高效间壁式热交换器-1th

第三章

高效间壁式热交换器管壳式热交换器：具有结构简单、适用范围广、清洗方便等优点；但传热效果较差、体积庞大。高效间壁式热交换器：传热效率高、体积较小即“紧凑”紧凑性：是指热交换器的单位体积中所包含的传热面积的大小，单位为m2/m3.高效间壁式热交换器紧凑性：是指热交换器的单位体积中所包含的传热面积的大小，单位为m2/m3.可参照KRShah所提出的大于700m2/m3的换热器即可称为紧凑式换热器。构成紧凑式热交换器的关键是要具有紧凑的传热表面，可以通过二次表面来形成，如板翅式热交换器中的传热翅片；或板状表面代替管状，如螺旋板式热交换器及其他措施。高效间壁式热交换器高效间壁式热交换器板式热交换器新型高效、紧凑的热交换器由一系列相互平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成国外著名生产厂家有瑞典的ALFA-LAVAL英国APV公司、日本大阪制作所等适于医药、食品、制酒、合成纤维、造船、化工等。板式热交换器1、构造和工作原理按构造可分为可拆卸(密封垫式)、全焊式和半焊式三类，以密封垫式应用为最广。可拆卸板式热交换器主要由三个主要部件-传热板片密封垫片压紧装置等组成板式热交换器板式热交换器(1)、传热板片是板式热交换器的关键元件它的设计主要考虑两方面的因素使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；提高板片刚度，能耐较高的压力。波纹形式形式不同对传热及流动阻力有较大影响；人字形波纹板、水平平直波纹板应用最广。板式热交换器板式热交换器人字形波纹板断面形状常为三角形，人字形之间夹角120°板式热交换器人字形波纹板断面形状常为三角形，人字形之间夹角120°；组装时，每相邻两板片是倒置的，从而形成网状触点，并使通道中流体形成网状流；单边流：流体从板片一端的一个角孔流入，从另一端同一侧的角孔流出；对角流：从另一端的

另一侧的角孔流出。板式热交换器板式热交换器人字形波纹板刚性好，传热性能也好；传热系数可达7000W/(m2·℃)以上(水-水，无垢阻)；一般，人字形板的流阻较大，且不适宜于含颗粒或纤维的流体。板式热交换器水平平直波纹板传热和流体力学性能均较好；传热系数可达5800W/(m2·℃)以上(水-水，无垢阻)；断面形状可为等腰三角形、有褶的三角形波纹、阶梯型波纹。板式热交换器板式热交换器都具有以下共同部分：强化传热的凹凸形波纹；板片四周及角孔处的密封槽；流体进出孔(角孔，一般为圆形，大型冷凝器板片角孔为三角形)；悬挂用缺口。(1)、传热板片板式热交换器板片组装后两板片间都有相互接触的地方，称为触点。作用：在板片两侧出现压差时，保持流道的正常间隙形状，同时使流动“网状”化，强化传热。(1)、传热板片板式热交换器材质：碳钢、不锈钢、铝及合金、黄铜、蒙乃尔合金、镍、钼、钛、钛钯合金及氟塑料-石墨等。应用最为广泛的是不锈钢，钛耐腐蚀性好，用于化工等腐蚀性强的场合。厚度：0.5-1.5mm，通常为1mm左右。制作关键是板片成型，目前几乎全是冲压型板。(1)、传热板片板式热交换器为防止流体外漏和两流体之间内漏；承受压力和温度以及工作流体的侵蚀；要求具有良好的弹性。(2)、密封垫圈板式热交换器橡胶质量耐蚀、耐温、硬度在65-90邵氏硬度；压缩永久变形量不大于10%；抗拉强度≥8MPa，延伸率≥200%。(2)、密封垫圈板换的故障多在于垫圈出现问题。如脱垫、伸长、老化、断裂等。板式热交换器橡胶材质有特殊要求丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶和石棉纤维板。以三元乙丙橡胶用得最多（适用温度为-50-150℃），石棉纤维板适用温度最高（20-250℃）。(2)、密封垫圈板式热交换器(2)、密封垫圈一台200块板片，每片面积为0.5m2的板式热交换器，其垫圈总长达到约900m。双道密封信号孔板式热交换器(3)、压紧装置由固定与活动的压紧板、压紧螺栓组成。制造成本中，压紧装置占了较大的比例。需注意板片尺寸和负荷的关系。新近有电动和液压的压紧装置，使板片的拆卸和压缩可自动进行。板式热交换器(3)、压紧装置板式热交换器(3)、压紧装置板式热交换器由于板片很薄且具有波纹形表面，因而具有一系列优点：波纹板片交叉相叠使通道内流体形成复杂的二维或三维流动和窄的板间距，大大加强了流体的扰动，能在很小的Re数时形成湍流和高的传热系数。临界雷诺数在10-400范围内。在同一压力损失下，板式换热器每平米传热面积所传递的热量为管壳式的6-7倍。紧凑性约为管壳式的3倍，可达300m2/m3.在同一热负荷下，体积为管壳式的1/5-1/10。板式热交换器板式热交换器的主要问题操作压力和温度受到结构限制，国内一般板式换热器只能用于0.6MPa以下的压力和120-150℃的温度。现在国内生产的最大单片板片面积达到2.0m2以上，最高工作压力1.6MPa，最高工作温度200℃。在流体有腐蚀性需使用贵重金属材料制造时，在压力1.5MPa和温度150℃以下的条件下，存在板式换热器逐渐取代管壳式的趋势。板式热交换器目前世界上板式热交换器所达到的主要技术指标最大板片面积4.75m2，最大孔角尺寸450mm以上，

