熱交換器是一種用于在不同溫度的流體之間傳遞熱量的設備，廣泛應用于化工、能源、 HVAC(暖氣、通風和空調)、食品加工等領域。其核心功能是通過高效的熱交換實現能量回收或溫度調節，從而提高能源利用率或滿足工藝要求。以下是熱交換器的關鍵知識點:

1. 主要類型

管殼式換熱器

結構：由外殼和內部管束組成，一種流體在管內流動(管程)，另一種流體在外殼內圍繞管束流動(外殼程)。

特點：耐高壓，易于維護，適用于高溫高壓場合，但效率相對較低。

變形：固定管板式、U型管式、浮頭式等。

板式換熱器

結構：由多層金屬板疊壓而成，流體在板間交替流動。

特點：緊湊高效，傳熱系數高，適用于低溫工況，但承壓能力低。

翅片式換熱器

應用：通常用于空氣冷卻(如空調冷凝器)，通過翅片增加傳熱面積。

螺旋板式換熱器

特點：螺旋通道設計，兼具自清潔能力，適用于含有顆粒或粘稠流體。

其它類型：套管式、板殼式、熱管換熱器等。

2. 工作原理

熱力基礎：遵循熱力學第二定律，熱量通常通過傳導和對流從高溫流體傳遞到低溫流體。

流動方式：

逆流(兩流體反向流動)：效率最高，溫差均勻。

順流(同向流動)：出口溫差小，效率低下。

錯誤流動(垂直流動)：介于兩者之間。

3. 重點設計參數

傳熱系數（U）：由于材料、流速、污垢的影響，反映了整體傳熱能力。

平均溫差對數（LMTD）：用來計算有效的溫差驅動。

壓力降低：傳熱效率和泵送能耗需要平衡。

結垢系數：考慮結垢對長期性能的影響。

4. 材料選擇

金屬材料：不銹鋼(耐腐蝕)、鈦(海水工況)、銅(高導熱)。

非金屬材料：石墨、塑料(耐酸堿但導熱性能差)。

5. 應用場景

工業化：石油煉化中的原油加熱，反應器進料預熱。

電力：鍋爐給水加熱，冷凝器。

 HVAC：冷卻循環中的蒸發器/冷凝器。

新型能源：余熱回收，地熱系統。

6. 維護與優化

防垢措施：定期清洗，水質處理，在線除垢技術。

泄漏檢測：管殼式換熱器的常見問題需要定期檢查。

加強傳熱：采用波紋板、內插物或納米流體等技術。

7. 選型要點

工作條件要求：溫度、壓力、流量、流體性質(腐蝕、粘度)。

經濟性：初始費用，維護費用，壽命周期。

空間限制：緊湊型設計(如板式)適用于空間有限的場合。

液態金屬作為一種同時兼具流動性、高導熱性、高體積相變潛熱的材料，正在為**熱管理技術的發展帶來顛覆性變革。其中，利用液態金屬的高導熱性，并通過浸潤性改性將其制作成高性能熱界面材料，熱阻顯著低于現有硅脂基熱界面材料，可顯著降低芯片或發熱器件與散熱器之間的接觸熱阻；將液態金屬作為流體散熱介質，其換熱系數遠高于現有液冷工質；將液態金屬（低熔點合金）作為相變熱控材料，則具有單位體積相變潛熱大、相變材料內溫度梯度小、相變前后體積變化小等顯著優勢。

常見問題

結垢：降低效率，需要化學清洗或機械清洗。

腐蝕性：由于選材不當或環境因素造成，需要防腐涂層或陰極保護。

振動損傷：通過設計避免流體誘導振動。

熱流體（如蒸汽、高溫油）在管內流動，冷流體（如水、空氣）在管外（殼程）逆向流動，通過管壁進行熱量交換。折流板使冷流體多次橫掠管束，增大傳熱面積與溫差梯度，顯著提升效率。

提高比熱容（Cp）：選擇比熱容高的載冷劑，單位質量可攜帶更多熱量。增強導熱系數（k）：選擇導熱系數高的載冷劑（如液態金屬、納米流體），或通過添加劑（如石墨烯、金屬氧化物納米顆粒）提升導熱性。降低粘度（μ）：低溫下粘度過高會增大流動阻力，可通過選擇低粘度流體或優化溫度控制來改善。