了一整套强化传热机理理论，有传统壳管式换热器不可比拟的性能优势，同时促进并实现了换热设备的更新，它是以薄壁金属材料的波纹换热管束代替直管换热管束，修正内部结构，依据压力容器等相关国家专业标准设计研制而成，本产品已经在电力供热领域，石化工业等行业得到了成熟的应用和推广。技术分析：由传热基本方程
23、：Q=KAt可知：增大传热温差t、增加传热面积 A、提高传热系数 K是换热器强化传热的三种途径。传热温差主要决定于冷、热两种介质的温度条件，若系统情况允许应尽量选择逆流，但一般已经为生产操作条件所确定；本产品换热管代替原等直径光管，在保证管束排列的基础上不仅增加了传热面积，更主要的是激发流体湍流的流动效果；提高传热系数是本产品强化传热的重点，它对传热效率和综合经济效益起着关键性作用。介质流动状态的强化：壳管式换热器的换热管均为平滑壁面的直管，由于管内流体与壁面的粘接(粘性)作用，在流体与壁面的接触处形成具有层(滞)流状态的边界层。当流体进入直管初始时流速均匀，随着介质的流动，边界层厚度增加且边
24、界层内流速逐渐减小直至为零，同时随着边界层厚度的逐渐增加，管中心部位的轴向流速也逐渐增大(x0段)，而当流速 V(会使 Re 增大)增大到一定程度时流动即由层(滞)流状态转变为湍(紊)流状态(x1)。根据流体理论，一般确认：Re104为湍流流动状态。换热管的优化形状及传热性能：经过大量实验和实际应用得出核心元件(换热管)的优化形状是保证强化传热的主要条件。形状的选择是基于以较小的流速激发湍流并实现如下功能：(1)由于换热管规律性的形状尺寸，使管内介质流动状态的改变不需要大的雷诺数(即流速较低)，流阻较小，所以介质的任意扰动状况使流体不能形成与轴线平行的流股，进而流体介质的温度，密度、粘性分布及
25、杂质含量沿径向都是均匀的，强化了换热管的热工性能。(2)换热管的形状优化，在保证 L1/D12条件下，L1、L2段前后具有“引射效应”与“节流效应”，即两次变向扰动，故两区域全部内表面都受到流体介质的充分冲刷而不能形成边界层和污垢层，进而管内传热性能大幅度地提高。(3)由于管壁很薄且具有 r1、r2曲率，排除了轴向与径向应力的集中使其具有温差作用下的可伸缩性，使表面污垢杂质容易脱落，因而换热管具有较强的防垢和自动除垢作用，所以进一步强化了管内外的给热性能。波纹换热管的强度耐压等性能特点：波纹换热管除具有良好的传热性能外，还具有如下性能特点：(1)薄壁换热管成型具有严格的成形工艺和形状尺寸，它是
26、在无任何轴向拉(压)、即在自由状态下单波自动连续成形，所以其减薄量极小(远小于 10%壁厚)，使整体管束具有良好的韧性、刚度和轴向伸缩性能特点，避免了换热管束在设备使用过程中由于振动等原因造成的与折流板等部件的碰撞磨损；同时能够补偿两换热介质之间的温差变形。(2)薄壁换热管(壁厚0.51.2mm)经过试验实测和本产品的应用，证明其具有一定的耐压能力(承压1.68.0MPa)，是一个性能良好的受压元件。技术性能的综合强化：波纹管换热器的综合强化是从以下各方面得以保证的：(1)根据设备运行技术参数，通过工艺选型计算确定本产品的规格和换热能力。工艺设计计算时有限制地增加管内流动速度(以防止流阻过大和
27、管束的振动噪音等)促进湍流，以提高传热效率；(2)设计制造执行 GBl50-2019和 GBl51-2019等压力容器国家标准及企业波纹换热管技术条件，并力求实换热管、管扳、法兰等硬件与流程、介质种类腐蚀程度、压力，温度等软件的良好配合。换热管通常选用不锈钢管等，也可根据介质腐蚀情况及具体使用要求选用铜及钛合金管材等；(3)波纹换热管自身的性能特点使其能补偿壳程与管程之间温差产生的轴向拉脱力，使壳体省掉了膨胀节装置，也所以从结构上避免了介质泄漏和介质混合现象。由于不锈钢换热管具有良好的韧性、耐压 性能及抗腐蚀性能，均使整体设备使用寿命大大提高；(4)产品不仅换热效率高，而且从传热机理上几乎排除
28、了堵塞和结垢的可能性，从而明显降低了设备的维修量，增加了使用寿命。由于单位换热管面积增加和传热系数的显著提高.故本产品整体设备结构紧凑，体积重量小，综合性能优良。6 6、我国换热器行业技术研发能力、我国换热器行业技术研发能力6.1、我国换热器研究及发展动向6.1.1、物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别的体现。实验室模拟实际工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组成物的数据就与实际工况相
