热交换鳍片.ppt的计算分析

§4传热计算管式换热器管式换热器由同心管组成，同心管由几段直径不同的不锈钢管组成. 套管的每一段称为通行证，长度通常为4-6m. 每个通道的内管通过U形管连接，外管通过支管连接. 板式热交换器板式热交换器由一组具有相同几何结构的平行薄板组成. 两个相邻的板由专门设计的垫片隔开以形成通道，冷热流体交替在各自的通道中流动. 为了加强热传递并提高薄板的刚性，将各种波纹压在平板上. 人字形，平直的直波纹板式换热器换热翅片用厚度为0.8-1mm的不锈钢板冲压成直波纹形. 目的是使流体形成湍流，以增强热交换效果. 1.一侧流体温度恒定，另一侧流体温度可变2.平均温度差Δtm3，错流或折流过程中的平均温度差Δtm=ψΔt·Δtm反三，总传热系数的计算总污垢热的传热系数壁垒温度的计算§5换热器隔壁换热器夹套换热器2.套筒式换热器3.盘管换热器4.板式换热器5.换热器换热器隔壁换热器的传热过程1.隔壁热换热器2.传热速率和热通量密度3.稳定和不稳定的传热4.两种流体通过隔壁的传热过程5.传热的基本方程式: Q = KA△tm换热器的分类: 压力机用途: 加热器，冷却器，蒸发器，再沸器，冷凝器等按传热方式分为: 隔板式，混合式， o换热器的结构和传热面类型，分隔式换热器分为: 管式和板式.

前者包括蛇管型，套筒型，柱管型，翅片管型等. 后者包括板型，螺旋板型，夹套型等. 第六部分热交换器t1 t2 T1 T2 T2结构: 不同直径标准管由同心套管组成，内管可以与U形管连接，外管也可以通过管连接. 1.隔墙式热交换器1.套管式热交换器注意: 适当选择两个管径，以使内管和环空之间的流体处于湍流状态，从而使其具有更高的总传热系数并减少地层. 刻度层. 缺点: 单位传热面的金属消耗大，且面积大. 因此，通常适用于流量不大，所需的传热面积不大，压力高的场合. 优点: 结构简单，耐高压，易于制造，应用灵活，易于增加或减少传热面. 盘管热交换器可分为两种: 浸入式和喷雾式. 沉浸式蛇管换热器主要由弯曲或缠绕的金属管制成，以满足容器的需求. 浸入容器中的两种流体在管内和管外交换热量. 优点: 结构简单，易于制造，易于防止腐蚀，并且可以承受高压. 缺点: 管外液体的对流传热系数很小，因此总传热系数也很小. 如果添加额外的搅拌装置，则可以改善传热效果. 蛇形管式换热器的冷水从最上层的管的喷射装置中倒出，并沿着该管的表面向下流动，冷却后的流体从最下层的管流入，并从最上层的管流出，从而进行加热. 冷流体在外部交换，因此传热效果优于浸入. 与浸入式相比，该热交换器便于维护和清洁.

缺点是占地大，水滴溅到周围环境，喷雾不易均匀. 2盘管式换热器结构: 外壳，管束，管板（也称为花板），头（端盖）等. 当两种流体（冷热）在管式热交换器中进行热交换时，一种流体穿过管子，其行程称为管子侧面；其他流体则流到管子外部，其冲程称为壳体侧. 换热器中的流体每次通过管束时，都称为管通过. 管段的数量有利于增加管段流体的流速和对流传热系数，但是能量损失增加，并且传热温度的差很小. 2、4和6更常见. 每当管子外部的流体穿过壳体时，它就会变成壳体的一面. 挡板（或多个挡板）安装在管的外部，以增加壳侧流体的流速，以保持较高的传热系数. 挡板通常以弧形和圆盘形式使用. 挡板还充当中间支撑. 3为了防止由于壳管束热膨胀差异引起的设备变形和管子弯曲或松动，通常采用热补偿方法，主要包括以下几种: 浮头补偿: 热交换器两端的管道. 一块板未固定在壳体上（该端称为浮头）. 当管子被加热或冷却时，它与浮头一起自由膨胀和收缩，而与壳体的膨胀无关. 优点: 易于制造，生产成本低，适应性强，特别适用于高压流体，易于维护和清洗. 缺点: 关节表面很多，容易泄漏. 补偿环补偿: 在壳体上焊接补偿环. 当外壳和管子受热膨胀和收缩时，补偿环弹性变形以达到补偿的目的.

