第四章 传热5-换热器

1、一、一、 换热器的分类换热器的分类按用途分类：按用途分类：按冷热流体热量交换方式分类：按冷热流体热量交换方式分类：混合式混合式主要内容：主要内容：1. 根据工艺要求，根据工艺要求，2. 通过计算选择合适的换热器规格。通过计算选择合适的换热器规格。 加热器加热器、冷却器、冷却器 、冷凝器、冷凝器、蒸发器、蒸发器和再沸器和再沸器、蓄热式、蓄热式和间壁式和间壁式选择适当的换热器类型；选择适当的换热器类型；第六节第六节 换热器换热器3 、喷淋式、喷淋式 优点：优点： 缺点：缺点：结构简单；结构简单；耐腐蚀；耐腐蚀；管内能耐高压；管内能耐高压；冷却水喷淋不均匀影响传热效果；冷却水喷淋不均匀影响传热效果；

2、只能安装在室外。只能安装在室外。占地面积大，占地面积大，4、套管换热器、套管换热器优点：结构简单，耐高压，传热面积可以调整。优点：结构简单，耐高压，传热面积可以调整。缺点：单位传热面金属消耗量较大。缺点：单位传热面金属消耗量较大。5、列管式换热器、列管式换热器即管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，使用最广。即管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，使用最广。 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效壳体、管束、管板、折流挡板和封头。壳体、管束、管板、折流挡板和封头。果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹果好，结构坚固，可选用的结构材

3、料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。性大，大型装置中普遍采用。一种流体在管内流动，其行程称为管程；一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管束的壁面即为传热面。1、列管式换热器的结构、列管式换热器的结构 注意单程多程的概念注意单程多程的概念 单管程：流体在管内通过管束一次；单管程：流体在管内通过管束一次； 单壳程：流体在管外通过壳体一次。单壳程：流体在管外通过壳体一次。 为了提高传热系数，通常在壳体内安装一定数目的折为了提高传热系数，通常在壳体内安装一定数目的折流档板。（防止流体短路、增加流速

4、，加大湍动程度）流档板。（防止流体短路、增加流速，加大湍动程度）圆缺形圆缺形圆盘形圆盘形 多管程：封头内设置分程隔板，使得流体每次通过部多管程：封头内设置分程隔板，使得流体每次通过部分管子而往返管束多次。分管子而往返管束多次。 多壳程：在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体多壳程：在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间。空间。2、分类及特点、分类及特点 原因：管、壳温度不同，原因：管、壳温度不同，产生热应力，产生热应力，结果：结果：t50时时，管弯曲、断裂或管板变形，管弯曲、断裂或管板变形固定管板式固定管板式 安装膨胀节；安装膨胀节；分类：根据所采取的温差补偿措施，可分为：分类：根据所采取

5、的温差补偿措施，可分为：为此，采用各种补偿办法，消除或减小热应力。为此，采用各种补偿办法，消除或减小热应力。浮头式浮头式 本身具有补偿能力；本身具有补偿能力；U形管式形管式 本身具有补偿能力。本身具有补偿能力。（1） 固定管板式特点：特点： 结构简单；成本较低；但会产生较大热应力结构简单；成本较低；但会产生较大热应力且壳程检修和清洗困难。且壳程检修和清洗困难。适用：适用： 壳程流体不易结垢或容易化学清洗；壳程流体不易结垢或容易化学清洗；壳体与传热管壁温度之差小于壳体与传热管壁温度之差小于50 C。（2） 浮头式浮头式特点：特点： 可完全消除热应力可完全消除热应力,便于清洗和检修便于清洗和检修

6、。但结构复杂，成本高但结构复杂，成本高适用：应用广泛。适用：应用广泛。 （3） U型管式特点：特点： 具有温度补偿作用，结构较简单，具有温度补偿作用，结构较简单，但管程不易清洗。但管程不易清洗。适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。的流体。三、三、 列管换热器的选用列管换热器的选用1. 根据工艺任务，计算热负荷根据工艺任务，计算热负荷2. 计算计算 tm3. 依据经验选取依据经验选取K，估算，估算A4. 确定冷热流体流经管程或壳程，选定确定冷热流体流经管程或壳程，选定u 先按单壳程多管程的计算，先按单壳程多管程的计算， 由由u和