板式热交换器全焊式、半焊式板换解决了可拆式板换耐温耐压偏低的问题。全焊式为整体钎焊而成。目前最大焊接式单板传热面积为18m2，最小0.006m2.板式热交换器半焊式板换：每两张板片焊接在一起成为焊接单元，单元之间用垫片密封，然后组装成一体。用于两种流体温度和压力相差较大的流体换热的需要。板式热交换器的型号表示法板式热交换器2、流程组合及传热、压降计算（1）流程组合为满足传热和压降的要求，可进行多种方式的流程和通道数的配置：流体流动可以是串联、并联和混联(一种流体为并流，另一种流体为串流)板式热交换器2、流程组合及传热、压降计算（1）流程组合流体流动可以是单流程或多流程，两流体的流程数可以相等或不相等。两流体的流程中通道数不一定要相等(c中，一种流体为1程×4通道，另一种流体为2程×2通道)板式热交换器板式换热器内流程与通道的配置方式常以下列数学形式表示：板式热交换器盲孔板式热交换器2、流程组合及传热、压降计算（2）传热计算板片的角孔及密封垫圈等处并不参与传热，传热面积应该是扣除不参与部分后板片的展开面积，即有效传热面积。平均传热温差的计算为按纯逆流情况下对数平均温差值再乘以修正系数，即板式热交换器在串联和并联时可用图3.18，混联时可采用管壳式热交换器的温差校正系数。板式热交换器MarriottJ提出两侧体积流量比为0.7-1及NTU不超过11时的温差修正系数图。板式热交换器传热系数K的计算，在已知两侧对流换热系数及垢阻条件下，仍用以往常用公式：r1、r2为板片两侧污垢热阻，由于流动中湍流较大，不易结垢，故污垢热阻要比一般的管壳式小。板式热交换器板式热交换器对流换热系数a1及a2的计算，一般在无相变情况下板片两侧都将保持传热相似，可按相同公式计算，如传热不相似则分别用各自公式计算。板式换热器放热计算的基本公式形式与管内或槽道内的对流换热计算公式相同，湍流时为：流体被加热时，m=0.4；被冷却时m=0.3.板式热交换器流体被加热时，m=0.4；被冷却时m=0.3.C，n随板片、流体和流动的类型不同而不同。有文献对上式中系数和各指数提出了这样的范围：C=0.15-0.4,n=0.65-0.85,m=0.3-0.45,Z=0.05-0.2(粘度修正项上的指数)。这些数值可供进行试验研究整理准则关系式时及选用时参考。板式热交换器板式热交换器在有相变时，换热系数计算很复杂，何种计算方法最为可靠尚未得到公认。以下公式仅供参考。蒸汽凝结换热系数的计算，应按不同的凝结区运用相应的计算公式。对于重力控制区(Relf<临界雷诺数，为150-500)，可用下式：板式热交换器对于剪切力控制区(Relf>临界雷诺数)，可用下式：板式热交换器板式热交换器2、流程组合及传热、压降计算（3）压降计算国内制造厂商对于板式热交换器用于无相变换热时的压力降计算通常是以欧拉数Eu与雷诺数Re之间准则关系式给出的：板式热交换器（3）压降计算板式热交换器3.板式热交换器的热力计算程序设计一般情况下，冷、热流体的流量（或热负荷）及冷、热流体进出口温度中的任意三个，两流体的允许压降等是已知的，板式热交换器的设计应包括确定板型、板片尺寸、流程与通道数的组合、传热面积等。板式热交换器3.板式热交换器的热力计算程序设计设所选单片传热面积为Fp，传热总面积为F，则所需传热板片数为板式热交换器3.板式热交换器的热力计算程序设计(1式)(2式)由2式所得结果应等于或略大于1式所得结果，这才表明起初所选定的流程数和通道数能达到传热的要求。如不满足，则应重选流程和通道数，这是计算中所要进行的第一次迭代。板式热交换器3.板式热交换器的热力计算程序设计第二次迭代是压降的校核。如果压降不满足要求，可改变初设的流程数，也可以重新设定通道数。所求得的流体流速应大致在0.4-0.6m/s左右，太大可能会使压降不满足。板式热交换器板式热交换器例：欲将流量为900kg/h的热水从110℃冷却到40℃，冷水的入口温度为35℃，出口温度为65℃，压降最大不超过50kPa，试进行一台板式热交换器热力设计计算。解：首先确定板型。设选择兰州石油化工机械厂制造的BP型板片。从厂家产品规格查得板间距b=4.8mm，流道宽L=430mm，板厚为1.2mm，单片传热的投影面积为0.52m2，传热准则关系为压降的准则关系式为，当流程数m’≤7时，应乘以校正系数板式热交换器板式热交换器板式热交换器板式热交换器板式热交换器板式热交换器板式热交换器板式热交换器高效间壁式热交换器螺旋板式热交换器新型高效、紧凑的热交换器比管壳式换热器传热性能好由螺旋形传热板片构成的热交换器适于石油化工、制药、食品、染料、制糖等工业部门的气-气、气-液、液-液对流或冷凝的热交换1、基本构造和工作原理

