換熱器中的傳熱方式有哪些？

換熱器作為實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的設(shè)備，它的內(nèi)部發(fā)生的傳熱過(guò)程是熱力學(xué)基本規(guī)律的集中體現(xiàn)。理解這些傳熱方式和相互作用，是進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)、選型、性能分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)。在一個(gè)典型的換熱器中，熱量從熱流體傳遞到冷流體，通常不是通過(guò)單一方式，而是熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱和熱輻射三種基本方式協(xié)同作用的結(jié)果，其中對(duì)流傳熱往往占據(jù)主導(dǎo)地位。

1.對(duì)流傳熱是換熱器中最重要、最普遍的傳熱方式。它是指流體與固體壁面之間，或不同溫度流體微團(tuán)之間，由于宏觀相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞。在換熱器中，這具體表現(xiàn)為：熱流體與換熱壁面之間的對(duì)流，以及冷流體與另一側(cè)壁面之間的對(duì)流。對(duì)流傳熱的強(qiáng)度用對(duì)流傳熱系數(shù)h來(lái)衡量，它受流體物性、流動(dòng)狀態(tài)、流速、壁面幾何形狀等多種因素影響。工程師設(shè)計(jì)波紋板片、折流板、翅片等，重要的目的就是為了擾動(dòng)流體，破壞邊界層，從而強(qiáng)化對(duì)流傳熱。

2.熱傳導(dǎo)是熱量通過(guò)固體材料本身，從高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的方式。其驅(qū)動(dòng)力是溫度梯度，遵循傅里葉定律。在換熱器中，熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在分隔兩種流體的固體壁內(nèi)。為了減小這項(xiàng)熱阻，通常選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，并盡可能減薄壁厚。然而，在某些特定工況下，如處理腐蝕性介質(zhì)時(shí)，可能需要采用不銹鋼、鈦等導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低的材料，此時(shí)傳導(dǎo)熱阻會(huì)變得比較明顯。

3.熱輻射是以電磁波形式傳遞能量的方式。它的傳熱量與物體表面溫度的四次方成正比。在大多數(shù)中低溫的工業(yè)換熱器中，由于溫差不大，輻射換熱量與對(duì)流和傳導(dǎo)相比通常可以忽略不計(jì)。但在高溫工況下，如冶金、玻璃熔爐的余熱回收，或者燃燒煙氣冷卻器中，輻射傳熱可能變得非常重要，需要在設(shè)計(jì)時(shí)予以充分考慮。

因此，一臺(tái)換熱器的總傳熱過(guò)程，是熱量先通過(guò)對(duì)流從熱流體傳遞到熱側(cè)壁面，再通過(guò)熱傳導(dǎo)穿過(guò)壁面，最后再通過(guò)對(duì)流從冷側(cè)壁面?zhèn)鬟f到冷流體的串聯(lián)過(guò)程。輻射傳熱則在特定條件下疊加其中。專業(yè)的換熱器設(shè)計(jì)，如艾克森所實(shí)踐的，正是通過(guò)優(yōu)化流道設(shè)計(jì)、精選材料與厚度、并針對(duì)高溫工況進(jìn)行特殊考，來(lái)系統(tǒng)地減少各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻，從而實(shí)現(xiàn)整體傳熱效率的最大化。