换热器 计算介绍.ppt

* 这个过程对于传热过程是通用的，但是当温差 沿整个壁面不是常数时，比如等壁温条件下的管内对流换热，以及我们现在遇到的换热器等。对于前者我们曾经提到过对数平均温差(LMTD)的公式，但是没有给出推导。下面我们就来看看LMTD的推导过程 * * 换热器 换热器：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规 定的工艺要求的装置 三种类型换热器 一、 概述 根据传热原理和 实现热交换的方法 间壁式换热器： 是指冷热流体被壁面隔开进行换热的热交换器。如暖风机、燃气加热器、冷凝器、蒸发器； 间壁式挨热器种类很多，从构造上主要可分为：管壳式、肋片管式、套管式、板式、板翅式、螺旋板式等，其中以前两种用得最为广泛。 蓄热式换热器：换热器由蓄热材料构成，并分成两半，冷热流体轮换通过它的一半通道，从而交替式地吸收和放出热量，即热流体流过换热器时，蓄热材料吸收并储蓄热量，温度升高，经过一段时间后切换为冷流体，蓄热材料放出热量加热冷流体。一般用于气体，如锅炉中间转式空气预热器，全热回收式空气调节器等。 混合式换热器：冷热流体直接接触，彼此混合进行换热，在热交换同时存在质交换，如空调工程中喷淋冷却塔，蒸汽喷射泵等； * 间壁式换热器的主要型式 套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程，每程有效长度约为4~6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。 在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙。 套管式换热器： * 按流体流动方式有顺流和逆流两种 顺流 逆流 优点：适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为布置为逆流和顺流。另外，套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便。 缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。 * (2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程 * 增加管程和壳程 管壳式换热器 优点 结构坚固，对压力和温度的适用范围大。 管内清洗方便，清洁流体宜走壳程。 处理量大。 缺点 传热效率、结构紧凑性、单位换热面积的金属耗量等不如新型换热器。 * (3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。 (c) 板翅式交叉流换热器 （b）管翅式 单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。 * (4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动。 板式换热器 优点 结构紧凑、体积小、重量轻。 流体湍动程度大，强化传热效果好。 便于清洗和维修。 板式换热器 缺点 密封周边长，易泄漏。 承压能力低（P2MPa）。 流动阻力大，处理量小。 * (5) 螺旋板式换热器： 螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成，在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央设有隔板，将螺旋形通道隔开，两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道，在器内逆流流动，通过薄板进行换热。 * (5) 螺旋板式换热器： 优点 结构紧凑，单位体积传热面积大。 两种流体都能以高速流动，传热效率高。 螺旋流动，有自冲刷作用，适于处理粘性和易结垢流体。 缺点 承压能力差（P1MPa，t500oC） 损坏后检修困难。 螺旋板式换热器 1 热平衡方程式 2 传热方程的一般形式： 换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却流体的局部换热温差也是沿程变化的。 换热器中传热过程的计算 dth dtc th tc 热流体放热量 冷流体吸热量 * 对数平均温差 传热方程的一般形式： 当温差 沿整个壁面 不是常数时，可用对数 平均温差。 dth dtc th tc * 算术平均温差 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差， 算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于4％；当 时，两者的差别小于2.3％。 * 讨论： 各种流动形式的比较 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的 最大，顺流则最小； 顺流时 ，而逆流时， 则可能大于 ，可