U形管补偿: 管的两端固定在同一管板上，每根管均可自由伸缩，而与其他管和壳体无关. 折流板，折流板，管束，壳板式换热器是以板壁作为热交换壁的换热器，常见的是板式，螺旋板式，旋转刮板式和夹套式热交换器. （1）平板式热交换器将平板压成槽状或波纹状的目的是: 增加刚度而不在压力下变形；增强了液体的湍流度，增加了传热面积，也有利于流体的均匀分布. 4板式换热器的优点: 总传热系数高，结垢的热阻也小；结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；操作灵活度大，可根据增加或减少传热的需要调节板数. 流道面积或调节流道的方法可适应冷热流体流量和温度变化的要求；易于加工制造，维护和清洁方便，热损失小. 缺点: 允许工作压力低，最大压力不超过1961kPa，否则容易泄漏；由于垫圈的耐热性的限制，工作温度不能太高. 流量不应太大. 优点: 总传热系数高，污垢热阻小；结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；操作灵活性大，可根据需要调节板数以增加或减小传热面积或调节流量. 该方法满足冷，热流体流量和温度变化的要求；它易于加工和制造，易于检修和清洁板式冷却器换热计算，并且热损失小. 缺点: 允许工作压力低，最大压力不超过1961kPa，否则容易泄漏；由于垫圈的耐热性的限制，工作温度不能太高. 流量不应太大.

夹套应安装在容器外部，在夹套和壁之间形成一个封闭空间，成为流体通道. 使用注意事项: 热交换器结构简单，主要用于加热或冷却反应器. 适用于热传递很少的场合. 为了提高传热性能，可以在容器中安装搅拌器，以使容器中的液体强制对流. 用蒸汽加热时，蒸汽从上管进入外套，冷凝水从下管排出. 当用于冷却时，冷却水从下部进入而从上部流出. 由于难以清洁外套的内部，因此通常将不太可能产生水垢层的水蒸气，冷却水等用作热载体. 夹套式换热器的优点: 总传热系数高，灰尘的热阻低；结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；操作灵活性大，可根据需要调节板数以增加或减少传热. 热区或调节流道的方法可适应冷热流体流量和温度变化的要求；易于加工制造，维护和清洁方便，热损失小. 缺点: 允许工作压力低，最大压力不超过1961kPa，否则容易泄漏；由于垫圈的耐热性的限制，工作温度不能太高. 流量不应太大. 护套应安装在容器外部，在护套和壁之间形成一个封闭空间，成为流体通道. 使用注意事项: 热交换器结构简单，主要用于加热或冷却反应器. 适用于热传递很少的场合. 为了提高传热性能，可以在容器中安装搅拌器，以使容器中的液体强制对流.

当用蒸汽加热时，蒸汽从上管进入夹套，冷凝水从下管排出. 当用于冷却时，冷却水从下部进入而从上部流出. 由于难以清洁外套的内部，因此通常将不太可能产生水垢层的水蒸气，冷却水等用作热载体. 夹套式换热器的优点: 总传热系数高，灰尘的热阻低；结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；操作灵活性大，可根据需要调节板数以增加或减少传热. 热区或调节流道的方法可适应冷热流体流量和温度变化的要求；易于加工制造，维护和清洁方便，热损失小. 缺点: 允许工作压力低，最大压力不超过1961kPa，否则容易泄漏；由于垫圈的耐热性的限制，工作温度不能太高. 流量不应太大. （2）螺旋板式换热器由两个平行的薄钢卷制成，并且在两个板之间焊接有固定距离的柱，以保持两个板之间的距离并增加螺旋板的刚性. 优点: 结构紧凑，单位体积传热面积大，总传热系数大，传热效率高，不易堵塞. 缺点: 工作压力和温度不能太高，流体阻力大，不容易检修. 护套应安装在容器外部，在护套和壁之间形成一个封闭空间，成为流体通道. 使用注意事项: 热交换器结构简单，主要用于加热或冷却反应器. 适用于热传递很少的场合. 为了提高传热性能，可以在容器中安装搅拌器，以使容器中的液体强制对流.

