热能与动力机械基础第2版 教学课件 作者 王中铮 主编 1 第八章 换热与蓄热装置.ppt

第八章 换热与蓄热装置 8.1 换热器的结构与传热计算 8.1.1 换热器分类 随冷、热流体接触的方式不同，换热器分为间壁式(也称表面式)直接接触式和蓄热式三种。 间壁式换热器——其工作原理是热流体将热量传递给冷流体要通过一层固体壁，如锅炉中的省煤器，各种废热锅炉以及油冷却器等。 直接接触式换热器——如图8-1，火力发电站用的双曲线壳体型循环水冷却塔。 蓄热式(或称再生式、回热式)换热器——利用固体壁面的蓄热作用，让冷、热流体交替流过固体壁面，达到热量传递的目的。如图2-39所示空气预热器就属回转型。蓄热式换热器还可分为回转型、阀门切换型和蓄热体颗粒移动型三种型式 。 8.1.2 间壁式换热器的型式和基本构造 间壁式换热器是应用最广泛的一类换热器，有多种分类法。 按工作流体间的相对流动方向可分为顺流(或并流)、逆流、错流和混流多种方式，见图8-2； 按流程数量可分为单程和多程换热器，如图8-3。 按传热表面几何形状可分为很多种，见图8-4。 管壳式换热器是最常用的一种结构型式。 最常见的管壳式换热器有固定管板式(列管式)、浮头式、U形管和双套管式几种，见图8-5。 8.1.3 换热器传热计算的基本公式 换热器传热计算的基本公式为传热方程和热平衡方程，即传热方程 热平衡方程 换热器计算中，传热系数K的计算式因不同型式而异。对于管壳式换热器，可按以下近似式计算： 上式是在壁面清洁的情况下，若壁有结垢时还应考虑垢层的热阻。 当换热器材质为金属时，通常 甚小，通常可略去，这时传热系数K为： 换热器内流体的换热有对流换热和辐射换热，通常可只考虑对流换热，但在有高温气体时，则高温气体侧应同时考虑对流和辐射，即 式中， 为对流放热系数 ； 为辐射放热系数 。 1 对流换热系数 （1） 流体在管内流动时 1) 层流 适用范围为 2) 湍流 式中，流体被加热时， ； 流体被冷却时， 。 适用范围为 光滑管道 不大。 （2）流体在非园管内(如：方形、锯凿形、波纹形等流道)及在具有折流板的流道内(为管壳式换热器中壳侧流道)流动时。 每一种流道都有它各自的计算对流换热系数的关系式，读者可查阅专门书籍。 （3）流体定向冲刷管束时 不同情况下其计算式也就不同。 今举一例为气流横向冲刷顺列管束，此时的对流放热系数为 为考虑管束相对节距影响的修正系数，按下式计算： 为烟气行程方向上管排数的修正系数， 当 时， 当 时， 、 、 亦可按线算图8-6查取和确定。 2 辐射换热系数 取管壁黑度 ，然后用管束黑度 代替管壁黑度 来考虑烟气与 管壁之间的多次反射和吸收；计算烟气黑度时，对于气体和液体燃料只考虑三原子气体，对于固体燃料则应同时考虑三原子气体和气流中的灰粒辐射，得出： 对含灰气流 对不含灰气流： （1）烟气黑度α的计算按下式进行： 式中，kps为烟气的辐射吸收率，其值用下式计算 1) 烟气中三原子气体辐射减弱系数用下式计算： 2) 飞灰的辐射减弱系数用下式计算 3) 有效辐射层厚度根据具体情况用以下几个公式计算： 对对流管束受热面 对转弯室空间 对管式空气预热器 （2）管壁灰污温度 为温度附加值，烟温大于400℃时取 ℃，烟温小于等于400℃时 ℃，燃用气体燃料时 ℃。 图8-7是辐射放热系数的线算图，根据所求α值和图中所查 值便可得到辐射放热系数 。 8.2 换热器设计计算基本方法 8.2.1 设计计算与平均温差法 换热器设计中，无论采用何种方法均基于两个基本方程，即 传