干燥過(guò)程的節(jié)能問(wèn)題

1、干燥過(guò)程的節(jié)能問(wèn)題3.1 概述能源是人類(lèi)賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)宏偉目標(biāo)的基本物質(zhì)保證。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以較快的速度持續(xù)發(fā)展，能源需求迅速增長(zhǎng)，由此造成的環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重，我國(guó)正面臨著前所未有的能源與環(huán)境的雙重巨大壓力。 據(jù)報(bào)道，到2005年，我國(guó)能源供給的總量預(yù)計(jì)可以達(dá)到13億1557萬(wàn)噸標(biāo)煤，比2000年的10億6988萬(wàn)噸已有了很大的增長(zhǎng)，但仍然遠(yuǎn)不能滿足更快增長(zhǎng)的能源需求。 到2005年末，我國(guó)能源供需差距總量達(dá)到12670至14952萬(wàn)噸標(biāo)煤。其中，煤炭為31395209萬(wàn)噸，石油為979310245萬(wàn)噸，使我國(guó)石油的年進(jìn)口量有可能

2、突破1億噸。這就使我國(guó)的能源安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。我國(guó)要在2020年實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)翻兩番的宏偉目標(biāo)，那時(shí)的能源需求總量有可能超過(guò)36億噸標(biāo)煤。從我國(guó)的能源供應(yīng)能力來(lái)看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一要求。因此，切實(shí)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，走資源節(jié)約型的新型工業(yè)化道路，就成為不可替代的戰(zhàn)略選擇。干燥操作涉及的領(lǐng)域極為廣泛，在化工、醫(yī)藥、食品、造紙、木材、糧食與農(nóng)副產(chǎn)品加工、建材等領(lǐng)域，干燥操作常常成為其生產(chǎn)過(guò)程的主要耗能環(huán)節(jié)。據(jù)英國(guó)統(tǒng)計(jì)，在英國(guó)農(nóng)產(chǎn)品和食品加工過(guò)程中的總能耗約為286×109MJ/年，其中干燥部分為35×109MJ/年，占其總能耗的12%；木材干燥總能耗為4&

3、#215;109MJ/年，占木材加工總能耗的21%；造紙過(guò)程中的干燥能耗為137×109MJ/年，占其加工總能耗的33%；化學(xué)工程中的干燥能耗為23×109MJ/年，占總能耗的5%。英國(guó)全國(guó)各行業(yè)干燥能耗總和大約占整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)總能耗的8%。由于我國(guó)干燥產(chǎn)品的單位產(chǎn)值能耗比世界先進(jìn)水平有較大差距，我國(guó)的干燥能耗占整個(gè)工業(yè)能耗的比例幾乎比英國(guó)高一半，達(dá)到12%。而在木材加工行業(yè)，干燥能耗占整個(gè)加工能耗的比例甚至高達(dá)4060%。因此，干燥環(huán)節(jié)的節(jié)能對(duì)于降低整個(gè)工業(yè)能耗有顯著影響。3.2 節(jié)能原理與方法3.2.1 熱力學(xué)第一定律分析法熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律：能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量

4、度，當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時(shí)，數(shù)量不變。該分析法得到了廣泛應(yīng)用，它主要是用熱效率的高低來(lái)估計(jì)節(jié)能潛力，熱效率越高說(shuō)明節(jié)能潛力越大。能量平衡工作正是基于這一定律，把能量的來(lái)龍去脈搞清楚，確定多少能量被利用，多少能量損失掉。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀，容易理解和掌握，運(yùn)用得當(dāng)對(duì)節(jié)能工作能起到重要作用。缺點(diǎn)：由于它所依據(jù)的僅是能量數(shù)量上的守恒性，在挖掘節(jié)能潛力時(shí)有較大的局限性和不合理性。 3.2.2 熱力學(xué)第二定律分析法20世紀(jì)50年代以后，熱力學(xué)第二定律的理論開(kāi)始在節(jié)能實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。它的表述方法很多，其中之一是：當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時(shí)，其品位只可能降

5、低或來(lái)變，絕不可能提高。這樣能量在數(shù)量的守恒性和質(zhì)量上的貶值性，就構(gòu)成了能量的全面本性。 現(xiàn)代節(jié)能原理是同時(shí)依據(jù)熱力學(xué)第一、第二定律，并通過(guò)直觀實(shí)用的方式，來(lái)體現(xiàn)能的全面本性，由此建立的節(jié)能理論和方法，稱為第二定律分析法。這種方法有兩大類(lèi)，熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比較抽象，不能評(píng)價(jià)能量的使用價(jià)值，且本身也不是一種能量，現(xiàn)在已被火用分析法取代。 火用分析法認(rèn)為：能量=火用+火無(wú) 火用是這樣一種能，在給定環(huán)境的作用下，可以完全連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量，而火無(wú)是一種不可能轉(zhuǎn)化的能量形式。 火用主要是針對(duì)熱提出的，即熱量中最大能轉(zhuǎn)化為功的部分。 采用火用分析法，能從本質(zhì)上找出能量損

6、失。 3.2.3 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)20世紀(jì)60年代以來(lái)，在節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)生了將火用分析法與經(jīng)濟(jì)因素及優(yōu)化理論有機(jī)結(jié)合的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)，即除了研究體系與自然環(huán)境之間的相互作用外，還要研究一個(gè)體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量之間的相互作用。 一般來(lái)說(shuō)，第一定律和第二定律分析法，在方案比較中僅能給出一個(gè)參考方向，而不能得出具體結(jié)論。而熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法可以直接給出結(jié)果，這種方法特別適用于解決大型、復(fù)雜的能量系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。 3.2.4 火用 能的本質(zhì)認(rèn)識(shí)按能量的作功能力，將其分為三大類(lèi)：高級(jí)能量：理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量，如機(jī)械功、電能、水能等；低級(jí)能量：理論上不能全部轉(zhuǎn)化為功的能量，主要是熱能；僵態(tài)能量：完全

7、不能轉(zhuǎn)化為功的能量。 可逆過(guò)程是熱力學(xué)中的一種理想過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，如為機(jī)械運(yùn)動(dòng)則沒(méi)有摩擦阻力，如為傳熱過(guò)程則沒(méi)有溫差，如對(duì)常減壓蒸餾裝置，如達(dá)到可逆過(guò)程，其能耗就可能僅為23的程度。因此可以看出：真正的可逆過(guò)程是不存在的，事實(shí)上，自然界的任何過(guò)程都不是可逆過(guò)程。節(jié)能工作就是要在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)合理?xiàng)l件下，接近可逆過(guò)程。 火用 能的本質(zhì)：大部分能量是過(guò)客；能量是完成過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)變化的“催化劑”；能量是完成過(guò)程的推動(dòng)力。3.2.5 干燥過(guò)程的節(jié)能方法1 大力發(fā)展組合、智能型干燥系統(tǒng)目前，我國(guó)多數(shù)產(chǎn)品的干燥操作是在單一干燥設(shè)備內(nèi)在一種干燥參數(shù)下完成的，而從物料的干燥動(dòng)力學(xué)特性可以看出，在物料的不同

8、干燥階段，其最優(yōu)的干燥參數(shù)是不同的。同時(shí)，一種干燥設(shè)備，往往不能適應(yīng)物料在不同干燥階段其含水率和其它物性對(duì)干燥設(shè)備的不同要求。如果采用單一干燥設(shè)備和單一干燥參數(shù)，不僅會(huì)造成能源與資源的浪費(fèi)，還會(huì)影響干燥質(zhì)量與產(chǎn)量。因此，必須首先從干燥工藝上進(jìn)行根本改造，改變粗放型的干燥方式，逐步向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方向過(guò)渡，即實(shí)現(xiàn)無(wú)廢棄物、零污染排放、高效優(yōu)化用能和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。 2 進(jìn)行全面、多層次的節(jié)能技術(shù)改造 全面節(jié)能應(yīng)包括過(guò)程節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和單元設(shè)備節(jié)能幾個(gè)方面，其根本目的是要提高能源的利用效率，以降低一次能源的消耗和提高單位能耗的產(chǎn)值。過(guò)程節(jié)能是指生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能，如上述通過(guò)干燥工藝改造來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)于