当用蒸汽加热时，蒸汽从上管进入夹套，冷凝水从下管排出. 当用于冷却时，冷却水从下部进入而从上部流出. 由于难以清洁外套的内部，因此通常将不太可能产生水垢层的水蒸气，冷却水等用作热载体. 5带夹套的热交换器问题1蒸汽管的外径在壁上为220毫米，并覆盖有200毫米厚的隔热层. 蒸汽管的外表面温度为177°C，绝缘层的外表面温度为40°C，绝缘材料λ= 0.52 + 9×10-4 t（w / m·°C）. 查找每米管长的热损失. 解决方案: 单独的变量积分问题2（综合传热问题）在1m长的管式热交换器中使用热水将管中的果汁从t1 = 10℃加热到t2 = 50℃，从进水温度T1 = 98加热当℃降至T2 = 68℃时，两种流体平行流动. （1）如果要将果汁加热到t？2 = 60℃，需要将管长增加几米？ （2）切换到逆流操作后，管长会增加多少米？ （在上述条件下，热水和果汁的流量，入口温度，所有物理参数均保持不变，并且忽略了热损失）解决方案: 热交换器中两种流体没有相变，则Q = Whcph（ T1-T2）= Wccpc（t2-t1）Q = Whcph（98-68）= Wccpc（50-10）（a）当果汁加热到t？2 = 60℃时，将出水温度设为T2？ ，根据问题Q = Whcph（98-T？2）= Wccpc（60-10）（b）同时将a和b求解为: T？2 = 60.5℃对于第一个工作条件: 对于第二个工作条件条件: 从总传热率方程: Q =KSΔtm，可以得到数据，以获得2.1当流体并流时，热水出口温度仍为T？ 2 = 60.5℃T1 = 98℃T2 = 60.5℃t1 = 10℃t2 = 60℃逆流时的传热温度差为: 替换数据或用算术平均值代替2.2. 问题3当装有搅拌器的牛奶加热罐中的牛奶在200°C时具有200°C的牛奶，并且在m2蛇形管中的传热面积为0.5.

120°C的蒸汽现在进入盘管进行加热. 寻求: 牛奶温度上升的定律（即T = f（t））. 已知: K ＝ 460W / m 2·oC，Cp ＝ 3.85kj / kg·oC. 解决方案: 此问题是在混合罐中用恒温工作介质加热的情况. Th = 120 oC T0 = 20 oC，K = 460 W / m2·oC，A = 0.5 m2，Cp = 3.85kj / kg·oC代入上式，可得出: 这是牛奶中奶温升高的定律水箱（即温度随时间变化的规律）. 例4: 在1米长的管式冷却器中，用12℃的冷水将油从147℃冷却到97℃. 冷水被加热到37℃，并且两种流体平行流动. 需求: 为了将出油口温度降至77℃，管道需要增加多少米？ （上述工作条件下的油，水流量，入口温度和所有物理常数不变，并且忽略了热损失. ）解决方案: 热交换器中两种流体没有相变，则Q = Whcph（ T1-T2）= Wccpc（t2-t1）Q = Whcph（147-97）= Wccpc（37-12）（a）Q = Whcph（147-77）= Wccpc（t`2 -12）（b）同时a和b板式冷却器换热计算，求解: t？2 = 47℃改变条件后，将待加热的冷水设置为t`2 T1 = 147℃T2 = 97℃t2 = 37℃t1 = 12℃T1 = 147℃T` 2 = 77℃t`2 = 47℃t1 = 12℃代换数据得到* *传热计算主要有两种类型: 设计计算根据所需的热负荷确定热交换器的传热面积通过生产.

检查计算可计算给定热交换器的传热，流体温度或流速. 对于分隔壁热交换器的恒定能量计算，上式是忽略热量损失时的热交换器的恒定热量计算公式. 其中热交换器的Q热负荷，流体的kJ / h或wW质量流量，每单位流体质量的kg / hH焓，kJ / kg下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2表示热交换器的入口和出口. Q = Wh（Hh1-Hh2）= Wc（Hc2-Hc1）I.恒定能量计算如果热交换器中两种流体之间没有相变，并且认为流体的比热不随温度变化，则公式中有cp －流体的平均比热kJ /（kg·℃）t －冷流体的温度℃T －热流体的温度Q = Whcph（T1 -T2）= Wccpc（t2-t1）如果热交换器中的热流体发生相变，例如当冷凝饱和蒸汽时，则当冷凝液温度低于饱和温度时，公式Wh-饱和蒸汽（热流体）的冷凝率，kg / hr-饱和度蒸汽冷凝的潜热，kJ / kg Q = Whr = Wccpc（t2-t1）注意: 上式的应用条件为冷凝水在饱和温度离开热交换器. Q = Wh [r + cph（T1-T2）] = Wccpc（t2-t1）其中，cph——凝结物的比热，kJ /（kg·℃）Ts——凝结物的饱和温度，℃通过改变加热器中任何微元素区域的分隔壁两侧的流体的传热速率方程（准对流传热方程）dS为dQ = K（Tt）dS =KΔtdS其中K——总传热系数， w /（m2·℃）T –换热器任意截面上的热流体的平均温度，℃t –换热器任意截面上的冷流体的平均温度，℃上式称为总传热率方程.

