高效传热技术在热能与动力技术中的研究与应用.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 22 日 作者简介:张余波(1981),男,汉族,湖北黄梅人,工程师(热动),内蒙古鄂尔多斯市北方魏家峁煤电公司,研究方向为热能动力方向。-29-高效传热技术在热能与动力技术中的研究与应用 张余波 北方魏家峁煤电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 010308 摘要:摘要:本文研究了高效传热技术在热能与动力技术中的应用,概述了高效传热技术的定义、分类,对该技术的基本理论与原理进行了详细介绍。列举了高效传热技术主要研究领域与关键技术,包括热传导、热对流和热辐射等方面的研究进展。重点讨论了高效传热技术在热能技术和动力技术中的具体应用,包括
2、热力发电、热能存储和热能转换等方面的应用情况。分析了高效传热技术的发展趋势和面临的科技挑战,并对其对产业发展的影响与启示进行了探讨。通过对高效传热技术的研究,本文旨在为热能与动力技术的发展提出了有益的参考和建议。关键词:关键词:高效传热技术;热能;传热技术;动力技术;应用 中图分类号:中图分类号:TM62 1 高效传热技术概述 1.1 高效传热技术的定义及分类 高效传热技术是指在热能传递过程中,通过优化传热界面、减小传热阻抗、提高传热速率等手段,实现更高效、更节能的热能传递。根据传热方式的不同,高效传热技术可分为传导传热、对流传热和辐射传热三类。1.2 高效传热技术的基本理论与原理 高效传热技
3、术的基本理论和原理涉及热传导、热对流和热辐射等方面的知识。热传导是指热量通过固体物体内部的传递过程,热对流是指热通过流体介质的传递过程,热辐射是指热量通过电磁波的辐射传递过程。在高效传热技术中,通过对这些传热过程的优化和控制,达到提高传热效率的目的。2 高效传热技术的主要研究领域与关键技术 2.1 热传导研究 热传导模型研究中,主要探讨不同材料的热传导机制和传热规律,包括热传导的物理过程和数学模型的建立。研究人员通过实验和理论分析,深入研究热传导过程中的微观结构变化和能量传递机制,为高效传热技术的开发提供理论基础。热传导性质的测量方法研究旨在提高热传导性能的测量精度和准确性。研究者通过改进传统
4、的热传导测试方法,如热比容法、电阻法和传热脉冲法等,提高样品温度场的均匀性和测量精度,同时开发新的热传导测试方法,如纳米级热传导测试和超快热传导测试等。材料结构与热传导性能关系研究主要考察材料的结构特征对热传导性能的影响。研究者通过改变材料的晶格结构、形貌和厚度等因素,调控材料的热传导性能。此外,还有一些研究探索新的材料,如纳米复合材料和多孔材料等,以提高材料的热传导性能。2.2 热对流研究 热对流是流体中的热能传递方式,研究领域主要包括流体流动特性的研究、传热改进技术的开发和传热增强理论的研究等。流体流动特性的研究主要关注流体在不同条件下的流动行为和传热规律。研究者通过实验和数值模拟等方法,
5、分析流体在不同流动状态下的流速分布、温度分布和湍流特性等,并对流动状态的变化对传热性能的影响进行研究。传热改进技术的开发旨在提高热对流传热的效率和效果。研究人员通过改变传热介质的流动方式,如增加表面粗糙度和改变流动路径等,提高热对流传热的强度和速率。同时,还采用新的传热增强装置,如换热器和增强传热表面等,以提高传热设备的传热效率。2.3 热辐射研究 热辐射是热能的无介质传递方式,研究领域主要包括热辐射特性的研究、热辐射传热的改进和热辐射传热模型的建立等。中国科技期刊数据库 工业 A-30-热辐射特性的研究主要包括热辐射能量计算和热辐射传热机理研究。研究人员通过实验和理论分析,探索不同材料的热辐
6、射特性,如发射率、反射率和吸收率等,并研究热辐射过程中的能量传递机制。热辐射传热的改进旨在提高热辐射传热的效率和效果。研究者通过改变热辐射介质的物理特性,如增加表面粗糙度和改变反射率等,提高热辐射传热的强度和速率。同时,还采用新的热辐射传热装置,如辐射换热器和辐射增热表面等,以提高传热设备的传热效率。3 高效传热技术在热能技术中的应用 3.1 高效传热技术在热力发电中的应用 高效传热技术在热力发电中起着关键作用。热力发电过程中,燃烧或核能反应产生的热能被转化为电能。在这一过程中,需要通过高效的传热技术来提高热能的利用效率。高效传热技术在锅炉中的应用可以有效地提高燃烧过程中的热能传输效率。通过增
7、加燃烧室与锅炉水壁之间的接触面积和提高传热系数,可以有效地提高锅炉的热效率。同时,通过优化燃烧过程中的烟气流动和传热方式,可以进一步提高锅炉系统的传热效率。高效传热技术在汽轮机中的应用也起着重要作用。汽轮机是将热能转化为机械能的关键设备,而高效的传热技术可以提高热能的输入效率。在汽轮机的热端,通过优化锅炉传热管路、提高燃料燃烧效率和减少烟气排放,可以提高燃料的利用效率。在汽轮机的机械端,通过改进叶片材料、减少内摩擦和损失,可以提高汽轮机的传热效率。高效传热技术在热力发电中的余热利用方面也具有重要意义。余热利用可以将废热转化为有用的能源,提高整个系统的能源利用效率。通过利用高效传热技术,可以有效
8、地回收锅炉烟气中的余热,并将其转化为电能或其他可利用的热能形式。同时,余热利用还可以用于加热工艺水和空气预热等工艺需求,进一步提高热力发电系统的效率。3.2 高效传热技术在热能存储中的应用 高效传热技术在热能存储中具有重要应用价值。热能存储是指将热能在形式和时间上分离储存,以便在需要时进行释放的过程。通过应用高效传热技术,可以提高热能存储的效率和容量。在热能储存材料中,高效传热技术可以提高热能的传输速率和传输能力。通过优化热储材料的热导率和热容量,并采用高效的传热设备(如热交换器、换热管等),可以将热能更快速地储存和释放。同时,高效传热技术还可以减少热储材料中的温度损失,提高热能存储系统的效率
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