9、整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)而言，是要爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，即上游生產(chǎn)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品可以作為下游生產(chǎn)的原料或燃料。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念中，將沒(méi)有廢物，而只是處于不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的資源。在干燥工藝的改造中，要努力實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，這也是從根本上節(jié)能。系統(tǒng)節(jié)能是指對(duì)干燥系統(tǒng)進(jìn)行總能系統(tǒng)分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中各單元設(shè)備的優(yōu)化配置，不僅要進(jìn)行熱效率分析和熱經(jīng)濟(jì)分析，還必須進(jìn)行（Exergy）分析，以實(shí)現(xiàn)能源的溫度對(duì)口合理梯級(jí)利用。目前，許多干燥系統(tǒng)用高溫?zé)嵩唇禍厥褂没蛑苯佑酶邷責(zé)嵩催M(jìn)行不需要高溫的干燥作業(yè)，都是對(duì)能源的很大浪費(fèi)，應(yīng)當(dāng)盡快改變。單元設(shè)備節(jié)能包括干燥器本身和熱源設(shè)備的節(jié)能改造。目前，我國(guó)在干燥設(shè)備中，低效高污染的老

10、式設(shè)備占大多數(shù)，低水平重復(fù)的現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。除了要采用經(jīng)濟(jì)手段，逐漸淘汰這些落后設(shè)備以外，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)開(kāi)發(fā)先進(jìn)干燥設(shè)備的技術(shù)投入和推廣力度，要更加重視干燥基礎(chǔ)理論的研究，要更快地引進(jìn)其它領(lǐng)域的科研成果，以彌補(bǔ)干燥行業(yè)基礎(chǔ)研究力量的不足。當(dāng)前，場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化傳熱理論，快速高強(qiáng)度先進(jìn)干燥設(shè)備，新型的高效熱交換設(shè)備和爐窯以及一些先進(jìn)的除塵設(shè)備，都有可能在干燥技術(shù)的節(jié)能改造中發(fā)揮顯著作用。 3 大力發(fā)展應(yīng)用可再生能源與工業(yè)余熱的干燥技術(shù)大力發(fā)展應(yīng)用可再生能源與工業(yè)余熱的干燥技術(shù)，逐步減少一次能源的消耗和對(duì)燃用化石燃料的依存度。大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，是我國(guó)實(shí)施中長(zhǎng)期能源發(fā)展規(guī)劃的主要戰(zhàn)略措施之一。我

11、國(guó)有豐富的太陽(yáng)能資源，年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2200小時(shí)的地區(qū)占國(guó)土面積的三分之二，為廣泛利用太陽(yáng)能創(chuàng)造了有利條件。我國(guó)在利用太陽(yáng)能干燥方面已有多年歷史。近年來(lái)，在用太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合對(duì)木材干燥方面已取得顯著效果，需要在更大范圍內(nèi)推廣和供其它物料干燥時(shí)借鑒。 我國(guó)的生物質(zhì)能資源也相當(dāng)豐富，尤其在廣大農(nóng)村，用秸桿制造沼氣的技術(shù)已相當(dāng)成熟，現(xiàn)在要進(jìn)一步提高技術(shù)含量和實(shí)行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。另外，生物制氫與生物質(zhì)制工業(yè)柴油的研究也已在國(guó)內(nèi)外蓬勃開(kāi)展。用生物質(zhì)燃料為干燥提供熱源有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)報(bào)道，每增加1噸生物質(zhì)能的消耗，大約可減少相當(dāng)于2噸化石燃料的溫室氣體排放。目前這方面的報(bào)道尚不多，我們應(yīng)加緊開(kāi)發(fā)。 風(fēng)

12、能，是目前國(guó)內(nèi)外在可再生能源開(kāi)發(fā)方面的一個(gè)熱點(diǎn)。風(fēng)能利用投資較少，技術(shù)相對(duì)成熟，利用風(fēng)能為熱風(fēng)干燥系統(tǒng)提供動(dòng)力和風(fēng)源，是一種有推廣前景的技術(shù)措施。 4 建立與完善干燥設(shè)備的綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立宏觀調(diào)控與市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制，加快干燥技術(shù)的更新?lián)Q代。 綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則應(yīng)當(dāng)包括干燥系統(tǒng)的熱效率、火用效率、環(huán)境友好程度、干燥品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)行等各項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)這類(lèi)綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定以強(qiáng)化宏觀管理和調(diào)控機(jī)制。另外，要探索在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的一些經(jīng)濟(jì)手段，來(lái)加快干燥設(shè)備的更新?lián)Q代。 例如糧食干燥是一個(gè)非常復(fù)雜的加工過(guò)程，影響因素多，干燥條件多變，其中的影響因素有介質(zhì)參數(shù)(如熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)量和熱風(fēng)

13、濕度)、糧食參數(shù)(如糧食類(lèi)別、糧食水分、糧食溫度和糧食流量)、環(huán)境條件(如環(huán)境溫度和環(huán)境濕度)、干燥工藝(如順流干燥、逆流干燥、橫流干燥、混流干燥)以及干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。因此同一臺(tái)糧食干燥機(jī)可能在很低的環(huán)境溫度下(零下15)工作，也可能在高達(dá)30的環(huán)境條件下工作，其工作性能完全不同，甚至相差甚遠(yuǎn)。所以必需將測(cè)得的性能指標(biāo)進(jìn)行折算，折算到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)條件，再進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。因此干燥機(jī)生產(chǎn)能力和單位熱耗的折算是一個(gè)十分重要的標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)際上糧食干燥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)修訂了多次，如ISO11520-1：1997，農(nóng)業(yè)糧食烘干機(jī)烘干性能的測(cè)定，又如ISO11520-2：2001。在這些新的干燥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中都有

14、主要干燥性能參數(shù)的折算方法，采用的模型和公式多達(dá)54個(gè)，是一個(gè)很重要而比較復(fù)雜的問(wèn)題。 我國(guó)現(xiàn)行糧食烘干技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)大部分是上個(gè)世紀(jì)八九十年代制定。經(jīng)過(guò)十多年的時(shí)間，我國(guó)的糧食烘干技術(shù)和設(shè)備已有較大進(jìn)步，許多糧食烘干新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被應(yīng)用，現(xiàn)行糧食烘干技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與糧食烘干技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展已不能完全適應(yīng)，因此必須進(jìn)行修定。 實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下的高效與綠色干燥發(fā)展戰(zhàn)略，是新時(shí)期賦予我國(guó)干燥科技工作者的長(zhǎng)期而又十分緊迫的光榮任務(wù)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要主管部門(mén)和產(chǎn)、學(xué)、研各方面的共同努力。當(dāng)前，要注意克服只顧眼前的經(jīng)濟(jì)效益，不重視科技創(chuàng)新的錯(cuò)誤傾向。要抓住機(jī)遇，力爭(zhēng)在全國(guó)實(shí)施新型工業(yè)化發(fā)展道路的大潮

15、中，逐步明確和加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)干燥技術(shù)發(fā)展道路的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。3.4 高效低污染脈動(dòng)燃燒技術(shù)“脈動(dòng)燃燒”（pulse combustion）是指燃料（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）間斷性燃燒過(guò)程，而傳統(tǒng)的燃燒爐都是連續(xù)燃燒。間斷性的脈動(dòng)燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的尾氣流的速度和壓力在爆燃階段急劇上升，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)壓力波便從燃燒室通過(guò)尾管傳播到熱能應(yīng)用裝置（如干燥器、煅燒爐或焚化爐等）。由于傳遞的動(dòng)量具有振蕩特性，脈動(dòng)燃燒提高了熱質(zhì)傳遞效率，極大的強(qiáng)化了諸如熱力干燥等生產(chǎn)過(guò)程。除此之外，脈動(dòng)燃燒的燃燒效率高，而且降低了污染物的排放，這種技術(shù)以引起研究工作者和專業(yè)技術(shù)人員的極大興趣。當(dāng)脈動(dòng)燃燒應(yīng)用于具體干燥過(guò)程時(shí)，該干燥過(guò)程

16、被稱為脈動(dòng)燃燒干燥。3.4.1 脈動(dòng)燃燒技術(shù)的發(fā)展概況脈動(dòng)燃燒的歷史可追溯到1777年由Byron Higgins首次報(bào)道的燃燒振蕩現(xiàn)象：把氣體火焰放置于一個(gè)豎直的圓管里，火焰會(huì)引起圓管的自激振蕩，管中的火焰也受到聲振的影響，聲振與燃燒過(guò)程存在耦合作用，該火焰被稱為會(huì)唱歌的火焰（singing flames）。1859年，Rijke發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個(gè)加熱的金屬網(wǎng)被放置在一個(gè)兩端開(kāi)口的豎直圓管的下半部分時(shí)，強(qiáng)烈的聲振出現(xiàn)在管內(nèi)。這種聲振所驅(qū)動(dòng)的不穩(wěn)定燃燒，也叫脈動(dòng)燃燒，發(fā)生在許多燃燒系統(tǒng)中，如固體火箭。它會(huì)產(chǎn)生大的噪聲和振動(dòng)，甚至可以破壞燃燒裝置。因此，人們極力避免燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生，研究如何消除這一