构造包括螺旋形传热板、隔板、定距柱、头盖、连接管等基本部件。螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理

均包括由两张厚约2-6mm的钢板卷制而成的一堆同心圆的螺旋形流道中心处的隔板将板片两侧流体隔开螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理

螺旋板一侧表面上有定距柱，是为了保证流道的间距，也能起到加强湍流和增加螺旋板刚度的作用。一般用3-10mm圆钢在卷板前预焊在钢板上。螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理

螺旋板式热交换器分为可拆式和不可拆式；根据流体在流道内的流动方式和使用条件的不同，螺旋板式热交换器分为I、Ⅱ、Ⅲ三种型式。螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器I型式-两流体均匀螺旋流动，通常是冷流体由外周边流向中心排出，热流体由中心流向外周边排出，实现了纯逆流换热。常用于液-液热交换，由于受到通道断面的限制，密封的方法有多种，对于I型，通道两端全焊密封，为不可拆结构，目前工作的公称压力在2.5MPa以下。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器Ⅱ型式流体的流动方式与I型相同，但通道两端交错焊接，两端面的密封采用顶盖加垫片的结构，螺旋体可由两端分别进行机械清洗，故为可拆式，主要用于气-液热交换，工作压力为1.6MPa以下。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器Ⅱ型式流体的流动方式与I型相同，但通道两端交错焊接，两端面的密封采用顶盖加垫片的结构，螺旋体可由两端分别进行机械清洗，故为可拆式，主要用于气-液热交换，工作压力为1.6MPa以下。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器Ⅲ型式一侧流体螺旋流动，流体由周边转到中心，然后再转到另一周边流出，另一侧流体只做轴向流动，如蒸汽由顶部端盖进入，经敞开通道向下轴向流动而被冷凝，凝液从底部排出。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器Ⅲ型式通道的密封结构为一个通道的两端为焊接，另一通道的两端为全敞开。由于轴向流通截面比螺旋通道的流通截面大得多，适宜于两流体的体积流量相差大的情况，故常用作冷凝器等气-液热交换。允许的工作压力为1.6MPa。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器流体在螺旋形流道内的流动所产生的离心力，使流体在流道内外侧之间形成二次环流，增加了扰动，使流体在较低雷诺数下(Re=1400-1800，甚至为500时）就形成了湍流。因流动阻力小，流速可以提高(对流体一般为2m/s，对气体一般为20m/s)，因而K值可比管壳式换热器提高0.5-1倍以上。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器一般K=582-1163W/m2·℃，水-水时，最大可达3000W/m2·℃。板间距较窄，紧凑性达到100m2/m3，约为普通管壳式的2倍。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器螺旋板式换热器往往具有两个较长的冷、热流体的流道，故易于控制流体出口温度和有利于回收低温热能。在纯逆流情况下，两流体的出口端差最小可达到3℃。对于污垢的沉积，具有一定的“自洁”作用。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器螺旋板式换热器为单通道和卷制而成，所以其单台容量和工作压力、温度都收到限制。当板厚在2mm以内时，工作压力不得超过0.5-1.0MPa，特殊结构可达2.5MPa。工作温度一般小于250℃，特殊条件可达450℃。国外的螺旋板式换热器的最高工作压力为4.0MPa。1、基本构造和工作原理螺旋板式热交换器(国内)2、设计计算螺旋板式热交换器1)换热系数a的计算要求解对流换热系数a，必须确定螺旋板式热交换器流道中达到湍流时的临界雷诺数Rec；鉴于通道的弯曲率、通道内定距柱的数量及排列对Rec产生很大影响，很难确定准确的Rec，给正确计算a值带来一定的难度。根据经验，一般认为Rec=6000较为合理设计计算(1)湍流时(Re>6000)设计计算(1)湍流时(Re>6000)设计计算(2)层流时(Re<2000)设计计算(3)过渡流至湍流(Re>1000)设计计算(4)蒸汽冷凝时螺旋板式换热器作为冷凝器时通常都为立式安装，故凝结换热系数在可按努谢尔特公式计算：螺旋板式热交换器螺旋板式热交换器2)传热系数K的计算传热板片很薄，在计算传热系数时可不考虑传热板内外侧面积的影响，因而，传热系数K的计算式为螺旋板式热交换器3)流体压降的计算总阻力可分解为三部分：弯曲通道的阻力，定距柱的影响及进出口的局部阻力，故总的压降对于介质为液体时可相应的表达为如下式的三部分之和，即ns-定距柱密度，个/m2.该式的适用范围为Re=5000-44000，ns=116-232螺旋板式热交换器3)流体压降的计算对于蒸汽，轴向流动冷凝时，可用下式计算其压降：螺旋板式热交换器4)换热面积及螺旋通道几何尺寸的计算(1)螺旋体的绘制按标准选定通道宽及板厚，即可确定节距。螺旋板式热交换器4)换热面积及螺旋通道几何尺寸的计算(1)螺旋体的绘制设两流体的通道宽不等，分别为b1和b2，板厚均为δ，则节距分别为t1=b1+δt2=b2+δ螺旋板式热交换器4)换热面积及螺旋通道几何尺寸的计算(1)螺旋体的绘制设两流体的通道宽不等，分别为b1和b2，板厚均为δ，则节距分别为t1=b1+δt2=b2+δ螺旋板式热交换器4)换热面积及螺旋通道几何尺寸的计算(1)螺旋体的绘制则节距分别为t1=b1+δt2=b2+δ对于不等通道，基准半圆直径分别为d1，d2则中心隔板宽B=d1-b1+δ

