蓄热式换热器的背景

回热式换热器，又称蓄热式换热器。在这种换热器中冷、热两种流体依次交替的流过同一换热表面而实现热量交换的设备。在这种换热器中，换热表面通常采用波纹板，除了换热以外还起到了蓄热的作用，因此称之为回热式波纹板。高温流体通过时，蓄热式波纹板传热元件吸收并积蓄能量，然后流过的低温流体通过对流换热将热量吸收，从而形成一个能量的转换过程。回热式换热器广泛应用于低温余热利用领域，例如电站的回转式空气预热器就是一种典型的蓄热式换热器。蓄热式换热器可以将进来的空气加热到一定的温度，提升了锅炉在发电过程的换热性能，因此大大增大了能源的利用效率，在节能减排方面有着巨大的应用前景。

由于回热式换热器通常在给定的温度范围内进行对流换热，强化传热技术通常只有两个手段:增加传热面积和提高传热系数。从研究现状知目前主要采用改进换热面形状进行扰流来提高传热系数，即优化波纹板结构和尺寸的方法。而在其他领域，通过传热表面的凸起或射流，干扰传热表面流体的流动，促进流体之间的无序性混合使温度场和流场趋向均匀，本质上破坏流动与换热过程的热边界层从而传热效果得到较好的提升。该方法已引起国内外相关学者的关注。采用扰流孔、电晕风、纵向涡等手段成为工程热物理学界的研究热点，在应用领域和基础研究领域都吸引科学工作者开展了大量的研究工作。

近年来，大量的研究是利用纵向涡发生器诱导产生纵向涡来破坏边界层从而实现强化传热。流体流动方向上存在障碍物时，由于压力分布的不均匀性造成气流的回旋运动可形成纵向涡，纵向涡强化传热是一种较受关注的方法，但其缺点是同时增大了流动阻力，而且凸起表面在烟气中容易产生积灰。又如电晕效应[2-3]是将电场基本理论引入到传热学领域，通过在流体中施加外电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用和协同达到强化传热的有效方法，但其结构较为复杂，实际的厂泛应用还需广大学者的进一步深入探索。扰流孔强化传热与其他强化传热技术相比，具有极大的优势。一方面，扰流孔的存在可以有效地提高传热元件的传热系数，提高换热器的整体换热能力;另一方面，扰流孔的存在导致传热元件的上下表面压差不同，进而形成垂直于扰流孔截面的径向流动。对于含尘情况下，该流动会打散原有的灰尘积结方式，灰尘的扩散过程中径向流动可以减缓灰尘在重力作用下的沉降，利于灰尘排出换热器，从而可以缓解积灰等问题。而换热元件的腐蚀问题主要是，烟尘脱硝后烟气中存在氨根离子、三氧化硫会存在于烟尘中，当烟尘积结在传热元件上后水蒸气和氨根离子、三氧化硫相互作用后，形成酸性环境造成传热元件腐蚀。这样就会造成换热元件表面光洁度进一步变差，造成积灰堵塞问题进一步恶化，进而酸腐蚀加重，形成恶性循环，因此扰流孔存在时的传热元件上下表面的压差不同造成纵向流动缓解了烟尘的重力沉降，对烟尘扩散具有极为有利的帮助。扰流孔在富含烟尘的蓄热式换热器中对于防腐防堵等工程问题与环保节能方向具有十分重大的应用前景。图1.1所示是扰流孔波纹板的示意图，扰流孔加工方便，由于波纹板两侧流动状况的不对称产生压差，扰流孔中就会产生纵向的流速，增大了气流扰动，破坏了边界层，可大大提高对流换热效果;流体产生垂直波纹板方向的流速，可有效减轻积灰现象，对工业含尘烟气的余热利用具有极其重要的积极作用。

由于世界工业的发展，经济与生态环境方面的矛盾日益加剧，因此现代化生产巫需具有高度知识自主产权并可为工业发展提供良好的可持续发展适应性的新型环保节能技术。蓄热式换热器作为换热设备，广泛应用于国民经济发展的各个工业领域中，扰流孔强化传热技术的应用不但可以节能环保，而且还可节约投资和运营成本。特别是针对换热器设备中流体含有大量烟尘的情况，扰流孔强化传热技术是最优选择。所以，扰流孔强化传热技术在换热器性能优化方面是一个重要课题，对国民经济的优化发展具有重大的经济意义。

因此，基于扰流孔强化回热式波纹板对流传热的机理研究，对解决含尘烟气的余热利用问题具有非常重要的理论意义，在燃煤电厂回转式空预器和工业含尘烟气的余热利用等领域中有着广泛的应用前景。

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