新型板式换热器-优化选型.doc

新型板式换热器-优化选型

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摘要：板式换热器的优化选型是根据换热器的用途和工艺过程中的参数和NTU＝KA／MC＝△t／△tm，即传热单元数NTU和温差比（对数平均温差—换热的动力）选择板片形状、板式换热器的类型和结构。

关键词：平均温差NTU板式蒸发器冷凝器

1平均温差△tm

从公式Q＝K△tmA，△tm＝1／A∫A（t1－t2）dA中可知，平均温差△tm是传热的驱动力，对于各种流动形式，如能求出平均温差，即板面两侧流体间温差对面积的平均值，就能计算出换热器的传热量。平均温差是一个较为直观的概念，也是评价板式换热器性能的一项重要指标。

1.1对数平均温差的计算

当换热器传热量为dQ，温度上升为dt时，则C＝dQ／dt，将C定义为热容量，它表示单位时间通过单位面积交换的热量，即dQ＝K（th－tc）dA＝K△tdA，两种流体产生的温度变化分别为dth＝－dQ／Ch，dtc＝－dQ／Cc，d△t＝d（th－tc）＝dQ（1／Cc－1／Ch）,则dA＝[1／k（1／Cc－1／Ch）]·（d△t／△t），当从A＝0积分至A＝A0时，A0＝[1／k（1／Cc－1／Ch）]·㏑[（tho－tci）／（thi－tco）]，由于两种流体间交换的热量相等，即Q＝Ch（thi－tho）＝Cc（tco－tci），经简化后可知，Q＝KA0｛[（tho－tci）－（thi－tco）]／㏑[（tho－tci）／（thi－tco）]｝，若△t1＝thi－tco，△t2＝tho－tci，则Q＝KA0[（△t1－△t2）／㏑（△t1／△t2）]＝KA0△tm，式中的△tm＝（△t1－△t2）／㏑（△t1／△t2）。

顺流△tm＝[（thi－tci）－（tho－tco）]／㏑[（thi－tci）／（tho－tci）]

逆流△tm＝[（thi－tco）－（tho－tci）]／㏑[（thi－tco）／（tho－tci）]

对于各种流动型式，在相同的进口、出口温度条件下，逆流的平均温差最大。

当板式换热器入口和出口两流体的温差△t1和△t2之间的差不大时，可采用算术平均温差（△t1＋△t2）／2，一般△t1／△t2小于1.5时，可采用，若△t／△t2为3时，则误差约为10%。

1.2传热单元数法

在传热单元数法中引入一个无量纲参数NTU，称为传热单元数，它表示板式换热器的总热导（即换热器传热热阻的倒数）与流体热容量的比值NTU＝KA／MC，它表示相对于流体热容流量，该换热器传热能力的大小，即换热器的无量纲“传热能力”。对于板式换热器来说，KA／MC＝△t／△tm，式中△t／△tm称为温差比，上式中的右边的工艺过程用NTUp表示，左边的换热设备的条件用NTUE表示。NTUp是流体温度的变化与平均温差的比值，表示的是用1℃△tm的变化引起几度流体温度变化的值，当△tm大时，NTUp则小；当△tm小时，它有变大的倾向。相反，在NTUp变大的过程中，△tm的温度变化较大，NTUp较小时，其△tm的温度变化较小（见表1）。

表1△tm，NTUp的关系

△tm大

△tm小

NTUp小

NTUp大

NTUp大

NTUp小

△tm的温度变化大

△tm的温度变化小

板式换热器的优化设计计算，就是在已知温差比NTUE的条件下，合理地确定其型号、流程和传热面积，使NTUp等于NTUE。

1.3换热过程和NTU

与供热空调相关的换热过程如下如示：

⑴用蒸汽加热水⑵水—水换热

a.蒸汽133→133℃c.一次水65→60℃

水5→65℃（生活热水）二次水45←40℃（采暖）

b.蒸汽133→133℃d.一次水14→9℃

水55→65℃（采暖）二次水13←7℃（制冷）

e.一次水29→24℃

二次水26←21℃（制冷机的冷却）

以上5例工艺过程的NTUp（见表2）

表2供热空调工艺过程的NTUp

过程

△tm

NTUp

a

133→133℃

5→65℃

94.86

（65－5）／94.86＝0.632

b

133→133℃

55→65℃

72.88

（65－55）／72.88＝0.13

c

65→60℃

45←40℃

20.00

（45－40）／20＝0.25

d

14→9℃

13←7℃

1.44

（13－7）／1.44＝4.17

e

29→24℃

26←21℃

3.00

（26－21）／3＝1.67

1.4板式换热器和NTUE

NTUE表示板式换热器的