17、現(xiàn)象。在研究的過(guò)程，人們發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒也有可以利用的一面，具有燃燒強(qiáng)度高，污染物排放低等優(yōu)點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)了不同機(jī)構(gòu)的脈動(dòng)燃燒裝置。1900年Gobble申請(qǐng)了第一個(gè)脈動(dòng)燃燒裝置德國(guó)專利，由于氣動(dòng)循環(huán)控制機(jī)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，未能實(shí)際應(yīng)用。1906年Esnault-Prlterie申請(qǐng)了機(jī)械膜片閥式自發(fā)振蕩脈動(dòng)燃燒器法國(guó)專利，它是利用脈動(dòng)燃燒器推動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的裝置。1908年Lorin設(shè)計(jì)了脈動(dòng)燃燒噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。法國(guó)人Marconnet在1909年研制出了結(jié)構(gòu)完全不同的，用于產(chǎn)生推動(dòng)力的脈動(dòng)燃燒器，它不是用機(jī)械式的單向閥門(mén)，而是采用一擴(kuò)散段的簡(jiǎn)單圓管結(jié)構(gòu)的空氣動(dòng)力閥。1931年，德國(guó)人Schmidt研制出了用

18、于產(chǎn)生推力的脈動(dòng)燃燒裝置，申請(qǐng)了德國(guó)專利。該裝置是一個(gè)帶機(jī)械閥的14波形脈動(dòng)燃燒器，也稱Schmidt型脈動(dòng)燃燒器。Schmidt的研究成果在第二次世界大戰(zhàn)中被用于德國(guó)的V-1飛彈的推進(jìn)器，并用于轟炸倫敦的戰(zhàn)斗中。第二次世界大戰(zhàn)后的最初幾年里，大部分脈動(dòng)燃燒的研究目的仍在與發(fā)展各種推進(jìn)裝置，以用作飛機(jī)和導(dǎo)彈的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)。為了克服帶機(jī)械閥的脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的疲勞問(wèn)題，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，第二次世界大戰(zhàn)后出現(xiàn)了用氣動(dòng)單向閥代替機(jī)械閥的無(wú)閥脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)橐悦}動(dòng)燃燒器原理研制的脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛行器的推進(jìn)裝置，在于當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的以穩(wěn)態(tài)燃燒為基礎(chǔ)的燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)中失利，被淘汰，以至于在世界范圍

19、內(nèi)對(duì)燃燒器的研究興趣大幅度下降，出現(xiàn)了十余年的低估狀態(tài)。20世紀(jì)60年代后，人們開(kāi)始將研究的目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了提高燃燒效率和熱效率，節(jié)約燃料、能源轉(zhuǎn)換、工業(yè)及民用應(yīng)用領(lǐng)域的研究，如熱水、采暖、鍋爐等。1973年世界性的能源危機(jī)，石油價(jià)格大幅度上漲的沖擊，喚醒了人們的能源保護(hù)意識(shí)，以節(jié)約能源為目的的脈動(dòng)燃燒研究又得到了蓬勃發(fā)展。20世紀(jì)80年代，脈動(dòng)燃燒技術(shù)研究進(jìn)入實(shí)用開(kāi)發(fā)階段，歐、美、日等都致力于開(kāi)發(fā)工業(yè)、商業(yè)及家用脈動(dòng)燃燒裝置，尤其以美國(guó)的脈動(dòng)燃燒裝置專利最多。由美國(guó)AGA和LENNON公司共同研究開(kāi)發(fā)LENNOX民用暖風(fēng)機(jī)，在商業(yè)上大獲成功，使人們對(duì)該技術(shù)的發(fā)展前景更加樂(lè)觀。3.4.2脈動(dòng)燃燒的工

20、作循環(huán)脈動(dòng)燃燒器可以燃燒氣體、液體、固體燃料。燃?xì)夂涂諝饪梢酝ㄟ^(guò)閥門(mén)進(jìn)入燃燒室；液、固體燃料可直接噴入燃燒室，也可以與空氣混合再進(jìn)入燃燒室。圖1-18為脈動(dòng)燃燒器的工作循環(huán)示意圖，由四個(gè)基本過(guò)程組成。圖1-18 脈動(dòng)燃燒器的工作循環(huán)示意圖（1）點(diǎn)火與燃燒 進(jìn)入燃燒室的可燃物被火花塞點(diǎn)燃，燃燒伴隨著放熱過(guò)程，使燃燒室內(nèi)溫度，壓力開(kāi)始升高，燃燒室膨脹，燃燒產(chǎn)物通過(guò)尾管排出。工作點(diǎn)由A達(dá)到B點(diǎn)。 （2）氣體膨脹 當(dāng)燃燒室內(nèi)的壓力上升到大于空氣和燃料的供給壓力時(shí)，兩進(jìn)氣閥相繼關(guān)閉，切斷空氣和燃料進(jìn)入燃燒室的通路，燃燒氣體不能通過(guò)閥門(mén)倒流，只能通過(guò)尾管向外流出。燃燒室內(nèi)的壓力由B點(diǎn)開(kāi)始下降，由于氣流的慣

21、性，使燃燒室壓力降到大氣壓力以下C點(diǎn)，造成燃燒室內(nèi)負(fù)壓。 （3）吸入可燃物 在燃燒室負(fù)壓作用下進(jìn)氣閥開(kāi)啟，燃料和空氣由進(jìn)氣閥自動(dòng)吸入。與此同時(shí)，尾管中的燃燒產(chǎn)物也部分回流到燃燒室，使燃燒室壓力由C點(diǎn)升到D點(diǎn)。 （4）壓縮重新點(diǎn)火 新鮮的空氣和燃?xì)馔ㄟ^(guò)閥門(mén)被吸入燃燒室的同時(shí)，由于負(fù)壓作用，尾管中部分高溫也高速返回到燃燒室。高速回流氣體的慣性，使燃燒室內(nèi)的氣體壓縮，壓力由D點(diǎn)上升到A點(diǎn)，空氣和燃?xì)饧彼倩旌喜⒈换亓鞯母邷貧饬鼽c(diǎn)燃，開(kāi)始下一循環(huán)。燃燒過(guò)程自動(dòng)重復(fù)，不再需要外加點(diǎn)火。3.4.3 脈動(dòng)燃燒器l 基本類(lèi)型 根據(jù)發(fā)生裝置的特點(diǎn)，脈動(dòng)燃燒器分為：Schmidt型脈動(dòng)燃燒器（或14波長(zhǎng)脈動(dòng)燃燒器）

22、；Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器；Rijke型脈動(dòng)燃燒器。Schmidt型脈動(dòng)燃燒器Schmidt型脈動(dòng)燃燒器是基于聲學(xué)上14波長(zhǎng)共鳴器的原理工作的（也稱14波型脈動(dòng)燃燒器），點(diǎn)火和壓力上升較快，有利于產(chǎn)生推力，因此常被用作推進(jìn)器。如圖1-18（a）所示，該類(lèi)型燃燒器簡(jiǎn)單由一端封閉，一端開(kāi)口的直管組成，并可分為3個(gè)不同的部分：進(jìn)口、燃燒室和尾管。與封閉端相鄰的部分稱為燃燒室，燃料的燃燒和放熱過(guò)程發(fā)生在這一區(qū)域。14波長(zhǎng)共鳴器的閉合端蓋用機(jī)械或氣動(dòng)閥代替。當(dāng)燃燒室的壓力低于空氣或燃料的供給壓力時(shí)閥門(mén)打開(kāi)細(xì)如新鮮空氣或燃料。當(dāng)燃燒室內(nèi)壓力大于空氣或燃料的供給壓力時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，阻止燃燒室內(nèi)的燃?xì)?/p>

23、倒流。在燃燒器工作過(guò)程中，管內(nèi)所激發(fā)的聲學(xué)壓力和聲學(xué)速度脈動(dòng)的振幅值沿管長(zhǎng)分布如1-18（b）所示。聲學(xué)壓力脈動(dòng)的振幅在上游封閉端最大，在下游開(kāi)口端最小，接近于環(huán)境壓力，形成14波形的駐波分布，封閉端為壓力駐波的波腹（antinode），開(kāi)口端為壓力駐波節(jié)（node）.聲學(xué)速度脈動(dòng)的振幅分布相反，在封閉端速度振幅為零，在開(kāi)口端達(dá)到最大。圖1-19 1/4波型脈動(dòng)燃燒器（a）和聲學(xué)壓力與速度的分布（b）對(duì)于Schmidt脈動(dòng)燃燒器，管內(nèi)激發(fā)的聲波波長(zhǎng)是燃燒器管長(zhǎng)的14.壓力脈動(dòng)的頻率為（式中，為管內(nèi)平均聲速；L為燃燒器管長(zhǎng)）。為了確保脈動(dòng)壓力正常發(fā)生，需要很好的平衡混合燃料和空氣混合過(guò)程與燃燒過(guò)