=d2-b2+δ(1)螺旋体的绘制B=d1-b1+δ=d2-b2+δt1=b1+δ;t2=b2+δ以中心隔板为基准零件画水平及垂直中心线，确定中心点。(1)螺旋体的绘制B=d1-b1+δ=d2-b2+δt1=b1+δ;t2=b2+δ以中心隔板为基准零件画水平及垂直中心线，确定中心点。螺旋板式热交换器在中心点的垂直中心线上、下分别取离中心点距离为t1/2、t2/2的两个圆心。先以下圆心为中心，以r1=d1/2和(d1/2+δ)为半径，画左边第一圈半圆。螺旋板式热交换器先以下圆心为中心，以r1=d1/2和(d1/2+δ)为半径，画左边第一圈半圆。后以上圆心为中心，以[r1+(t1+t2)/2]和[r1+(t1+t2)/2+δ]为半径，画出右半圆。螺旋板式热交换器后以上圆心为中心，以[r1+(t1+t2)/2]和[r1+(t1+t2)/2+δ]为半径，画出右半圆。接着又以下圆心为中心，以[r1+(t1+t2)/2]和[r1+(t1+t2)/2+δ]为半径，画第二圈的左半圆。螺旋板式热交换器如此交替地取圆心，每半圈的圆半径增加量均为(t1+t2)/2和

(t1+t2)/2+δ直画至到达外直径D为止。螺旋板式热交换器(2)螺旋板长度计算在垂直中心线上将螺旋体左右分开，分别计算半圆周长后再相加，并设c=(b1+b2+2δ)螺旋板式热交换器a中心线左侧基准半圆直径为d1、半径为r1，并按螺旋板中径计算。设内侧螺旋圈数为n，则内侧螺旋板的长度li,l为螺旋板式热交换器螺旋板式热交换器螺旋板式热交换器外侧螺旋板的长度lo,l为螺旋板式热交换器b中心线右侧基准半圆直径为d2、半径为r2，长度按螺旋板中径计算。外侧螺旋板的最外圈数为N=n+1，故外侧螺旋板长度lo,r为螺旋板式热交换器b中心线右侧内侧螺旋板长度为li,r螺旋板式热交换器c内侧螺旋板总长度为lid外侧螺旋板总长度为lo螺旋板式热交换器因N=n+1，整理后得e外侧螺旋板有效长度为lo，e螺旋板式热交换器螺旋板式热交换器(4)螺旋体的最大外径D当以d2为基准半圆直径绕出的螺旋板作为外侧板时，螺旋板换热器的最大外径为：螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h取螺旋板宽H=0.6m，则去除封条宽厚的有效板宽He=H-2×0.1=0.58m。通道宽b2(水侧)和b1(煤油侧)为螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例试设计一台螺旋板式换热器，将质量流量3000kg/h的煤油从t1′=140℃冷却到t1

