换热器设计及性能分析总结二版

换热器的定义:在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其他流体的设备(又称热交换器,此2=Exchanger)。一般是两种温度不同的流体参与传热,一种流体温度较高,放出热量,另一种流体温度较低,吸收热量。但是,在某些换热器中,也有多于两种具有不同温度流体参与传热的。这里所讲的换热器是指以传热为其主要目的的设备。在工业生产中的有些设备,如制冷设备、干燥设备、精馏设备等等,在其完成指定的生产工艺过程的同时，都伴随着热量的交换,但传热并不是其主要目的,因此,就不属于换热器的范畴。换热器的分类：按用途分：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等按制造材料分：金属、石墨、陶瓷、熟料等按工作原理分:回热式(蓄热式)即冷热流体交替流过换热表面、混合式(冷热流体直接相互掺混)、间壁式(冷热流体由固体壁面隔开)按流动型式：顺流、逆流、混流、一次交叉流、顺流式交叉流、逆流式交叉流、混合式交叉流各种流型平均温差的比较(1)逆流平均传热温差远远大于顺流平均传热温差。事实上，在所有换热流型中,逆流和顺流是两种极端情形,逆流传热性能最好,平均传热温差最大，顺流传热性能最差,平均传热温差最小。(2)在折流换热器中,即包含有逆流、也有顺流,因此，其平均传热温差介于逆流和顺流之间。(3)对于三种典型的一次交叉流动而言，相同条件下两种流体都横向不混合的平均传热温差最大，相反,两种流体都横向混合的平均传热温差最小。对于多次交叉流动而言,总趋势为逆流的多次交叉流动平均传热温差接近于逆流,总趋势为顺流的多次交叉流动平均传热温差接近于顺流。(4)从出口温度来看,逆流式换热器冷流体出口温度可能高于热流体出口温度,但顺流式换热器冷流体出口温度永远低于热流体出口温度。另一方面,逆流式换热器中冷、热流体最高温度位于换热器的同一端,该处传热壁面温度高,工作条件恶劣;而顺流式换热器中冷、热流体在换热器同一端进入,传热面冷却较好在所有流型中,交叉流动换热面热应力最小。(5)在换热器设计中,从提高传热性能的角度看,应尽可能采用逆流或接近于逆流的交叉流,但若热流体温度较高,因为采用逆流而对换热面材质提出更高要求时,就必须进行综合技术经济分析，选择最佳的方案。(6)如果在换热过程中,一种流体的温度不变，例如纯工质的沸腾与凝结换热,或者一种流体的温度变化相对于另一种流体非常小,则所有流型的平均传热温差相同,流型对平均传热温差的影响消失。如蒸发器和冷凝器,发生相变的流体温度不变,所以不存在顺流还是逆流的问题。①分段的加权平均温差：At=一m工A①i=1Atm,i

