相變儲(chǔ)熱換熱器文獻(xiàn)綜述

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1、相變儲(chǔ)熱換熱器文獻(xiàn)綜述1引言在工業(yè)生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設(shè)備，統(tǒng)稱為換熱器。它是化工、煉油、動(dòng)力、原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備。對(duì)于迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。通常在化工廠得建設(shè)中，換熱器約占總投資的10~20%。在石油煉廠中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的85~40%。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝等。換熱器就是用來進(jìn)行這些熱傳遞過程的設(shè)備，通過這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。由于使用的條件不同

2、，換熱設(shè)備又有各種各樣的形式和結(jié)構(gòu)。另外，在化工生產(chǎn)中，有時(shí)換熱器作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)則把它作為某一個(gè)工藝設(shè)備中的組成部分。其他如回收排放出去的高溫氣體中的廢熱所用的廢熱鍋爐，有時(shí)在生產(chǎn)中也是不可缺少的。總之，換熱器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用是十分廣泛的，任何化工生產(chǎn)工藝幾乎都離不開它。2換熱器發(fā)展歷史簡要回顧二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典

3、又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對(duì)新材料料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。節(jié)能和環(huán)保已經(jīng)

4、成為當(dāng)今世界的兩大主題，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、人口不斷增長、過度開采和能源的利用率過低導(dǎo)致能源供需矛盾越來越大．能源緊缺受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，能量存儲(chǔ)隨之引入了人們的生活。近年來,相變儲(chǔ)換熱器在太陽能利用、工業(yè)廢熱利用及暖通空調(diào)蓄冷和蓄熱等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。相變儲(chǔ)換熱器有多種形式,如管簇式、球形堆積床式和平板式,一些研究者對(duì)其熱性能進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)研究。3實(shí)驗(yàn)研究的主要成果3.1相變儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱強(qiáng)化在潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)中，相變材料通過凝固和溶化有效地儲(chǔ)存和釋放大量能量。相變材料的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)熱密度大，吸熱和放熱的過程幾乎可以在恒定的溫度下進(jìn)行。但是，一些相變材料（特別是石

5、蠟、脂肪酸等有機(jī)相變材料）導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)往往是制約其實(shí)際應(yīng)用的重要因素。因此，如何提高相變材料的導(dǎo)熱性成為相變材料研究關(guān)注的焦點(diǎn)。同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的曾亮等人的研究顯示了以下幾種強(qiáng)化相變材料傳熱的方法：3.1.1與金屬復(fù)合提高相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能金屬基主要包括鋁基(泡沫鋁)和鎳基等,相變儲(chǔ)能材料主要包括各類熔融鹽和堿。金屬基復(fù)合蓄熱材料既能兼?zhèn)涔腆w顯熱蓄熱材料和潛熱蓄熱材料兩者的優(yōu)點(diǎn),又能克服潛熱材料在相變時(shí)液固界面處的傳熱效果差和顯熱儲(chǔ)能材料蓄熱量小及很難保持在一定溫度下進(jìn)行吸熱和放熱等缺點(diǎn),從而使之具備能快速放熱和快速蓄熱,蓄熱量大的特有性能

6、。這些優(yōu)點(diǎn)使它可以用于貯存太陽熱能和工業(yè)加熱爐的余熱回收等領(lǐng)域,因此有廣闊的應(yīng)用前景。3.1.2與陶瓷復(fù)合提高相變儲(chǔ)能復(fù)合材料導(dǎo)熱性能陶瓷基相變儲(chǔ)能復(fù)合材料主要是將相變材料分布于陶瓷基體的超微多孔網(wǎng)絡(luò)中,相變材料受熱熔化時(shí)吸收潛熱,而液態(tài)相變材料受陶瓷基體毛細(xì)張力的作用不會(huì)流出,從而使相變前后維持復(fù)合材料原來的形狀。陶瓷基相變復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代提出的,主要優(yōu)點(diǎn)有:可供選擇的無機(jī)鹽種類多;可同時(shí)利用顯熱和潛熱,蓄熱密度大;無需封裝,不存在腐蝕問題;不存在過冷和相分離的問題[1]。3.1.3利用組合相變材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)強(qiáng)化導(dǎo)熱利用組合相變材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)也是導(dǎo)熱強(qiáng)化

7、的有效手段。浙江大學(xué)能源工程系王劍鋒等人的研究顯示，在同一儲(chǔ)熱系統(tǒng)中采用相變溫度不同的相變材料合理組合,可以顯著提高系統(tǒng)效率,而且能夠維持相變過程相變速率的均勻性。這一特性對(duì)于儲(chǔ)熱或放熱時(shí)間有嚴(yán)格限制的儲(chǔ)熱系統(tǒng)具有重要意義,且適用于工作溫度從幾十度到近千度范圍的相變材料已有數(shù)千種,這為組合相變材料儲(chǔ)熱的研究奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。在組合式相變材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)研究中,相變材料的組合方式主要有兩種:一種方式是沿傳熱流體流動(dòng)方向分別放置相變溫度不同的兩種或兩種以上的相變材料儲(chǔ)熱單元;另一種方式是在同一儲(chǔ)熱單元內(nèi)或沿垂直于傳熱流體流動(dòng)方向通過合理組合放置相變溫度不同的兩種或兩種以上

8、的相變材料。還有一種可能