″=40℃。冷却水入口温度t2′=30℃，冷却水量为M2=15m3/h螺旋板式热交换器-设计计算算例传热系数K因介质是水和煤油，故取材质为A3卷筒钢板，厚δ=4mm，其导热系数λ=46.5W/(m•℃)，两侧污垢热阻取R1=R2=0.00017m•℃/W，则螺旋板式热交换器-设计计算算例传热系数K因介质是水和煤油，故取材质为A3卷筒钢板，厚δ=4mm，其导热系数λ=46.5W/(m•℃)，两侧污垢热阻取R1=R2=0.00017m•℃/W，则螺旋板式热交换器-设计计算算例螺旋板式热交换器-设计计算算例螺旋板式热交换器-设计计算算例螺旋板式热交换器-设计计算算例螺旋板式热交换器-设计计算算例冷却水侧因两侧的压降均不足1工程大气压，在工程上一般的允许范围内，故本热力设计符合要求。高效间壁式热交换器板翅式热交换器新型高效、紧凑的热交换器20世纪30年代，用于发动机散热、50年代，在深冷和空分设备开始采用近年来在石油化工、航空、车辆、动力机械、空分、低温领域、原子能和宇宙航行等工业部门得到广泛的应用结构紧凑、轻巧、传热强度高板翅式热交换器基本单元由隔板、翅片及封条三部分组成冷、热流体在相邻的基本单元体的流道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。将许多这样的单元体根据流动方式的布置叠置起来，钎焊成一体组成板翅式换热器的板束或芯体。1、构造和工作原理板翅式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器最基本单元冷热流体之间的热交换大部分通过翅片，小部分通过隔板来进行翅片传热面积大约为总传热面积的67-88%翅片与隔板之间的连接为完善的钎焊，因此大部分热量传给翅片，通过隔板并由翅片传给冷流体2、翅片作用和形式板翅式热交换器翅片与隔板之间的连接为完善的钎焊，因此大部分热量传给翅片，通过隔板并由翅片传给冷流体翅片传热不像隔板那样直接传热，故翅片又有“二次表面”之称虽比一次传热面的传热效率低，但翅片的存在有其必要性2、翅片作用和形式板翅式热交换器虽比一次传热面的传热效率低，但翅片的存在有其必要性对比有翅片与无翅片换热器，试验证明，有翅片比没有翅片的热交换器体积减少了18%以上。设翅片的效率最低为70%时，其重量可减少10%还起着加强两隔板之间支撑的作用2、翅片作用和形式板翅式热交换器又称光滑翅片，最基本的一种翅片特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片传热特性和流动特性与流体在长的圆管中的传热和流动性相似①平直翅片板翅式热交换器翅片的主要作用是扩大传热面，但对于促进流体湍流的作用很少。相对于其他翅片，它的特点是换热系数和阻力系数都比较小适宜于要求流动阻力小、自身传热性能好(如液侧或发生相变)的场合。①平直翅片翅片的强度要高于其他类型的翅片，故用于高压翅片式换热器中较多。板翅式热交换器②锯齿形翅片可以看作平直翅片被切成许多短小的片段，相互错开一定的间隔而形成的间断式翅片对于促进流体的湍动，破坏热边界层十分有效在压损相同的条件下，传热系数要比平直翅片高30%以上有“高效能翅片”之称板翅式热交换器②锯齿形翅片锯齿形翅片的传热性能随翅片切开长度而变化，切开长度越短，其传热性能越好，但压力降增加在传热量相同的条件下，其压力损失比相应的平直翅片小普遍用于需要强化传热(尤其是气侧)的场合板翅式热交换器③多孔翅片在平直翅片上冲出许多圆孔或方孔而成开孔率一般在5-10%之间，孔径与孔距无一定关系，排列有长方形、平行四边形和正三角形三种我国目前多采用ф2.15、ф1.7，孔距为6.5mm、3.25mm、正三角排列板翅式热交换器③多孔翅片翅片上的孔使热边界层不断破裂、更新，提高了传热效果在Re较大的范围内(103-104)具有比平直翅片高的换热系数，但在高Re范围会出现噪音和振动。能使流体在翅片中分布更均匀，有利于流体中杂质颗粒的冲刷排除主要用于导流片及流体中夹杂颗粒及相变换热的场合板翅式热交换器④波纹翅片是在平直翅片上压成一定的波形(如人字形，所以又称人字形翅片)使得流体在弯曲流道中不断改变流动方向，促进流体的流动，分离或破坏热边界层，其效果相当于翅片的折断，波纹愈密，波幅愈大，其传热性能就愈好。板翅式热交换器翅片我国常用的为平直、锯齿和多孔三种用汉语拼音符号和数字统一表示翅片的型式与几何参数PZ,DK,JC例：65PZ210365-6.5mm翅高21-2.1mm节距03-0.3mm翅厚板翅式热交换器(1)封条作用：使流体在单元体的流道中流动而不向两侧外流。上下面均具有0.15mm的斜度，以便在组成板束时形成缝隙，利于钎剂渗透。3、整体结构板翅式热交换器(2)导流片和封头作用：为了便于把流体均匀地引导到翅片的各流道中或汇集到封头中，一般在翅片的两端均设有导流片。导流片也起到保护较薄的翅片在制造时不受损坏和避免通道被钎剂堵塞的作用。它的结构与多孔翅片相同，但其翅距、翅厚和小孔直径比多孔翅片大。3、整体结构板翅式热交换器(2)导流片和封头封头：作用是集聚流体，使板束与工艺管道连接起来。板翅式热交换器(3)隔板与盖板隔板材料是在母体金属(铝锰金属)表面覆盖一层厚约0.1-0.4mm，含硅5-12%的钎料合金，所以又称为金属复合板，在钎焊时合金熔化而使翅片与金属平板焊接成整体。厚度一般为1-2mm，最薄为0.36mm板翅式热交换器(4)流道的布置形式可将流体布置成逆流、顺流、错流、错逆流(或称多程流)和混流(或称多股流)等多种形式。①逆流实现逆流有三种型式，其中逆流1、2型为两种流体的逆流布置，而3型为多达五种流体的逆流布置。

