换热器的设计原理.ppt

换热器的选型 1、换热器的广泛应用 定义：在工业生产中，实现物料热量传递过程的一种设备，称之为换热器。 比重： 化工厂占全体设备投资的10-20%；石油炼厂占到：35-40% 几种主要换热过程：加热、冷却、蒸发、冷凝 目前最为广泛使用的换热器是:管壳式换热器，是因其具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、能承受高温和高压的特点 。另一种广泛使用的是板式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器等。 材质的发展： 玻璃、石墨、聚四氟乙烯等非金属材料以及钛、钽、锆等稀有金属的广泛应用，满足了耐压、耐温、耐腐蚀等要求 合格制造换热器的基本条件： 1、保证达到工艺所规定的换热条件；2、强度足够及结构可靠；3、便于制造、安装、检修；4、经济上要合理 2、传热的一般概念 定义：传热学是一门研究由于温度不同所引起的热的传递过程的学科。它与热力学不同之处在于后者是讨论平衡状态的系统，用以预测某一系统从一种平衡状态改变到另一种平衡状态的可能性问题，但是不能预测所发生的变化到底有多快，因为在这种状态变化的过程中，系统并不是处于平衡状态，因此需要传热学来解决。由此可见传热学不仅要阐明热能被传递的原因，而且也用以预测在特定条件下，所发生热量传递复燃快慢，既所谓热传递复燃速率。 研究传热学的目的：1、力求热传递过程的强化，设计经济合理、使用的换热设备；2、力求热传递过程的消弱，尽可能减少热损失。 热传递的三种基本形式：传导、对流、辐射。实际碰到的传热过程很少是单一的某种传热方式，而是集中基本方式的组合。 3-1、流体流动状态 传热过程与流体的流动是密切相关的，流体流动形态往往决定着热量传递的强度。 流体流动形态，一般可概略的分为三类：第一类流体流动速度很小时，其流体质点恒沿着与管道轴线相平行的方向流动，流线层次分明、毫无混乱的迹象，此种流动称之为层流流动（又称滞流）；第二类系流体流动速度增加，达到某一类值流线就不再是层次分明，而是冲满了大大小小的漩涡。流体质点不再是按同一方向移动，而作毫无规则的曲线运动。个质点的运动速度在大小、方向上都随时发生变化，质点间互相碰撞发生扰动现象。称之为湍流或紊流；第三类为过度流，它介于层流与湍流之间，是一种不稳定流动。稍受干扰就会变为湍流。 3-2流体的流动形态-雷诺数 雷诺数Re=(流速*管径）/流体运动粘滞系数(流速：m/s ; 管径： m ；运动粘滞系数：Pa.S 全部采用国际单位）一般临界雷诺数为2000，低于2000则流体运动状态为层流；2000-4000为过度流；大于4000则为紊流 3-3、流动阻力 流动阻力的大小，既关系到输送机械的动力消耗，也涉及到输送机械的选择，是一个既与基本投资又与经常操作费用有关的问题，必须十分重视。流动过程中。克服阻力所产生的压力降或压头损失，可以是由于流体沿固体壁面流动所引起的沿程损失，也可以是流体流动中遇到局部障碍所引起的局部损失。 沿程损失公式：⊿P=4f*(l/dt)*(rw2/2) 式中：r 流体平局密度；l流体流动长度；w流体的流速；f沿程摩擦系数，无因次，它是雷诺数与管壁粗糙度的函数f=Are-m 当Re=104-105时光管A近视等于0.08.m=0.25；当Re≤2300时（层流），f与管壁粗糙度无关，a=16.m=1 通常将管子视为管管，则紊流f=0.08/Re1/4,紊流f=16/Re 局部阻力⊿P=§ *(rw2/2) ，式中§是局部阻力系数，它的大小与局部障碍的几何形状、尺寸大小、流动形态和壁面粗糙度有关。 4、传热的基本公式 有效平均温差法：Q=kF⊿tm，式中⊿tm是换热设备传热的动力，成为传热的有效平均温差，参与换热的两种流体分别沿着传热面得两侧流动，其流动方式不同，有效平均温差也不同，就是说有效平均温差与两种流体的流向有关，工程上常用换热器内流体流向大致分为四类：并流、逆流、错流、折流。并流和逆流可采用对数平均温差计算⊿tm=（ ⊿t1- ⊿t2）/㏑ (⊿t1/⊿t2),错流和逆流再乘以修正系数。 传热单元法：用了以下定义的三个无因次参数ε、NTU、R 其中R热容比(Wcp)为流体流量与其比热的乘积, NTU=KF/（Wcp)min ，换热器效率ε ，一般用于只知道进口温度，而其中之一出口温度未知的情形。 换热器分类 根据传热方式的不同，换热器可分为三类： 1、直接接触（混合式）式换热器 换热时，冷热流体发生接触与混合。如：凉水塔、喷射冷凝器等；一般做成塔状。 2、间壁式换热器 换热时，热冷流体由固体壁面隔开，流体不发生接触与混合，是应用最广的换热器。如：管壳式换热器、板式换热器等 3、蓄热式换热器 热、冷流体交替与固体蓄热体发生接触传热。如：回转式空气预热器等。结构紧凑、价格便宜、单位体积换热面积大，适合于气-气热交换的场