7、和V估算单管程的管子根数，估算单管程的管子根数，如果如果 0.8，应增加壳程数；应增加壳程数；由管子根数和估算的由管子根数和估算的A，估算管子长度，估算管子长度， 再由系列标准选适当型号的换热器。再由系列标准选适当型号的换热器。5. 核算核算K 分别计算管程和壳程的分别计算管程和壳程的 ，6. 计算计算A 根据计算的根据计算的K和和 tm，确定垢阻，确定垢阻， 求出求出K，K进行比较。进行比较。并与估算的并与估算的如果相差较多，如果相差较多，应重新估算。应重新估算。计算计算A，并与选定的换热器并与选定的换热器A相比，相比，应有应有10%25%的裕量。的裕量。选用换热器中的有关问题：选用换热器中

8、的有关问题：(1) 流体流经管程或壳程的选择流体流经管程或壳程的选择管程：管程：壳程：壳程：原则：原则：(2) 流体流体uuuu选择是经济上权衡的问题，选择是经济上权衡的问题，传热效果好，传热效果好， 结构简单，结构简单， 清洗方便清洗方便不清洁或易结垢不清洁或易结垢、腐蚀性、腐蚀性、压力高的流体。、压力高的流体。饱和蒸汽饱和蒸汽、需要冷却、需要冷却、粘度大、粘度大或流量小的流体。或流量小的流体。 在同在同Q K ，、 tm下下A ， 节省设备费；节省设备费；Hf 操作费用增加；操作费用增加； ，但要避免层流流动但要避免层流流动 。(3) 换热器中管子的规格和排列方式换热器中管子的规格和排列方

9、式管子的规格：管子的规格：管长：管长：排列方式：排列方式：正三角形正三角形正方形直列正方形直列正方形错列正方形错列 192mm和和 252.5mm 1.5m、2.0m、3.0m、6.0m四、四、 传热过程的强化途径传热过程的强化途径1、增大、增大 tmmQKA t 提高加热剂提高加热剂T1的温度或降低冷却剂的温度或降低冷却剂t1的温度的温度 两侧变温情况下，两侧变温情况下，为了增强传热效率，为了增强传热效率，2、增大、增大A/V可采取可采取 tm 、A/V 、K 。尽量采用逆流流动尽量采用逆流流动改进传热面结构入手来增大改进传热面结构入手来增大A 和湍动程度和湍动程度，使，使Q 纵向翅片管纵向

10、翅片管横向翅片管横向翅片管螺旋槽纹管螺旋槽纹管 缩放管缩放管 3、增大、增大K1212111()()bRRK 尽可能利用有相变的热载体（大） 提高的方法(无相变)： 用大的热载体，如液体金属Na等 减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻 提高较小一侧有效 增大流速 管内加扰流元件 改变传热面形状和增加粗糙度五、五、 新型的换热器新型的换热器1、平板式换热器、平板式换热器优点：传热效率高，K大结构紧凑，操作灵活，安装检修方便缺点：耐温、耐压差易渗漏，处理量小2、螺旋板式换热器、螺旋板式换热器优点：传热效率高不易堵塞结构紧凑，成本较低缺点：压力、温度不能太高难以维修3、热管换热器、热管换热器

11、优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠；优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠；适用：尤其适用于某些等温性要求较高的场合。适用：尤其适用于某些等温性要求较高的场合。第四章 答案o30032.1840.46634.6 CooCCm21、 ;2、q=-35.8 W/m、W/(m)； 、 、51.6.213.3kWmm5、 ；6、 14；7、 o4370W/(C)m8、 2 o2 oo18.7 W/(mC)32.6W/(mC)77.9 C9、 、 、 2 o10、 47.5 W/(mC)2 o2 oW/(C)12W/(C)mm11、1465 ； 、379 o129 C13、 2110/kW m；14、 94191.3126kW54.71063kWkWkWkW15、 、 、 、 、 3o2.09/26.9 Cmh16、 、 234.218501630/28.3moooCCCkg h17、 、 40 、 ；19、 、823.77 10/1.31J hmoo20、 、30.8 C 、 40 C及219.222m21、 ； 、96.7 W/m、 83.2 W/m2729