逆流形式用得最普遍。板翅式热交换器①逆流板翅式热交换器②顺流该流动形式应用较少，主要用在加热时需要避免流体被加热(或冷却)到高(或低)于某一规定温度的场合板翅式热交换器③错流也是最基本的一种布置方式常能使热交换器布置合理而被采用空分装置中将它用于一侧相变或温度变化很小的场合板翅式热交换器④错逆流两流体在各自通道中沿翅片彼此成直角方向流动，但其中一流体是按逆流方向经过几次错流。一般是用于两种流体的换热系数相差很大情况下，为了提高传热性能差的流体的换热系数，故减小其流通截面，使流速增加，改善传热性能，并可使换热器的结构做得紧凑。板翅式热交换器⑤混流某些流体间是错流，而另外一些流体间是逆流。最大优点是能同时处理几种流体的热交换，并合理分配各种的传热面积。可以将几个换热器并成一个，布置紧凑，生产操作方便，使热(冷)量损失减少到最低程度，但制造较为困难在石化、气体分离设备中被大量地采用。板翅式热交换器(5)组装结构板翅式热交换器在制造时截面积和长度都受到钎焊工艺的限制，单个板束的热交换器往往不能满足需要目前最大板束单元尺寸约为1200mm×1200mm经常采用多个相同的板束串联或并联组装体可采用并联组装、串联组装和串并联混合组装并联组装用集流管和分配管将其连成一个整体板翅式热交换器(5)组装结构板翅式热交换器板翅式换热器特点传热强度高—翅片表面孔洞、缝隙、弯折等促使湍流，破坏热阻大的层流底层特别适合于气体等传热性能差的流体间传热空气强迫对流换热系数可达35-350W/(m2•℃)油强迫强迫对流换热系数可达115-1745W/(m2•℃)水沸腾时可达1745-35000W/(m2•℃)板翅式热交换器板翅式换热器特点紧凑度高翅片为0.2-0.3mm厚的铝合金材料，布置的很密，故该换热器不仅结构很紧凑，而且轻巧牢固单位体积的传热面积通常比管壳式换热器大5倍以上，最大可达几十倍紧凑度一般为1500-2500m2/m3，最高可达4370m2/m3板翅式热交换器板翅式换热器特点耐压高—国外可达10MPa以上另一突出优点为可允许2-9种流体同时换热温度范围可达-273~+500℃由于大多数选用低温下具有良好机械性能的铝合金制造，故特别适用于空气分离和天然气分离，其使用压力范围也很大在重量上比管壳式轻约15~50%板翅式热交换器板翅式换热器特点不足之处—流道狭小，易堵塞而增大压降隔板和翅片由很薄的铝板制成，若腐蚀造成内部串流，则很难找到漏的地方适用于介质干净、对铝不腐蚀、不易结垢、不易沉积和堵塞的场合良好耐腐蚀的聚四氟乙烯材料的非金属板翅式换热器不锈钢板翅式板翅式热交换器2、板翅式换热器的设计计算(1)几何尺寸计算首先应根据所给定的工作条件，包括热负荷、允许压降、流体特性、有无相变、温差大小、最高工作压力等因素，选定翅片型式和规格，然后才可进行以下计算。板翅式热交换器(1)几何尺寸计算板翅式热交换器(1)几何尺寸计算板翅式热交换器(2)翅片效率和翅片表面总效率下图表示板翅式热交换器中冷、热两流体之间热量传递通过翅片及隔板的情况及翅片表面上的温度分布。板翅式热交换器由隔板直接传递的热量Q1通过隔板表面传给流体，可表示为板翅式热交换器沿翅片传入的热量Q2通过翅片表面与流体之间对流换热而传给流体，它可表示为板翅式热交换器tw>tm>t0翅片效率的意义表示了翅片的实际传热量和理想的最大可能传热量之比。板翅式热交换器tw>tm>t0翅片效率的意义表示了翅片的实际传热量和理想的最大可能传热量之比。板翅式热交换器今任取翅根x处的一微元段dx，讨论在dx段上的热平衡关系。板翅式热交换器今任取翅根x处的一微元段dx，讨论在dx段上的热平衡关系。板翅式热交换器板翅式热交换器运行中沿翅片高度(即x方向)的温差是变化的，则沿整个翅高的平均温差可由上式按中值定理求得，即板翅式热交换器θm为翅片的平均温度与流体温度的温差；θ′、θ″分别为翅片始端和末端对周围流体的温差；θw为翅根的温度与流体间的温差，此处可表示为板翅式热交换器此处的H/2，代表着二次表面热传导的最大距离，这是传热问题中所用的一个“定型尺寸”为避免简单地把定型尺寸误解为就是翅高H，给它赋予符号为b，则翅片效率可通用性地表示为板翅式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器由以上分析可知，影响翅片的效率因素有：翅片定型尺寸b越小，或翅高H越低，则热阻越小，tm越接近于tw，翅片效率越高，故单叠布置的翅片效率高于复叠布置翅片越厚，热阻越小，tm越接近于tw，翅片效率越高翅片与流体间的换热系数越小，则沿翅片表面的散热量也越小，tm越接近于tw，翅片效率越高翅片材料的导热性能越好，tm越接近于tw，翅片效率越高板翅式热交换器对于翅片的选择，首先应作翅片型式的选择，再确定其几何参数。