24、程時(shí)間，以保證當(dāng)燃燒室壓力達(dá)到最大值時(shí)，大部分燃燒熱已經(jīng)釋放。換言之，燃燒所持續(xù)的時(shí)間，即在12脈動(dòng)周期內(nèi)，必須完成混合和燃燒過(guò)程。圖1-20 典型的Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器1-燃料膜片閥；2-混合室；3-電磁閥；4-燃料去耦室；5-空氣膜片閥；6-燃燒室；7-尾管 Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器是一類(lèi)應(yīng)用比較廣泛的脈動(dòng)燃燒器，特別是中、小功率的機(jī)械閥的燃燒器，在家用熱水器、采暖及商用加熱設(shè)備中應(yīng)用較多。Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器是基于Helmholtz共鳴腔原理工作的。圖1-20為一個(gè)典型的Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器的結(jié)構(gòu)，具有一定容積的燃燒室相當(dāng)

25、于Helmholtz共鳴腔，通常是圓柱形的；燃燒室的出口連接一根相當(dāng)長(zhǎng)的尾管，并且尾管的出口裝了一個(gè)容積更大的去耦消聲室，具有消聲作用。在燃燒室的上游，一般裝有一個(gè)直徑較小的混合室，空氣和燃?xì)膺M(jìn)口通道、點(diǎn)火器（火花塞）就設(shè)在這里，并在一個(gè)橫截面成120°排列。在空氣和燃料的通道上，各裝有機(jī)械式單向閥，有時(shí)也有燃料或空氣去耦室?？諝饣蛉剂贤ㄟ^(guò)各自的單向閥進(jìn)入燃燒室互擊混合，成為可燃混合物，并由火花塞點(diǎn)燃，進(jìn)入燃燒室燃燒放熱，維持燃燒室內(nèi)燃?xì)鈮毫γ}動(dòng)。燃燒尾氣通過(guò)尾管后的去耦室和排氣管排出燃燒室之外或進(jìn)入應(yīng)用裝置（如干燥塔）。對(duì)于Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器，燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)隨時(shí)間按正

26、弦曲線規(guī)律周期性變化的，并且燃燒室內(nèi)各點(diǎn)的壓力瞬時(shí)值基本相同。在尾管中，壓力脈動(dòng)的振幅值沿其軸線的分布，是按14波長(zhǎng)諧振管駐波波形分布的，在尾管出口為駐波節(jié)，壓力振幅最小而速度振幅最大。在尾管入口和燃燒室相連的截面上，壓力脈動(dòng)振幅最大，速度振幅最小。計(jì)算Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器頻率的經(jīng)驗(yàn)公式為 （1-46）式中，為脈動(dòng)燃燒的聲學(xué)頻率，Hz；平均速度，ms；A為尾管截面積，m2；L為尾管長(zhǎng)度，m；V為燃燒室容積，m3。Rijke型脈動(dòng)燃燒器圖1-21 Rijke管的結(jié)構(gòu)及管內(nèi)聲學(xué)壓力和聲學(xué)速度振幅沿管長(zhǎng)的分布Rijke型脈動(dòng)燃燒器建立在Rijke型管的原理上，為了確保平衡操作，燃燒過(guò)程應(yīng)在

27、燃燒室長(zhǎng)度的前部12完成。圖1-21所示為Rijke管的模型及管內(nèi)聲學(xué)壓力和聲學(xué)速度振幅沿管長(zhǎng)的分布。聲學(xué)壓力的振幅沿管長(zhǎng)呈半波型駐波分布，在管子的中央即L2處為駐波波腹，壓力振幅最大，而在管子兩端為駐波節(jié)，壓力振幅為零。聲學(xué)速度振幅分布正好相反，在L2處為零，在兩端聲學(xué)速度的振幅最大，并且聲學(xué)速度的相位相反。這正是聲學(xué)中半波型諧振管的特性。由聲學(xué)原理知，Rijke管的基波振型壓力振動(dòng)的頻率為 （1-47）l 機(jī)械閥與氣動(dòng)閥式脈動(dòng)燃燒器 根據(jù)燃料、空氣進(jìn)入燃燒室的方式，又可將脈動(dòng)燃燒器分為機(jī)械閥式脈動(dòng)燃燒器（膜片閥、簧片閥和旋轉(zhuǎn)閥3種）和氣動(dòng)二極管脈動(dòng)燃燒器（或叫做無(wú)閥式脈動(dòng)燃燒器）。單向流動(dòng)

28、是有閥式脈動(dòng)燃燒室的一個(gè)基本特征。在脈動(dòng)燃燒處于正壓狀態(tài)，機(jī)械式閥門(mén)為燃燒產(chǎn)物的回流設(shè)置了一道屏障。在要求低功率輸入，高開(kāi)度（最大輸出與最小輸出之比）的情況下，機(jī)械閥門(mén)具有突出的優(yōu)點(diǎn)。膜片閥膜片閥（flapper valve）也叫瓣閥，通常由帶通氣孔的圓盤(pán)閥座、膜片和止動(dòng)盤(pán)組成，如圖1-22（a）所示。膜片閥是由目前小功率脈動(dòng)燃燒器上應(yīng)用較多的一種閥，其工作的原理是：當(dāng)閥的左側(cè)氣體壓力大于右側(cè)氣體壓力時(shí)，壓差所產(chǎn)生的作用力把膜片壓向止動(dòng)盤(pán)，空氣或氣體燃料經(jīng)閥底盤(pán)上的圓孔進(jìn)入膜片和閥底座之間形成的空間，在經(jīng)止動(dòng)盤(pán)上的腰型孔和止動(dòng)盤(pán)與閥體室內(nèi)形成的環(huán)形斷面而進(jìn)入燃燒室。空氣和燃?xì)庠谌紵一旌先紵?/p>

29、，使燃燒室內(nèi)的壓力迅速升高。此時(shí)，閥門(mén)右側(cè)的氣體壓力大于左側(cè)氣體壓力，膜片被壓向閥底盤(pán)，蓋住了通氣孔，從而切斷了氣流的反向流動(dòng)。止動(dòng)盤(pán)還有防止火焰對(duì)閥片的侵蝕作用。圖1-22 脈動(dòng)燃燒器機(jī)械閥當(dāng)脈動(dòng)燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好后，空氣和燃?xì)獾牧髁靠梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)閥片的間隙即增加或減少膜片閥的流通面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。在脈動(dòng)燃燒器中空氣閥遠(yuǎn)比燃?xì)忾y重要，它直接影響脈動(dòng)燃燒器的啟動(dòng)可靠性、運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行頻率?？諝忾y的進(jìn)氣量和空氣膜片閥的結(jié)構(gòu)尺寸、膜片密度及燃燒室內(nèi)的壓力、脈動(dòng)頻率等參數(shù)有關(guān)，通過(guò)各參數(shù)對(duì)空氣流量的影響分析，可對(duì)空氣閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于膜片應(yīng)滿足：密度小、材料平整、抗撓性能好、熱變形小，才能保證其使用壽命

30、，目前常用的膜片材料由：聚四氟乙烯、樹(shù)脂板、不銹鋼和彈簧鋼薄板（0.11mm）?；善y簧片閥是最早出現(xiàn)并被使用的單向閥，有多簧片和單簧片兩種結(jié)構(gòu)形式。圖1-22（b）顯示簧片式單向閥的機(jī)構(gòu)。當(dāng)進(jìn)氣道里的空氣壓力大于燃燒室壓力時(shí)，空氣流沖開(kāi)簧片進(jìn)入燃燒室提供燃燒用空氣；當(dāng)燃燒防熱使得燃燒室內(nèi)燃?xì)鈮毫Υ笥谶M(jìn)氣道里空氣壓力時(shí)，簧片張開(kāi)把閥門(mén)通道關(guān)閉，燃燒產(chǎn)物只能通過(guò)尾管排出。簧片閥的主要問(wèn)題在于因簧片閥工作在高頻振動(dòng)條件下，極易疲勞破壞，壽命短。近年來(lái)，材料科學(xué)的發(fā)展提供了抗疲勞強(qiáng)度很高的新型金屬材料及氟塑料等非金屬材料，有助于提高簧片的壽命，簧片式單向閥仍不失為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠的單向閥。 旋

