5.5 热交换器

1、15-5 5-5 热交换器热交换器(Heat Exchanger)教学目的：教学目的：课课 型：型：重重 点：点：了解几种工业上常用的热交换器，了解几种工业上常用的热交换器，掌握它们的构造及操作原理。掌握它们的构造及操作原理。列管式热交换器的构造及操作原理列管式热交换器的构造及操作原理化工设备化工设备25.5 5.5 热交换器热交换器(heat exchanger)345一、列管式热交换器一、列管式热交换器圆筒形的壳体壳体中装设由多根平行管组成的管束管束，管的两端胀接或焊接在“花板花板”上。管长与壳内径之比常为610。管内与管束空隙间分别流动着进行热交换的两种流体。两种流体通过管壁来传递热量。

2、两种流体通过管壁来传递热量。6单位容积有较大的换热面积单位容积有较大的换热面积(每每m3有效容积的传热面有效容积的传热面一般为一般为6080m2.m-3)，是传热效率较高的热交换器。是传热效率较高的热交换器。7891011代价：代价：壳体阻力壳体阻力，系统动力消耗，系统动力消耗。 弓形弓形 圆盘形圆盘形12折流杆折流杆折流杆平行排列折流杆平行排列在同一平面上，在同一平面上，各组相互偏转各组相互偏转90度。度。优点优点：流动阻力小；流体湍流程度强烈。：流动阻力小；流体湍流程度强烈。折流杆换热器管束示意图折流杆换热器管束示意图13管、壳温度不同，产生热应力管、壳温度不同，产生热应力t50时，管弯曲

3、、断裂或管板变形时，管弯曲、断裂或管板变形1415(5) (5) 翅片管翅片管作用：作用：增大传热面积增大传热面积(表面积可为光滑管的表面积可为光滑管的29倍倍)；提高流体的湍流程度，从而提高传热膜系数。提高流体的湍流程度，从而提高传热膜系数。NOTENOTE：流经翅片一侧的应是传热膜系数小的流体。流经翅片一侧的应是传热膜系数小的流体。16(6)流体流经管内或管间的选择：流体流经管内或管间的选择：原则原则：对传热有利，减少腐蚀和污垢沉积，：对传热有利，减少腐蚀和污垢沉积， 减低压降及减轻设备质量，便于清洗等。减低压降及减轻设备质量，便于清洗等。腐蚀性流体走腐蚀性流体走管程管程，避管束、壳体同时

4、腐蚀。，避管束、壳体同时腐蚀。 混浊或易析出沉渣结垢的流体走混浊或易析出沉渣结垢的流体走管程管程，因管程，因管程易清洗。易清洗。需提高需提高流速以增加传热膜系数的流体流速以增加传热膜系数的流体走管程走管程，因管程流速一般较高。因管程流速一般较高。17压力高的流体宜在压力高的流体宜在管内管内通过，管子耐压性好。通过，管子耐压性好。液液- -液热交换时，被加热的流体走液热交换时，被加热的流体走管程管程，被冷被冷却的流体走却的流体走壳程壳程，可减少热损失。可减少热损失。饱和水蒸气宜走饱和水蒸气宜走壳壳程程，易于排出冷凝液，同时，易于排出冷凝液，同时饱和水蒸气的传热膜系数高，让传热系数低的饱和水蒸气的

5、传热膜系数高，让传热系数低的走管内，因流速高而可以提高传热膜系数。走管内，因流速高而可以提高传热膜系数。18二、夹套式热交换器二、夹套式热交换器在容器（釜）外壁安装夹套制备而成19常用于制药、有机合成和食品工业中。常用于制药、有机合成和食品工业中。夹套反应釜换热时，传热系数夹套反应釜换热时，传热系数K比较低。比较低。20三、蛇管式热交换器三、蛇管式热交换器换热面积较小换热面积较小。将金属管弯绕成与各种容器相适应的盘蛇形状，沉浸将金属管弯绕成与各种容器相适应的盘蛇形状，沉浸于容器内的液体之中于容器内的液体之中2122直径不同的两根直管制成同心套管，内管用U型弯头连接，外管与外管互连23五、板式换