应根据最高的工作压力、传热能力、允许压降、流体性能、有无流体相变及冷热流体对流换热系数大小等因素考虑。当流体温差较大时，宜选用平直翅片，温差较小时，宜选用锯齿形翅片流体粘度较大时，如油等，宜用锯齿翅片以增加扰动如在流体中含有固体悬浮物时，宜用平直翅片板翅式热交换器有相变的冷凝、蒸发时，宜用平直或多孔翅片为有效发挥翅片的作用，使其有较高的翅片效率或较多传热量，对于对流换热系数大的场合，往往选用低而厚的翅片，而在换热系数小的场合，选用高而薄的翅片当参加换热的两种流体的换热系数相差悬殊时，除了采取上述措施外，还可以采取换热系数小的一侧A用两个通道，而换热系数大的一侧B用一个通道，即AABAABAAB…的复叠布置形式板翅式热交换器(2)翅片壁面总效率对于两股流的热交换器，当一个热通道与一个冷通道间隔排列时，之间的传热量为板翅式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器当流体A的一个通道与流体B的两个通道间隔排列，即ABBABBABB…排列时，翅片表面总效率的计算式与冷、热流体通道一一间隔时就有所不同。通过类似分析，对两个B通道而言，可得板翅式热交换器当两个通道排列在一起时的一次传热面，有一半即两个B通道之间的一次传热面其传热情况相当于二次传热面，需要乘以效率η1′板翅式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器(3)传热量和传热系数计算板翅式热交换器在稳定传热情况下，Qc=Qh=Q，并忽略翅片及隔板热阻，流体的温度通常是沿流程变化的，可将两流体温差取为对数平均温差，则得板翅式热交换器Kc、Kh-分别为以冷、热通道总传热面积为基准的传热系数板翅式热交换器当比热发生很大变化时，如在压力为4MPa情况下，空气在主热交换器中随温度的降低，比热将变化数十倍，这时应该用第一章中所述的积分平均温差代替对数平均温差，否则，将会引起较大误差。板翅式热交换器4)换热系数的计算(1)无相变时的对流换热系数对于板翅式热交换器，无相变时的对流换热系数常用传热因子j与雷诺数Re的关联式来求取板翅式热交换器上式的具体形式因翅片的类型和结构参数不同而异，通常都由实验建立线图或整理成相应的关联式。板翅式热交换器板翅式热交换器(2)有相变时的换热系数板翅式热交换器(2)有相变时的换热系数板翅式热交换器板翅式热交换器5)压力损失计算在板翅式换热器中造成的流体流动的阻力有多处，为了简化这种计算，可以把板翅式热交换器分成入口端、出口端和中心部分三个部分来分别计算所造成的压降板翅式热交换器(1)入口的阻力该阻力是由于导流片出口到翅片入口的流动截面变化而造成的板翅式热交换器3、板翅式热交换器单元尺寸的决定和设计步骤1)单元尺寸的决定首先要根据已给定的条件决定热交换器单元尺寸的条件。主要取决于流体的允许压力降和冷热流体的温差。对于压力降，应以低压气体的允许压力降作为决定热交换器单元尺寸的条件。应根据允许压力降选取合适的流体速度，使设计压降接近允许压降，以节省设备投资、减小单元尺寸。板翅式热交换器3、板翅式热交换器单元尺寸的决定和设计步骤2)设计步骤选择一种合适的翅片类型与参数，确定通道排列，用对数平均温差或传热有效度-传热单元数法最终确定所设计的板翅式热交换器的传热系数和传热面积，并核算其压降应不超过允许压降。(1)根据工作条件确定热交换器中的流动形式，如逆流、错流或混合流等板翅式热交换器2)设计步骤(1)根据工作条件确定热交换器中的流动形式，如逆流、错流或混合流等(2)选定翅片型式及其几何参数(3)选定一个单元体翅片的有效宽度，计算一排通道的截面积、每排通道的换热面积等(4)根据定性温度、压力查取流体物性参数值(5)选定流速，初步确定通道数(也可反过来计算)板翅式热交换器2)设计步骤(6)确定通道的合理排列(根据物性、流量比例等)(7)计算Re、Pr，由图或关联式求得传热因子和摩擦因子，计算对流换热系数a(8)计算翅片效率和翅片壁面总效率(9)计算传热系数(10)确定对数平均温差(在比热变化很大时，用积分平均温差)板翅式热交换器2)设计步骤(11)计算传热面积(12)确定单元体的理论长度和实际长度(13)进行压力校核计算，如不满足，重新假定流速，重复5-13步，或重选翅片型式或几何尺寸，直到满足为止。