29、差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更精确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。6.1.2、分析设计的研究分析设计是近代发展的一门新兴学科，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更准确、更便捷的手段。在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能更方便、快捷、准确地得到，使换热器更加安全可靠。这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃。将会逐步取
30、代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。6.1.3、大型化及能耗研究换热器将随装置的大型化而大型化，直径将超过 5m，传热面积将达到单位 10000m2，紧凑型换热器将越来越受欢迎。板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷器将得到发展，振动损失将逐渐克服，高温、高压、安全、可靠的换热器结构将朝着结构简单、制造方便、重量轻方向发展。随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新型、高效的空冷器所取代。保温绝热技术的发展，热量损失将减少到目前的 50以下。6.1.4、强化技术研究各种新型、高效换热器逐步取代现有常规产品。电场动力效应强化传热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰
31、性气体强化传热技术、滴状冷凝技术、微生物传热技术、磁场动力传热技术将会在新的世纪得到研究和发展。同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热器、穿孔板换热器、微尺度换热器、微通道换热器、流化床换热器、新能源换热器将在工业领域及其它领域得到研究和应用。6.1.5、新材料研究材料将朝着强度高、制造工艺简单、防腐效果好、重量轻的方向发展。随着稀有金属价格的下降，钛、钽、锆等稀有金属使用量将扩大，CrMo钢材料将实现不预热和后热的方向发展。6.1.6、控制结垢及腐蚀的研究国内污垢数据基本上是 20世纪 6070年代从国外照搬而来。四十年来，污垢研究技术发展缓慢。随着节能、增效要求的提高，污垢研究将会
32、受到国家的重视和投入。通过对污垢形成的机理、生长速度、影响因素的研究，预测污垢曲线，从而控制结垢，这对传热效率的提高将带来重大的突破。保证装置低能耗、长周期运行，超声防垢技术将得到大力发展。腐蚀技术的研究将会有所突破，低成本的防腐涂层特别是金属防腐镀层技术将得到发展，电化学防腐技术成为主导。6.2、我国换热器行业技术研发创新及投入独立进行技术开发是我国大中型企业技术创新的主要方式。由于其技术基础和力量的相对薄弱，这种方式影响了创新的质量。实际上，多数企业生产技术的创新是通过从外部购置生产设备，引进技术实现的。需要指出的是，目前我国产学研合作的比例有所增加，其重要性逐步为企业所认识应继续大力加强
33、。我国换热器的生产企业主要集中在中小型企业。这些企业不但生产规模小，可以用在技术研发上的投入也较小。中国换热器行业的研发投入占销售额的比例仅 1%，低至 2%-3%的行业利润率难以支撑更高的研发投入，这导致中国换热器企业在基础技术和核心技术领域基本为零，在换热器核心技术领域一直受制于人。7、我国换热器行业提升技术竞、我国换热器行业提升技术竞争力的策略争力的策略 要提升中国换热器的技术竞争力，必须加强自主创新，科学做好科技创新工作发展规划。目前，我们在如何进一步做大做强品牌，提升产品核心竞争力方面还存在明显不足。一是尚未完全形成适合我国特色的创新机制和体系，二是目前的科技投入还不足以支撑大企业大
34、品牌的发展，真正从事科研工作的人员数量偏低；三是科研开发水平与国外先进水平相比有一定的差距，科技人员的学历结构和专业结构不尽合理。针对目前现状，我国换热器行业下一步将着重从两个方面加强工作，一是完善并确立一套适合我国换热器行业的科技创新体系和人才激励机制：二是加强对换热器的研发工作，加大对新材料、新技术、新工艺的研发和应用力度，以品牌为依托，以产品为重点，提升企业的技术竞争力。自主创新是一项凝结集体智慧结晶的战略工程，需要培养全员参与意识。要从全行业发展的大局出发，创造一种和谐的合作伙伴关系，营造出一个良好的技术创新氛围，实现科技成果共享，推动行业科技水平的提高，建立具有中国换热器特色的技术创