6、热器五、板式换热器一组金属薄板平行排列，在相邻薄板之间衬以垫片，然后用框架夹紧组装于支架上。24优点：优点：1、传热板薄，单位容积有很大的传热面传热板薄，单位容积有很大的传热面( (可达可达250m2) )，并且外表面小，热损失小。并且外表面小，热损失小。2、传热系数高；流体流动阻力并不大。传热系数高；流体流动阻力并不大。3、操作灵活性大。操作灵活性大。4、制造、检修、清洗均方便。制造、检修、清洗均方便。25思考题思考题1、比较不同类型换热器的优缺点。、比较不同类型换热器的优缺点。2、如何选择换热器？、如何选择换热器？2656 56 辐射传热辐射传热辐射传热的机理辐射传热的机理辐射传热过程是热

7、物体以波的形式向四周散播辐射辐射传热过程是热物体以波的形式向四周散播辐射能，辐射能遇到另一物体时，被全部或部分地吸收，能，辐射能遇到另一物体时，被全部或部分地吸收，被吸收的辐射能重新转变成为热能。被吸收的辐射能重新转变成为热能。辐射与传导或对流的差别：辐射与传导或对流的差别：辐射能的发生是由于物体的原子内部激发的结果，它辐射能的发生是由于物体的原子内部激发的结果，它可以直接传播可以直接传播。任何绝对零度以上的物体均能辐射能。任何绝对零度以上的物体均能辐射能量（这也是遥感技术的根据），量（这也是遥感技术的根据），辐射的强度和波长与辐射的强度和波长与物体的温度有关物体的温度有关。热辐射的波长范围一

8、般是。热辐射的波长范围一般是0.840nm (可见光为可见光为0.40.8 m,红外线为红外线为0.7500 m).27斯忒藩斯忒藩波耳兹曼波耳兹曼( Stefan-Boltzmann)定律定律 黑体的辐射能力黑体的辐射能力E0与绝对温度的四次方成正比：与绝对温度的四次方成正比：400)100(TE0黑体的辐射系数（也称为Stefan-Boltzmann常量）,其值为5.67,单位W.m-2.K-4。 实际物体的辐射能力较黑体低实际物体的辐射能力较黑体低440)100()100(TTE三种传热方式的概括比较三种传热方式的概括比较传导和对流传热时的传热速率直接与温度差成正比。辐射传热时的传热速率

9、则与温度的四次方之差成正比。传热过程中，传导、对流和辐射往往同时发生。高温（如500以上）时辐射传递的热量在总传热量中会占较大的比重；较低温度（如300以下）对流传热占显著地位。传导主要发生在固体物料间。对流传热发生在流体之中。传导、对流、辐射传热的传热速率都与传热面积直接成正比。29 在套管换热器中用水逆流冷却热油,水由285K加热到310K,油由420K冷却到370K,设油和水的流量、物性和进口温度不变,若要求油的出口温度降到360K,问换热面积应比原来增加多少（%）？ 30 在套管式换热器中用水冷却热油（逆流换热），油由420K冷却到370K，水由285K加热到310K。设油和水的物性、

10、进口温度和换热面积均不变，水的流量增加0.2倍，油的流量不变，求水和油的出口温度。 31 有一套管换器，内管为192mm，管长为2m，管隙的油与管内的水流向相反。油的流量为270kgh-1，进口温度为100,水的流量为360kgh-1,进口温度为10。若忽略热损失,总传热系数K = 374 Wm-2K-1,油的比热Cp,h = 1.88kJkg 1K-1，试求油和水的出口温度分别为多少？（水的比热Cp，c = 4.18kJkg 1K-1）32 根据传热机理的不同，热的传递有_、_和_三种基本方式，流动的流体向器壁的传热主要靠_。 根据总传热方程，强化传热过程，提高传热速率，可以采取_、_和_三方面措施。 大多数金属的导热系数随温度的升高而降低。 ( ) 过热蒸汽的给热系数远远小于饱和蒸汽的给热系数。 ( ) 相同条件下,逆流比并流有更大的平均温度差，因此生产中从来不采用并流换热的方式。.( )33 什么是稳态传热？什么是稳态的恒温传热和稳态的变温传热？ 金属的导热系数随温度的升高而_；液体的导热系数随温度的升高而_（水和甘油除外）；气体的导热系数随温度提高而_，随压强的增大而_。 34膜状沸腾的给热系数比泡核沸腾的