板翅式热交换器例设计一台空分装置板翅式液态空气过冷器(液态空气与氮气的换热)。已知其原始设计数据为：热负荷Q=85545J/s，氮气流量VN2=23500Nm3/h，氮气平均压力pN2=123kpa，氮气进口温度tc′=80.6K及出口温度tc″=90K。氮气侧允许压降∆p=2kpa。液态空气流量VA=16500Nm3/h，平均压力pA=0.554Mpa，进口温度th′=99.5K及出口温度th″=92.6K。板翅式热交换器1)采用逆流，2)因两流体温差不大，故选用锯齿形翅片。锯齿形翅片的几何参数3)其他几何参数4)热物性参数5)选取质量流速选取氮气质量流速G为22.3kg/(m2•s)，液空质量流速为72.7kg/(m2•s)，则得两流体通道数：选取标准状态下氮气密度为1.25kg/m3，富氧空气密度为1.32kg/m36)根据所求得的通道数，它的排列为每两个氮气通道间隔一个液态空气通道。7)计算a8)翅片效率和翅片壁面总效率9)传热系数以氮气侧传热面积为基准=98.3W/(m2•K)以液空侧传热面积为基准10)平均温差11)传热面积12)通道长度13)压降核算13)压降核算第三章

高效间壁式热交换器高效间壁式热交换器翅片管式热交换器是一种带翅的管式热交换器，可以有壳也可以没壳在动力、化工、制冷等工业中有广泛应用工业缺水及工业用水的环境污染问题日益突出，空气冷却器引起人们的重视许多化工厂中有90%以上冷却负荷由空冷器负担翅片管式热交换器1、构造和工作原理可以仅由一根或若干根翅片管组成也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式的热交换器翅片管是翅片管热交换器中的主要换热原件，翅片管由基管和翅片组合而成翅片管式热交换器1、构造和工作原理基管有圆管、扁平管和椭圆管翅片类型多样，可以各自加在每根单管上，也可以同时与数根管子相连翅片管式热交换器空冷器是一种常见的翅片管热交换器，以空气为冷却介质。组成部分包括管束、风机和构架等。翅片管式热交换器管束是空冷器的主要部分，由翅片管、管箱和框架组成，为一个独立的结构整体。翅片管式热交换器低翅管(低肋螺纹管或螺纹管)热交换器是另一种型式，翅高2mm左右，肋化比小，约3-5，不适用于空气而适用于低沸点介质的冷凝或蒸发。微细肋管，国内称为DAC管、DAE管。翅片管式热交换器特点：传热面积增加(比光管可增大2-10倍)可以促进流体湍流，传热系数比光管提高1-2倍结构紧凑并使金属消耗量降低翅片材料可与基管不同，材料的选择与利用更为合理维护费用只有水冷系统的20-30%翅片管式热交换器2、翅片管的类型和选择对翅片管的要求是良好的传热性能耐温性能耐热冲击能力耐腐蚀能力易于清理尘垢压降较低翅片管式热交换器2、翅片管的类型和选择翅片按其在管子上排列方式可分纵向和横向两大类，可根据流体的流动方向及换热特点来选择。翅片管式热交换器几种紊流式翅片翅片管式热交换器翅片管的制造方法整体翅片整体翅片铸造、机械加工或轧制而成无接触热阻，强度高，但需与基管材料相同，如低压锅炉的省煤器焊接翅片-应用广泛翅片管式热交换器翅片管的制造方法高频翅片高频发生器产生高频电感应使管子表面与翅片接触处产生高温而部分熔化，再加压，无焊缝、无焊料、制造简单，性能优良机械连接翅片翅片管式热交换器翅片管的基本几何尺寸包括基管外径和管壁厚翅片高度和翅片厚度增加翅片高度使翅片表面积增加、翅片效率下降，因而使有效表面积增加缓慢翅片管式热交换器翅片管的基本几何尺寸包括翅片距-大小取决于管外介质会影响到翅化面积的大小，但对管外对流换热系数的影响极小，对于空冷器，国产通常为2.3mm翅化比-大小取决于管内介质对流换热系数是指单位长度翅片管表面积与光管外表面之比。若管内介质对流换热系数小，则应选择小翅化比翅片管式热交换器翅化比-大小取决于管外介质对流换热系数(管外为空气)是指单位长度翅片管表面积与光管外表面之比。若管内介质对流换热系数小，则应选择小翅化比，若所选翅化比过大，则反而会使以翅化表面为基准的传热系数迅速降低。最佳值为17-28，我国高翅片比23.4，低翅片比17.1

翅片管式热交换器管长-国内空冷器管长系列为3，4.5，6，9m四种。翅片管式热交换器为获取最佳传热性能，国产翅片管管束常用等边三角形排列方式。翅片管式热交换器翅片材料：有碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等基管材料：碳钢、铬钼钢、不锈钢、铝等翅片管式热交换器3、翅片管热交换器的传热计算与阻力计算1）传热量的计算翅片管式热交换器2）传热系数的计算单层翅片管翅片管式热交换器翅片管式热交换器湿工况上述传热系数表达式适用于空气流过翅片管被加热或被冷却时，均不产生空气含湿量变化的情况，常称这种运行工况为干工况。若管内流体为进口文都低于10度的冷冻水，表冷器的管外表面温度会低于空气的露点，使空气在被冷却过程中结露而析出水分，并在翅片管翅片表面形成水