31、轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)閥的功能和膜片簧片式單向閥相同，即當(dāng)燃燒室內(nèi)壓力大于進(jìn)氣壓力時(shí)，將進(jìn)氣通道密封，阻止燃燒室內(nèi)高壓氣體回流。一種旋轉(zhuǎn)閥的設(shè)計(jì)包括兩塊平板：一塊電機(jī)帶動(dòng)的碟形旋轉(zhuǎn)板和一塊鉆有相距180°兩個(gè)長(zhǎng)孔的靜止板。燃燒所需的空氣以垂直于旋轉(zhuǎn)方向通過(guò)該旋轉(zhuǎn)閥，進(jìn)入燃燒室?？諝膺M(jìn)氣道的面積取決于靜止板上長(zhǎng)孔的高度和寬度。另一種旋轉(zhuǎn)閥的設(shè)計(jì)如圖1-23所示，在燃燒室頭部的圓柱壁面上，開(kāi)有沿圓周均布的數(shù)個(gè)徑向通孔，形成閥座，在它的外面套有一個(gè)同軸的與其配合的閥門(mén)轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒壁上開(kāi)有與閥座相對(duì)應(yīng)的孔。電機(jī)帶動(dòng)閥筒旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩孔相對(duì)時(shí)，空氣通過(guò)孔進(jìn)入燃燒室；當(dāng)兩孔錯(cuò)開(kāi)時(shí)，空氣通道被堵住，燃燒室內(nèi)的高壓氣體

32、不能倒流。圖1-23 旋轉(zhuǎn)閥脈動(dòng)燃燒器結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)閥具有經(jīng)久耐用、適應(yīng)性強(qiáng)、抗油和污物積聚的特點(diǎn)，它的設(shè)計(jì)、制造與燃燒器的設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，可以適應(yīng)一個(gè)較大范圍的燃燒器運(yùn)行頻率和燃燒速率。但是，閥門(mén)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著脈動(dòng)燃燒器的工作頻率，因此需要有一個(gè)“反饋”裝置使其轉(zhuǎn)速與燃燒器的共振頻率同步。當(dāng)閥門(mén)的轉(zhuǎn)速和燃燒器共振頻率不同步時(shí)，這個(gè)燃燒器被稱為頻率可調(diào)的“脈動(dòng)”燃燒器?！懊}動(dòng)”燃燒器是一種周期性但非共振燃燒并具有自吸功能的裝置，其旋轉(zhuǎn)閥用于控制空氣和燃?xì)獾捻樞蛄魅?，工作頻率通常低于燃燒器共振頻率。 氣動(dòng)閥 氣動(dòng)式閥門(mén)是利用流體流入特殊設(shè)計(jì)的入口所表現(xiàn)的流動(dòng)特性，對(duì)燃燒產(chǎn)物的回流實(shí)現(xiàn)阻礙作用（即為無(wú)閥式的）

33、。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有活動(dòng)部件，從而避免了機(jī)械故障或機(jī)械損壞，可用于重型燃燒器等入口部件操作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。設(shè)計(jì)氣動(dòng)式閥門(mén)應(yīng)最大限度地防止回流，同時(shí)盡可能地減少對(duì)流體流人的阻礙。一種方法是人口處安裝一個(gè)叫做“流體二極管”的裝置，但此種裝置在操作上不及機(jī)械式止回閥，它不能完全防止回流。限制回流量大小的另一種方法是將入口設(shè)計(jì)為異型截面。逐步向燃燒室擴(kuò)散的喇叭形入口，首先對(duì)進(jìn)入的空氣流加速，然后在進(jìn)入燃燒室前將氣流擴(kuò)散。在回流時(shí)，這種結(jié)構(gòu)有效地充當(dāng)噴嘴的作用，因此最大限度地減少回流量。圖1-24是逆流、增壓、無(wú)閥式脈動(dòng)燃燒器的示意圖。有關(guān)脈動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)的詳細(xì)資料參見(jiàn)文獻(xiàn)5，9，10，12。3.

34、4.4脈動(dòng)燃燒的驅(qū)動(dòng)機(jī)理 前面提到的各種類(lèi)型的脈動(dòng)燃燒器，它們的燃燒放熱過(guò)程與氣體的壓力脈動(dòng)之間都存在著某種反饋關(guān)系，只是在一定的條件下才能自發(fā)地激勵(lì)起脈動(dòng)。燃燒器內(nèi)能否激勵(lì)起脈動(dòng)取決于燃燒器過(guò)程的特性與燃燒發(fā)生的區(qū)域的氣流振動(dòng)特性。如果把燃燒過(guò)程描述為對(duì)氣流的加熱過(guò)程，那么這個(gè)過(guò)程與氣流的振動(dòng)過(guò)程之間應(yīng)滿足一種什么關(guān)系，加熱過(guò)程才能驅(qū)動(dòng)起壓力振動(dòng)，而這個(gè)壓力振動(dòng)反過(guò)來(lái)又影響燃燒的脈動(dòng)，建立起脈動(dòng)燃燒過(guò)程，并自動(dòng)維持下去呢?瑞利（Lord Rayleigh）在1945年出版的“聲學(xué)理論”一書(shū)中提出了一個(gè)準(zhǔn)則，被稱為“瑞利準(zhǔn)則”。盡管他在當(dāng)時(shí)沒(méi)有提出任何數(shù)學(xué)上的證明，這條準(zhǔn)則卻成為一條非常概括、

35、直到現(xiàn)在還廣泛被用來(lái)判斷脈動(dòng)燃燒控制機(jī)理的重要準(zhǔn)則。他在書(shū)中寫(xiě)到：“如果熱量被周期性地加入振動(dòng)的空氣質(zhì)量中，或從其中抽出，它所產(chǎn)生的作用將取決于這個(gè)熱傳遞的發(fā)生與空氣振動(dòng)之間的相位關(guān)系。如果熱量是在空氣振動(dòng)過(guò)程中的最大壓縮狀態(tài)的那個(gè)時(shí)刻加到空氣之中，或者在最大膨脹狀態(tài)的那個(gè)時(shí)刻從空氣中把熱量取走，那么這個(gè)振動(dòng)將被激勵(lì)和加強(qiáng)。當(dāng)這個(gè)熱量的傳遞發(fā)生在最大壓縮或最大膨脹時(shí)刻，其振動(dòng)的頻率將不受影響”?！叭绻麩崃總鬟f發(fā)生在振動(dòng)的空氣處于正常密度的時(shí)刻，振動(dòng)既不能被加強(qiáng)也不會(huì)被衰減，但是它的頻率會(huì)被改變。如果熱量在最大壓縮時(shí)刻之前的14周期時(shí)加入，振動(dòng)的頻率將會(huì)被提高；如果熱量是在最大壓縮時(shí)刻后14周期

36、時(shí)加人，則振動(dòng)頻率將會(huì)被降低”。瑞利的表述說(shuō)明，當(dāng)控制邊界內(nèi)空氣的加熱與空氣的振動(dòng)過(guò)程頻率相同，加熱過(guò)程對(duì)氣體振動(dòng)的振幅和頻率的影響及作用取決于加熱過(guò)程與氣體振動(dòng)過(guò)程之間的相位關(guān)系。在氣體處于最大壓縮狀態(tài)時(shí)加入熱量，或者在氣體處于最大膨脹狀態(tài)時(shí)抽走熱量，意味著這兩個(gè)過(guò)程是同相位的，氣體的振動(dòng)將被加熱過(guò)程所激勵(lì)和加強(qiáng)，其振動(dòng)頻率不受影響。熱量的傳遞發(fā)生在處于正常密度的時(shí)刻，是指兩者的相位差為2，氣體的振動(dòng)強(qiáng)度不會(huì)被改變，但其振動(dòng)的頻率會(huì)發(fā)生變化。 對(duì)脈動(dòng)燃燒的驅(qū)動(dòng)機(jī)理的理解和認(rèn)識(shí)是實(shí)用脈動(dòng)燃燒器研究與開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。雖然從20世紀(jì)60年代以來(lái)人們付出了巨大的努力，使得多種多樣的實(shí)用脈動(dòng)燃燒裝置不斷出

37、現(xiàn)在市場(chǎng)上，但至今對(duì)控制著脈動(dòng)燃燒器工作的基本機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍舊十分膚淺，以至于在新脈動(dòng)燃燒器的開(kāi)發(fā)研究中仍不得不沿用著耗資耗時(shí)的“試驗(yàn)失敗再試驗(yàn)”的模式。這種基本上依賴于試驗(yàn)的局面限制了脈動(dòng)燃燒器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和其優(yōu)越性的發(fā)揮。所以，脈動(dòng)燃燒器機(jī)理的研究成為近十年來(lái)的研究焦點(diǎn)。在脈動(dòng)燃燒驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究中，以及在相關(guān)領(lǐng)域中的燃燒不穩(wěn)定性研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少常見(jiàn)的脈動(dòng)燃燒驅(qū)動(dòng)機(jī)理，簡(jiǎn)介如下：（1 ）燃料和空氣供應(yīng)系統(tǒng)的流量脈動(dòng) 在一定條件下，燃燒室內(nèi)周期性的壓力變化會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室的空氣和燃料流量的周期性變化，因而造成燃燒室內(nèi)空氣/燃料混合比的周期性變化，最終形成周期性的燃燒放熱過(guò)程。如果這個(gè)燃燒放熱