35、新体系和运行机制。具体来讲，要进一步增加自身资源的投入，注重面向全社会、面向国际，形成开放式的科技成果引入、使用和转化机制，促进企业加强与高等院校、科研院所及境外跨国公司的研究合作及人员交流，实现技术创新的开放化。同时，注重在全行业加快形成按要素参与分配的激励机制，增强对创新的激励作用，以努力吸引集聚高层次创新领军人才，为提高自主创新能力提供强大的动力来源。8、换热器行业技术研发方向及、换热器行业技术研发方向及进展进展 8.1、换热器技术重点研发方向 换热器技术重点研发方向为传热、流动及防结垢等几个方面。(1)传热、压降系数及有关关联式：目前这些系数和关联式还不齐备，有许多工业上用的传热表面的
36、数据不全或缺少可用的关联式，对于传热单元数 NTU较大的情况，试验技术有较大的误差，有待于改进，翅片与隔板联接的热阻及其对整个传热过程的影响也需要更进一步研究。(2)传热机理和各种传热表面的数值解：由于仅仅掌握经验关系式并不能最终解决开发新的传热表面、强化传热和精确设计等问题，研究工作者越来越多地把精力投入到应用 CFD技术求传热与流动的数值解方面，以期建立模拟传热和流动的数值模型，并通过计算来预测新型表面的传热及阻力系数及其关系。(3)伴有相变及两相流的传热及流动：相对于单相流的传热与流动，这一方面的研究显得很薄弱，今后仍是重点研究的一个领域。(4)防结垢问题：气侧结垢一般并不十分严重，但是
37、传热面紧凑程度越高，其水力直径 Dh越小，垢层对流道截面减小的影响就越大，因而这一问题仍然是工业界最为关心的问题之一。(5)其它问题：物性变化的影响、表面选择方法、如何从结构上保证流体均布、流道如何合理布置以及纵向导热影响等多方面的问题在设计中一直未彻底解决，仍然有待进一步研究。8.2、换热器研发新进展 8.2.1、CFD模型化技术 CFD是英文Computaional Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称，通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD可以看做是在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动
38、的数值模拟，是进行“三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域。换热器行业是 CFD 技术应用的重要领域之一。1933年，英国人 Thom首次数值求解了二维粘性流体偏微分方程，标志着 CFD的诞生；1974年，丹麦的 P.V.Nielsen利用流函数和涡旋公式求解封闭二维流动方程，采用 k-流体湍流模型模拟室内空气流动情况，首次将 CFD技术应用于换热器。随后 10多年，世界各发达国家出于节约能源和提高社会工作效率的考虑，都投入大量人力、物力、财力来进行这方面的研究，并且取得了一定的成果。短短
39、的 20 多年内，CFD 技术在换热器行业中的研究和应用也进行地如火如荼。如今，CFD 技术逐渐成为广大换热器工程师解决分析工程问题的强有力工具。美国是使用 CFD技术较早的国家之一。1986年美国国家标准协会对世界范围内用 CFD模拟室内空气流动的发展情况进行了总结，并成立了专门研究机构，致力于空气流动的研究。美国 ASHARE协会于 1989年成立了研究用 CFD方法预测空气流动的研究机构，比较完整的研究了 CFD方法模拟空气流动的相关问题。日本是另一个使用 CFD技术较成功的国家。数值模拟技术在日本换热器领域的应用始于 20世纪 70年代初。8.2.2、强化传热技术所谓提高换热器性能，就
40、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流体。前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热。最近还兴起一种 EHD技术，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注。其原理是，对某些不导电液体的表面施以相垂直的电场，使液体表面变得很不稳定，借冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电场耗用的电力很小。人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径，即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的湍流增进器或插入物。