II. 总传热率方程式1总传热率微分方程式的总传热系数必须对应于所选的传热面积. 选定的传热面积不同，总传热系数的值也不同. dQ = Ki（Tt）dSi = Ko（Tt）dSo = Km（Tt）dSm，其中Ki，Ko，Km——基于内表面积，外表面积和平均表面积的总传热系数管，w /（m2·℃）Si，So，Sm——内表面积，外表面积，换热器外表面的平均面积m2注: 在大多数项目中，外表面积是基准. 对于管式热交换器，假设管的内部为加热侧，而管的外部为冷却侧，则通过任何微元素区域dS的热传递包括三个步骤. 从热流体到管壁的DQ =αi（T-Tw）dSi dQ =αo（tw-t）dSo从管壁到冷流体的dQ =（λ/ b）·（Tw-tw）dSm从上述三个公式获得2总传热系数2.1总传热系数的计算公式由于dQ和（Tt）均与所选参考区域无关，因此总传热系数基于总传热的微分方程率. （外表面为基准）出于同样的原因，总传热系数以热阻的形式表示. 在计算总传热系数K时，不能忽略污垢的热阻. 如果管壁内外表面的热阻为Rsi，而当Rso时，当传热表面为平壁或薄管壁时，di，do，dm大致相等，则结垢热阻为2.2. 当管壁和结垢的热阻可忽略不计时，可以简化为αo<<αi，则总热阻由热阻较大一侧的对流传热控制，即当两个对流时传热系数相差很大，增加K值的关键是在系数较小的一侧改善对流传热.

如果两边的α相差不大，则必须增加两边的α才能增加K值. 如果污垢的热阻是控制因素，则必须设法减慢污垢的形成速度或及时清除污垢. 从上面可以看出: 实例一排管式换热器由什么组成？ 25×2.5毫米钢管. 管的内部为CO2，流速为6000kg / h，将其从55°C冷却至30°C. 管道外部是冷却水，流速为2700kg / h，入口温度为20°C. CO2和冷却水逆流流动. 已知水侧的对流传热系数为3000W / m 2·K，CO 2侧的对流传热系数为40W / m 2·K. 尝试找出总的传热系数K，该系数由内表面积A1和外表面积A2表示. 解决方案: 检查钢的导热系数λ= 45W / m·K取CO2侧热阻Ra1 = 0.53×10-3m2·K / W取水侧结垢热阻Ra2 = 0.21×10-3m2·K /在内部和外部表面时间W中，内部和外部表面分别由下标1和2表示. 当两种流体在沿传热壁的不同位置处进行热交换时，两种流体的温度在任何时候都不会改变. 该热传递称为稳定的恒温热传递. 例如蒸发器中饱和蒸汽和沸腾液体之间的热传递. Δt＝ T-t，其中T——热流体温度℃； t——冷流体温度℃. 3.传热的平均温差的计算根据两种参与换热的流体沿着换热器壁流动时各个点的温度变化，可以将传热分为两类: 恒温传热传热和变温传热.