38、過(guò)程滿足瑞利準(zhǔn)則所規(guī)定的與壓力脈動(dòng)之間的關(guān)系，它將為氣流脈動(dòng)提供機(jī)械能量，激勵(lì)和維持這一脈動(dòng)。這樣，就形成一個(gè)封閉的反饋環(huán)。這一機(jī)理能否形成，取決于空氣和燃料供應(yīng)管路系統(tǒng)對(duì)燃燒室壓力脈動(dòng)的響應(yīng)特性。（2）由于速度脈動(dòng)造成對(duì)燃燒室周期性加熱 液體和固體燃料的燃燒，要求燃料在于空氣混合、反應(yīng)之前進(jìn)行加熱和蒸發(fā)。在一定條件下，燃料暴露在脈動(dòng)的速度場(chǎng)之中，可能導(dǎo)致對(duì)燃燒的周期性加熱和蒸發(fā)，因而造成周期性的熱釋放率。（3）周期性的火焰面積變化 當(dāng)預(yù)混型火焰建立在一個(gè)脈動(dòng)的流場(chǎng)中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火焰前鋒面的變化?；鹧驿h面的面積大小標(biāo)志著反應(yīng)區(qū)尺寸的大小和放熱率的大小。如果火焰面積周期性的變化與壓力脈動(dòng)之間建立起

39、適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系，就可能支持氣流的壓力脈動(dòng)。以上介紹的僅僅是可能產(chǎn)生周期性燃燒過(guò)程和脈動(dòng)的熱釋放機(jī)理的一些例子。被發(fā)現(xiàn)可以導(dǎo)致熱釋放脈動(dòng)的還有不少過(guò)程，例如液體燃料的破粹霧化過(guò)程；流場(chǎng)中渦脫落過(guò)程；局部的空氣/燃料組分變化；壓力脈動(dòng)對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的影響等。在脈動(dòng)燃燒驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究中，人們發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)燃燒器存在著驅(qū)動(dòng)機(jī)理。就是對(duì)某一具體的脈動(dòng)燃燒器而言，往往同時(shí)存在著多個(gè)反饋環(huán)，多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)理，其中一個(gè)起著主導(dǎo)作用，并控制或影響著其他的起輔助作用的反饋環(huán)。3.4.5 脈動(dòng)燃燒的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)脈動(dòng)燃燒的優(yōu)點(diǎn) 脈動(dòng)燃燒技術(shù)與基于穩(wěn)態(tài)燃燒的常溫燃燒技術(shù)相比，有它獨(dú)特的，不可比擬的優(yōu)越性。這種優(yōu)越性

40、不僅表現(xiàn)在脈動(dòng)燃燒器本身，而且當(dāng)脈動(dòng)燃燒器應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域時(shí)，它又帶來(lái)使用常規(guī)燃燒器不可能得到的更大優(yōu)點(diǎn)。表1-8顯示了穩(wěn)態(tài)燃燒和脈動(dòng)燃燒的比較。從表1-8可以看出，相對(duì)于常規(guī)穩(wěn)態(tài)燃燒，脈動(dòng)燃燒器具有以下優(yōu)點(diǎn)。表1-8 穩(wěn)態(tài)燃燒和脈動(dòng)燃燒的比較 過(guò)程參數(shù)穩(wěn)態(tài)燃燒脈脈動(dòng)燃燒過(guò)程參數(shù)穩(wěn)態(tài)燃燒脈脈動(dòng)燃燒燃燒強(qiáng)度/（）10010001000050000煙氣中NOx濃度/（mg/m3）10070002070燃燒效率80969099噪聲/dB85100110130化學(xué)原因?qū)е碌奈窗踩紵?%0301對(duì)流熱傳遞系數(shù)/W/（m2k）50100100500機(jī)械原因?qū)е碌奈窗踩紵?%01505反應(yīng)時(shí)間/s1

41、100.010.5燃燒室溫度/K2000250015002000過(guò)量空氣系數(shù)1.011.21.001.01煙氣中CO濃度/%0201燃燒強(qiáng)度高達(dá)10倍。脈動(dòng)燃燒器中特有的強(qiáng)烈氣流脈動(dòng)極大地改善了燃料和空氣之間、冷的反應(yīng)物和熱的燃燒產(chǎn)物之間的混合、傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，從而大幅度地提高了燃燒的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)研究的文獻(xiàn)資料和脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)品的性能資料的報(bào)道的數(shù)據(jù)表明，脈動(dòng)燃燒器的燃燒強(qiáng)度可以達(dá)到，而在穩(wěn)態(tài)燃燒的常規(guī)燃燒器中，燃燒強(qiáng)度最大只能達(dá)到。這一優(yōu)點(diǎn)為在體積較小的燃燒裝置中產(chǎn)生較大的燃燒能量提供了可能性和現(xiàn)實(shí)性。燃燒效率高（額外空氣量消耗少）。再燃用氣體燃料的各種脈動(dòng)燃燒器中，只要過(guò)量空氣系數(shù)（余氣系數(shù)）

42、稍大于1.0，便可以達(dá)到近似于100%的燃燒效率，在其燃燒產(chǎn)物中CO的含量只有2050ppm（ppm是沒(méi)百萬(wàn)份中所占的分?jǐn)?shù)。）在以重油為燃料時(shí)，在過(guò)量空氣系數(shù)為1.05的條件下，其燃燒效率就可以達(dá)到90%以上。只需極低的過(guò)量空氣系數(shù)這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)于功率很大，燃用重油及煤的燃燒裝置尤為重要，既可以節(jié)省大量的鼓風(fēng)耗能又減少設(shè)備投資。提高熱質(zhì)傳遞速率23倍。在脈動(dòng)燃燒器中，從燃燒產(chǎn)物到室壁的傳熱率很高。由于脈動(dòng)燃燒器中的壓力脈動(dòng)和速度脈動(dòng)，自動(dòng)的提供了強(qiáng)烈的強(qiáng)制對(duì)流換熱，在常規(guī)穩(wěn)態(tài)燃燒器內(nèi)通常存在的自然對(duì)流換熱相比，達(dá)到很高的換熱強(qiáng)度和換熱效率。在常規(guī)穩(wěn)態(tài)燃燒器中，單位面積的換熱強(qiáng)度最高可達(dá)到50100

43、 KW/m2，而在脈動(dòng)燃燒器中，單位面積的換熱強(qiáng)度可超過(guò)350KW/m2。由此，脈動(dòng)燃燒器中高強(qiáng)度燃燒所放出的能量得以通過(guò)壁面迅速傳出。這樣，便可以把燃燒裝置的體積減小，節(jié)約大量的材料，也為用戶節(jié)省了大量的空間。圖1-24 脈動(dòng)燃燒器污染物排放水平和燃燒器功率及尾氣溫度之間的關(guān)系減少污染物 （尤其N(xiāo)Ox、CO和灰分）約23.脈動(dòng)燃燒器內(nèi)的強(qiáng)烈氣流脈動(dòng)改善了燃燒器內(nèi)的混合過(guò)程，達(dá)到了很高的燃燒效率，也就減少了燃燒產(chǎn)物的中未燃完的碳?xì)浠衔锏暮?、煙塵和CO的生成量，由于脈動(dòng)燃燒器中燃燒放熱是周期性的，加之從燃燒器壁面向外的傳熱性能極好，所以造成較低的燃燒室溫度，使NOx的生成量大幅度減少，如以天

44、然氣為燃料的脈動(dòng)燃燒器，在不采用任何降低NOx的生成量的措施的情況下，NOx的排放量只有2070ppm；在采用某些降低NOx的生成量措施之后，NOx的排放量可以降低到只有57ppm。圖1-24顯示了脈動(dòng)燃燒器污染物排放水平和燃燒器功率及尾氣溫度之間的關(guān)系。提高熱效率40%之多。對(duì)基于穩(wěn)態(tài)燃燒的常規(guī)燃燒器，它不能自行排出燃燒產(chǎn)物，必須用煙囪利用浮力才能把燃燒后的廢氣排走，或者用排風(fēng)機(jī)把它們抽走。據(jù)美國(guó)能源部（DOE）的統(tǒng)計(jì)資料，平均有30%40%左右的熱能隨排放的煙氣從煙囪帶走，排放到大氣中浪費(fèi)掉。一定的排煙溫度是煙囪的工作原理所必須的。而且過(guò)量空氣越多，損失的能量的比例越大。排風(fēng)機(jī)的使用允許降

45、低排煙溫度，但增加設(shè)備的投資和運(yùn)行電源消耗。脈動(dòng)燃燒器的工作原理決定了它具有自行排氣的功能，可以自動(dòng)排除燃燒產(chǎn)物，而不必像常規(guī)穩(wěn)態(tài)燃燒器那樣，用煙囪排煙。由于脈動(dòng)燃燒器的良好的熱傳遞性能和較低的過(guò)量空氣特性，在燃燒器出口處的排氣溫度可以降低接近環(huán)境溫度，從而使其總的熱效率提高到95%的水平，可以大幅度的節(jié)約燃料，降低操作成本。脈動(dòng)燃燒器派出的高速脈動(dòng)尾氣流還可以清理尾管內(nèi)壁的煙塵，具有自凈作用。另一方面，脈動(dòng)燃燒器大部分具有自吸功能，也就是不需要鼓風(fēng)機(jī)，能自行吸入燃料及供燃燒用的空氣。這一優(yōu)點(diǎn)可使脈動(dòng)燃燒器在運(yùn)行中節(jié)省大量的鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)所需要的能量及鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備投資。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。 脈動(dòng)燃燒器

46、除單向閥之外，幾乎沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，因此生產(chǎn)投資及制造成本是很低廉的。l 脈動(dòng)燃燒應(yīng)用中可能遇到的問(wèn)題 在脈動(dòng)燃燒應(yīng)用中，可能會(huì)碰到兩方面的問(wèn)題，一個(gè)是噪聲問(wèn)題，一個(gè)是振動(dòng)問(wèn)題。（1）噪聲問(wèn)題 雖然從脈動(dòng)燃燒器原理上看，在尾管出口平面的壓力脈動(dòng)振幅應(yīng)為零，但在實(shí)際燃燒器中會(huì)有一定的聲能量從這里輻射出來(lái)，通過(guò)空氣和燃料各自的入口單向閥也會(huì)向外輻射聲能，對(duì)周?chē)斐稍肼曃廴尽Ｃ}動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的噪聲可超過(guò)120dB。圖1-25顯示了脈動(dòng)燃燒器附近的噪聲大小分布。通過(guò)下列措施，可以有效的降低脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的噪聲。圖1-25 脈動(dòng)燃燒器附近的噪聲大小分布 耦合兩個(gè)或多個(gè)脈動(dòng)燃燒器，使它們工作在反相狀態(tài)，從而使噪

47、聲波各自抵消，降低噪聲； 在尾管出口和空氣燃料進(jìn)口使用去耦器或消聲裝置； 在尾管出口和空氣燃料進(jìn)口與環(huán)境隔離，從而降低整體噪聲。（2） 振動(dòng)問(wèn)題 由于脈動(dòng)燃燒器內(nèi)的壓力脈動(dòng)會(huì)誘發(fā)裝置系統(tǒng)組件的振動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件的強(qiáng)度、工作可靠性可能造成一定的影響。另一方面，當(dāng)脈動(dòng)燃燒器尾管連接應(yīng)用裝置（如干燥塔、焚化爐）時(shí)，干燥塔內(nèi)進(jìn)料狀態(tài)、無(wú)料狀態(tài)過(guò)程將對(duì)脈動(dòng)燃燒器操作產(chǎn)生影響，使其偏離最優(yōu)工作狀態(tài)，有時(shí)可能造成停機(jī)。 3.5 強(qiáng)化傳熱技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位的換熱器作為能量傳遞的基礎(chǔ)設(shè)備，其傳熱性能的好壞對(duì)節(jié)能有著極其重要意義。強(qiáng)化傳熱是提高換熱器綜合效率、降低其壽命周期費(fèi)用的有效措施。20世紀(jì)70年代

48、初發(fā)生的世界性能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展。要節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，必須研究各種傳熱過(guò)程的強(qiáng)化問(wèn)題，開(kāi)發(fā)適用不同過(guò)程工業(yè)要求的強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)及高效換熱設(shè)備，這不僅是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過(guò)程中必須解決的課題，同時(shí)也是開(kāi)發(fā)新能源和開(kāi)展節(jié)能工作的迫切任務(wù)。換熱器的強(qiáng)化傳熱就是通過(guò)改變影響傳熱過(guò)程的各種因素力求使換熱器在單位時(shí)間內(nèi)，單位傳熱面積上傳遞最多的熱量。強(qiáng)化傳熱研究的主要目的是提高熱量傳遞過(guò)程的速率，力圖達(dá)到以最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備(重量小、體積小、成本低)來(lái)完成規(guī)定傳遞的熱量或在設(shè)備規(guī)模相同的情況下能更快更多地傳遞熱量，用最高的熱效率來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。強(qiáng)化傳熱技術(shù)分為被動(dòng)式強(qiáng)化技

49、術(shù)(亦稱為無(wú)功技術(shù)或無(wú)源強(qiáng)化技術(shù))和主動(dòng)式強(qiáng)化技術(shù)(亦稱為有功技術(shù)或有源強(qiáng)化技術(shù)) 。前者是指除了介質(zhì)輸送功率外不需要消耗額外動(dòng)力的技術(shù)；后者是指需要加入額外動(dòng)力以達(dá)到強(qiáng)化傳熱目的的技術(shù) 。3.5.1被動(dòng)式強(qiáng)化傳熱技術(shù) 1處理表面包括對(duì)表面粗糙度的小尺度改變和對(duì)表面進(jìn)行連續(xù)或不連續(xù)的涂層?？赏ㄟ^(guò)燒結(jié)、機(jī)械加工和電化學(xué)腐蝕等方法將傳熱表面處理成多孔表面或鋸齒形表面，如開(kāi)槽、模壓、碾壓、軋制、滾花、疏水涂層和多孔涂層等。此種處理表面的粗糙度達(dá)不到影響單相流體傳熱的高度，通常用于強(qiáng)化沸騰傳熱和冷凝傳熱。 2粗糙表面該方法已發(fā)展出很多構(gòu)形，包括從隨機(jī)的沙粒型粗糙表面到帶有離散的凸起物(粗糙元)的粗糙表

50、面。通常，可通過(guò)機(jī)械加工、碾軋和電化學(xué)腐蝕等方法制作粗糙表面。粗糙表面主要是通過(guò)促進(jìn)近壁區(qū)流體的湍流強(qiáng)度、阻隔邊界層連續(xù)發(fā)展減小層流底層的厚度來(lái)降低熱阻，而不是靠增大傳熱面積來(lái)達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，主要用于強(qiáng)化單相流體的傳熱，對(duì)沸騰和冷凝過(guò)程有一定的強(qiáng)化作用。基于粗糙表面技術(shù)開(kāi)發(fā)出的多種異形強(qiáng)化傳熱管在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用頗為廣泛，包括有：螺旋槽管、旋流管、縮放管、波紋管、針翅管、橫紋槽管、強(qiáng)化冷凝傳熱的鋸齒形翅片管和花瓣形翅片管、強(qiáng)化沸騰傳熱的高效沸騰傳熱管以及螺旋扭曲管等。3擴(kuò)展表面該方法已在很多換熱器中得到了常規(guī)應(yīng)用。如翅片管等非傳統(tǒng)的擴(kuò)展表面的發(fā)展使傳熱系數(shù)有了很大的提高。其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理主

51、要是此類(lèi)擴(kuò)展表面重塑了原始的傳熱表面，不僅增加了傳熱面積，而且打斷了其邊界層的連續(xù)發(fā)展，提高了擾動(dòng)程度，增加了傳熱系數(shù)，從而能夠強(qiáng)化傳熱，對(duì)層流換熱和湍流換熱都有顯著的效果。因此，擴(kuò)展表面法得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，不僅用于傳統(tǒng)的管殼式換熱器管子結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而且也越來(lái)越多的應(yīng)用于緊湊式換熱器。目前已開(kāi)發(fā)出了各種不同形式的擴(kuò)展表面，如管外翅片和管內(nèi)翅片(包括很多種結(jié)構(gòu)形狀，如平直翅片、齒輪形翅片、橢圓形翅片和波紋形翅片等) 、叉列短肋、波型翅多孔型、銷(xiāo)釘型、低翅片管、太陽(yáng)棒管、百葉窗翅及開(kāi)孔百葉窗翅(多在緊湊式換熱器中使用)等。 4擾流裝置把擾流裝置放置在流道內(nèi)能改變近壁區(qū)的流體流動(dòng)，從而間接增強(qiáng)傳