1恒温传热在传热过程中，隔壁一侧或两侧的流体沿传热壁流动，不同位置的温度不同，但各点的温度不变随着时间的推移，这是一个稳定的温度变化. 传热过程. 该过程可分为以下两种情况: （1）隔墙一侧的流体温度恒定，而另一侧的流体温度发生变化，例如用蒸汽加热另一种流体并加热. 另一种在较低温度下沸腾的液体. （2）隔壁两侧的流体温度变化. 此时，参与热交换的两种流体沿着传热的两侧流动. 流动方法不同，平均温差也不同. 即，平均温度差与两种流体的流动方向有关. 在生产过程中，流体在热交换器中的流动方向可以大致分为以下四种情况. 2可变温度传热参与平行热交换的两种流体在传热表面的两侧以相同方向流动. 在生产过程中，流体在热交换器中的流动方向可以大致分为以下四种情况: 逆流参与热交换的两种流体在传热表面的两侧以相反的方向流动. 并流1 2逆流1 2错流参与热交换的两种流体在传热表面的两侧相互垂直流动. ？挡板简单挡板: 流体的一侧仅沿一个方向流动，而流体的另一侧则带有挡板，因此在流体的两侧之间存在交替流动和逆流流动. 复杂的折流板: 涉及热交换的两种流体都被折流板. 横流挡板1 2 1 2 T2 T1 t1 t2 t1 T2 t1 t2两侧流体温度升高时的温度变化假设: 传热是一个稳定的操作过程.

两种流体的比热是恒定的. 总传热系数是常数（K不会随热交换器的管长而变化）. 热交换器的热损失可以忽略不计. 以逆流为例: 热平衡的微分方程为dQ = -Wh cphdT = Wc cpcdt. 根据该假设，在逆流和并流中，平均温度差Q〜T和Q〜t之间存性关系，即，T ＝ mQ + kt ＝m≤Q+k≤T. Δt= Tt =（mm？）Q +（kk？）温度T1传热Q T2 t1Δt1t2Δt20从上式可以看出: Δt〜Q之间的关系是一条直线，斜率是微分. 将总传热率的方程式代入上式. 然后，由于K为常数，因此上述积分公式具有称为对数平均半径的Δtm. 当Δt2/Δt1≤2时，可以使用（Δt2+Δt1）/ 2代替对数平均温度差. 注意: （1）应用上述公式求Δtm时，热交换器两端的Δt越大，则Δt2越小，而Δt1越小. （2）上述公式也适用于平行流. 例如，使用一排管式换热器加热流体，流体流到管外，入口温度为100℃，出口温度为160℃. 反应物在管内流动，入口温度为250℃，出口温度为180℃. 尝试计算顺流和逆流之间的平均温差. 解决方案: 在并流逆流℃进行逆流操作的情况下，由于Δt2/Δt1<2，因此可以使用算术平均值℃. 从上面的示例中，我们可以看到，在确定了流体入口和出口温度后，逆流操作的平均温差大于并流操作的平均温差.

在热交换器的传热量Q和总传热系数K相同的条件下，逆流操作可节省传热面积，并可节省加热介质或冷却介质的数量. 生产中的热交换器大多使用逆流运行，并且仅在轮液温度受到限制时才使用平行流运行. 注: 流体流动方向的选择方法: 首先根据纯逆流情况反计算对数平均温度差Δtm，然后乘以校正系数εΔt，即Δtm=εΔt·Δtm逆校正系数εΔt与冷热流体的温度变化与R和P有关，即εΔt= f（R，P）其中R =（T1-T2）/（t2-t1）=高温的温度下降流体/冷流体的温度上升P =（t2-t1）/（T1- t1）=冷流体的温度上升/两种流体的初始温差根据流体入口和出口的温度在计算冷，热流体后，根据R和P这两个参数，可以在相应的图中计算出R和P值后的校正系数εΔt值. 4.横流和折流的平均温差为稳定的传热过程，其中S1，S2和Sm代表热流体侧的传热面积，冷流体侧的传热面积和平均传热面积. Tw和tw分别表示热流体侧和冷流体侧的壁温度α1和α2，表示热流体侧和冷流体侧的对流传热系数. 可以得到以上公式. 在由2.5mm钢管组成的废热锅炉中，将高温气体引入管中，入口为500℃，出口为400℃.

在管外，水在p = 981kN / m2压力（绝对压力）下沸腾. 已知高温气体的对流传热系数a1 = 250W / m2·℃，沸腾水的对流传热系数a2 = 10000W / m2·℃. 忽略管壁和污垢的热阻. 尝试找到管子内壁的平均温度Tw和管子外壁的平均温度tw. 解决方案: （a）总传热系数基于管S1的内表面积（c）计算单位面积的传热℃（d）管壁温度Q / S1 =K1Δtm= 242×271 = 65580W / m2 T ----热量流体的平均温度，进，出口温度的平均值T =（500 + 400）/ 2 = 450℃管内壁的温度（b）平均温度差为p = 981 kN / m2，水的饱和温度为179℃. 根据以下问题的结果计算出管外壁的温度: 由于沸水具有大的对流传热温度.

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