52、熱表面處的能量傳輸，主要用于強(qiáng)制對(duì)流。管內(nèi)插入物中有很多都屬于這種擾流裝置，如金屬柵網(wǎng)、靜態(tài)混合器及各式的環(huán)、盤(pán)或球等元件。5漩渦流裝置包括很多不同的幾何布置或管內(nèi)插入物，如內(nèi)置漩渦發(fā)生器、紐帶插入物和帶有螺旋形線圈的軸向芯體插入物。此類(lèi)裝置能增加流道長(zhǎng)度并能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或(和)二次流，從而能增強(qiáng)流體的徑向混合，促進(jìn)流體速度分布和溫度分布的均勻性，進(jìn)而能夠強(qiáng)化傳熱，主要用于增強(qiáng)強(qiáng)制對(duì)流傳熱，對(duì)層流換熱的強(qiáng)化效果尤其顯著。 6螺旋盤(pán)管其應(yīng)用可提高換熱器的緊湊度。它所產(chǎn)生的二次流能提高單相流體傳熱的傳熱系數(shù)，也能增強(qiáng)沸騰傳熱。 7表面張力裝置包括利用相對(duì)較厚的芯吸材料或開(kāi)槽表面來(lái)引導(dǎo)流體的流動(dòng)，主

53、要用于沸騰和冷凝傳熱。芯吸作用常用在沒(méi)有芯吸材料冷卻介質(zhì)就不能到達(dá)受熱表面的情形，常見(jiàn)的如熱管換熱器；還對(duì)水中表面的沸騰換熱強(qiáng)化非常有效。 8添加物包括用于液體體系的添加劑和用于氣體體系的添加劑。液體中的添加劑包括用于單相流的固體粒子與氣泡和用于沸騰系統(tǒng)的微量液體；氣體中的添加劑包括液滴和固體粒子，可用于稀相(氣固懸浮液)或密相(流化床) 。 9殼程強(qiáng)化殼程傳熱的強(qiáng)化包括兩個(gè)方面：一是改變管子外形或在管外加翅片，即通過(guò)管子形狀或表面性質(zhì)的改造來(lái)強(qiáng)化傳熱；二是改變殼程擋板或管間支撐物的形式，盡可能消除殼程流動(dòng)與傳熱的滯留死區(qū)，盡可能減少甚至消除橫流成分，增強(qiáng)或完全變?yōu)榭v向流。傳統(tǒng)的管殼式換熱器，

54、通常采用單弓形折流板，其阻力大、死角多、易誘發(fā)流體誘導(dǎo)振動(dòng)等弊端已嚴(yán)重影響換熱器傳熱效率，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用造成相當(dāng)大的影響。據(jù)此，近年研究出了許多新的殼程支撐結(jié)構(gòu)，有效彌補(bǔ)了單弓形折流板支撐物的不足，如雙弓形折流板、三弓形折流板、螺旋形折流板、整圓形折流板(包括大管孔、小圓孔、矩形孔、梅花孔和網(wǎng)狀整圓形折流板) 、窗口不排管、波網(wǎng)支撐、折流桿式、空心環(huán)式、管子自支撐(包括刺孔膜片式、螺旋扁管式和變截面管式) 、扭曲管和混合管束換熱器式以及德國(guó)GR IM2MA公司制造的縱流管束換熱器 2 等。3.5.2 主動(dòng)式強(qiáng)化傳熱技術(shù)1機(jī)械攪動(dòng)包括用機(jī)械方法攪動(dòng)流體、旋轉(zhuǎn)傳熱表面和表面刮削。帶有旋轉(zhuǎn)的換熱器

55、管道的裝置目前已用于商業(yè)應(yīng)用。表面刮削廣泛應(yīng)用于化學(xué)過(guò)程工業(yè)中黏性流體的批量處理，如高黏度的塑料和氣體的流動(dòng)，其典型代表為刮面式換熱器，廣泛用于食品工業(yè)。 2表面振動(dòng)無(wú)論是高頻率還是低頻率振動(dòng)，都主要用于增強(qiáng)單相流體傳熱。其機(jī)理是振動(dòng)增強(qiáng)了流體的擾動(dòng)，從而使傳熱得以強(qiáng)化。雖然振動(dòng)本身對(duì)強(qiáng)化傳熱有不小的貢獻(xiàn)，但激發(fā)振動(dòng)所需從外界輸入的能量可能會(huì)得不償失。為此，山東大學(xué)研究表明，可利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)來(lái)強(qiáng)化傳熱，依靠水流本身激發(fā)傳熱元件振動(dòng)，會(huì)消耗很少的能量。利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱既能提高對(duì)流傳熱系數(shù)，同時(shí)又能降低污垢熱阻，即實(shí)現(xiàn)了所謂的復(fù)合式強(qiáng)化傳熱 2 。3流體振動(dòng)由于換熱設(shè)備一般質(zhì)量很大，表面

56、振動(dòng)這種方法難以應(yīng)用，然后就出現(xiàn)了流體振動(dòng)，該方法是振動(dòng)強(qiáng)化中最實(shí)用的一種類(lèi)型。所使用的振蕩發(fā)生器從擾流器到壓電轉(zhuǎn)換器，振動(dòng)范圍大約從脈動(dòng)的1 Hz到超聲波的106 Hz。主要用于單相流體的強(qiáng)化傳熱。 4靜電場(chǎng)可以通過(guò)很多不同的方法將靜電場(chǎng)作用于介電流體。總體來(lái)說(shuō)，靜電場(chǎng)可以使傳熱_表面附近的流體產(chǎn)生較大的主體混合，從而使傳熱強(qiáng)化。靜電場(chǎng)還可以和磁場(chǎng)聯(lián)合使用來(lái)形成強(qiáng)制對(duì)流或電磁泵。靜止流體中加足夠強(qiáng)度靜電場(chǎng)所形成的電暈風(fēng)能在一定條件下強(qiáng)化單相流體的傳熱。如日本Mizushina以空氣為工質(zhì)研究環(huán)形通道內(nèi)電暈風(fēng)對(duì)強(qiáng)制對(duì)流的影響，分別得到了存在電暈風(fēng)時(shí)的努塞爾準(zhǔn)數(shù)及阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線及經(jīng)驗(yàn)

57、公式。5噴射包括通過(guò)多孔的傳熱表面向流動(dòng)液體中噴射氣體，或向上游傳熱部分噴注類(lèi)似的流體。 6抽吸包括在核態(tài)沸騰或膜態(tài)沸騰中通過(guò)多孔的受熱表面移走蒸汽和在單相流中通過(guò)受熱表面排出液體。有研究預(yù)測(cè)，抽吸能大大提高層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)的換熱系數(shù)，其中能大大增強(qiáng)湍流對(duì)流換熱已被Aggarwal等人證實(shí)。兩個(gè)或兩個(gè)以上這些傳熱強(qiáng)化技術(shù)可以復(fù)合使用，從而達(dá)到比僅僅使用一種技術(shù)更好的強(qiáng)化傳熱效果，這種復(fù)合使用被稱為復(fù)合式強(qiáng)化傳熱技術(shù)。如在內(nèi)翅管或粗糙管中插入紐帶插入物，帶有聲波振動(dòng)的粗糙柱面，在流化床中使用翅片管，帶有振動(dòng)的外翅管，加有電場(chǎng)的氣固懸浮液以及有空氣脈動(dòng)的流化床等。但須注意的是，并不是每?jī)蓚€(gè)或多個(gè)單個(gè)強(qiáng)化技術(shù)任意復(fù)合都能產(chǎn)生比單個(gè)強(qiáng)化技術(shù)更好的傳熱強(qiáng)化效果，比如有研究表明，帶有內(nèi)翅的螺旋盤(pán)管的平均努塞爾準(zhǔn)數(shù)要低于普通的螺旋盤(pán)管。必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)才能確認(rèn)其對(duì)傳熱強(qiáng)化的有效性，獲得最佳的強(qiáng)化傳熱效果。3.5.3 納米流體強(qiáng)化傳熱技術(shù)傳統(tǒng)的強(qiáng)化傳熱技術(shù)強(qiáng)化了換熱面兩側(cè)的對(duì)流換熱，使得傳統(tǒng)傳熱工質(zhì)(如水、油、醇等) 的低傳熱效能成為影響換熱器高效緊湊性的一個(gè)主要熱阻。因此，研制導(dǎo)熱系數(shù)高、傳熱性能好的高效新型傳熱工質(zhì)成為當(dāng)前強(qiáng)化傳熱技術(shù)的一個(gè)主要途徑。在液體中添加金屬、非金屬或聚合