热容量比R定义为换热器两流体中较小得热容量与较大的热容量之比。R=min（qmcp）max传热单元数NTU二KF/Wmin以热容量小的流体为基准传热单元数是反应换热器传热性能的一个重要指标，传热单元数越大，表明换热器传热能力越强，传热性能越好。传热单元数也可理解为具有较小热容量流体的温度变化与平均传热温差之比,因此,相同平均传热温差下，传热单元数越大,意味着流体温度变化越大,换热效果越好,反之亦然;在传热单元数中,包含传热面积、流体质量流量和传热系两方面的物理量,其分别代表了换热器的初投资和运行费用，因此，传热单元数是一个反映换热器综合技术经济性能的重要指标传热有效度传热有效度的定于基于如下的思想：当换热器无限长（面积无限大），对于一个逆流换热器来说，定义最大可能传热量，最大可能传热量是指热面积为无穷大时的传热量。按照热力学第二定律,在传热过程中,热流体温度最低只能冷却到冷流体进口温度,冷流体温度最高只能升到热流体进口温度,最大传热量即是指这两种情况下的传热量。传热有效度即为实际传热量传热有效度即为实际传热量与最大可能传热量之比。①=(qc)(t'-1')maxmpmin1 2顺流：e=1-exp[-NTU(1+R)]0 。i顺流：e=1-exp[-NTU(1+R)]^=——逆流：£= 。 1-Rexp[-NTU(1-R)]max按照传热有效度的定义,它是一个小于1的换热器无因次性能参数,其大小反映了换热器在传热性能方面接近理想状况的程度,也可用于比较不同流型换热器性能上的差异。对于只有两种流体参与的换热过程,换热器传热有效度仅与两种流体的进、出口温度有关。但是,对于三种或三种以上流体参与的换热过程,则其传热有效度不仅与流体进出口温度有关,还与流体热容量、传热面积、传热系数等因素有关。多次交叉流动—流型图不同多次交叉流型的差别主要表现在三个方面,即交叉次数、总的流动趋势和交叉流动过程中的混合状况,这三个因素都可以用多次交叉流型图表示。如下表所示（总流动趋势为逆流的多次交叉流型）。程内是指每次交叉换热的区域，程间是指每次交叉过程之间的区域，而程内和程间的组合就构成全程。根据示意图，判断两种流体在程间和程内是否混合。例题4例有一管式空气预热器，烟气在管内流过，程间横向混合，如图所示。己知:总传热面积为A=1353m2,传热系数飞35川/（皿2口，烟气热容量W/14460W/K,进口温度t「=480℃，空气热容量W2=10540W/K,进口温度％‛=135℃，求烟气及空气的出口温度。1解：传热单元数NTU=热容量比：R= 分传热单元数NTUi=1/2NTU查图得£i- 2£-£2(1+R)总传热有效度£=1-£2Ri平均温差法的假设温度直接用于计算传热量值,显然E-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感,这是该方法的优势。在校核计算时,由于传热单元数和热容量比都已知，因此,可以方便地根据无因次量间的关系计算出传热有效度，从而确定流体出口温度或总的换热量。所以,在校核计算中，传热单元数法能显出更大的优越性。设计计算：①初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数K;②根据给定条件,由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度;③由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差;④由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算换热面流体的流动阻力；⑤如果流动阻力过大,则需要改变方案重新设计。校核计算：①先假设一个出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度;②根据4个进出口温度求得平均传热温差③根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数K;④己知KA和4t，按传热方程式计算在假设出口温度下的Q;⑤根据4个进出口温度,用热平衡式计算另一个Q,(这个值和上面的Q,都是在假设出口温度下得到的,因此，都不是真实的换热量;)⑥比较两个Q值,满足精度要求，则结束,否则,重新假定出口温度,重复①-⑥,直至满足精度要求效能传热单元数法设计计算的步骤(1)先假定一个流体的出口温度.按热平衡式计算另一个出口温度(2)根据4个进出口温度求得平均温差(3)根据换热器的结构.算出相应工作条件下的总传热系数k(或已知)(4)已知kA.按传热方程式计算在假设出口温度下的tm,得到Q(5)根据4个进出口温度.用热平衡式计算另一个Q.这个值和上面的Q.都是在假设出口温度下得到的.因此.都不是真实的换热量⑹比较两个Q值.满足精度要求.则结束.否则.重新假定出口温度.重复(1)-(6).直至满足精度要求。在校核计算中,E-NTU法运用较多。在设计计算时，平均温差法传热有效度-传热单元数法是通过换热器无因次量间的关系E=f(NTU,R)来计算换热器性能,由于无因次量间的关系也是基于传热方程和热平衡方程导出的,因此,传热有效度-传热单元数法和平均传热温差法两者并无本质区别,只是处理方法不同。传热有效度也是一个反映换热器性能的重要指标，在计算中应尽量追求大的传热有效度。例如，在其他条件相同时，在所有流型中逆流换热器传热有效度是最大的,且随传热单元数的增大而增加，因此,在选择流型时，应尽量采用逆流,并增大传热单元数。热交换器计算方法的优缺点比较对于设计性热计算.采用平均温差法可以通过中的大小判定所拟定的流动方式与逆流之间的差距.有利于流动方式的选择。而在校核性传热计算时.两种方法都要试算。在某些情况下.K是已知数值或可套用经验数据时.采用传热单元数法更加方便。假设的出口温度对传热量Q的影响不是直接的.而是通过定性温度.影响总传热系数.从而影响NTU.并最终影响Q值。而平均温差法的假设温度直接用于计算Q值.显然e-NTU法对假设

温度没有平均温差法敏感.这是该方法的优势。例题5换热器串联查出每台换热器的Pi关系式：1-关系式：1-P1-PR1H)t''-t'由P二-2一2得t''t'-t' 212由R二t■一工得t"t''-t' 122流体流动方式的选择总体原则1、在给定温度状况下，保证获得较大的平均温差，以较小传热面积,降低金属或其他材料的消耗。2、使流体本身的温度变化值尽可能大,从而使流体的热量得到合理利用,减小它的消耗量,并可节省泵或风机的投资与能量消耗。3、尽可能使传热面的温度比较均匀,并使其在较低的温度下工作,以便用较便宜的材料制造换热器。温度不均匀（热应力）、温度高对材料的要求也越高。4、应有最好的传热工况,以便得到较高的传热系数同样起到减小传热面积的作用。强化传热的原理增大平均传热温差：改变热流体或冷流体温度就能改变传热温差△，另一方面,改变换热流体之间的流动方式如顺流、逆流或错流等，它们的传热温差也就不同。增加传热温差应考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。增加传热面积：扩展传热面积以增加传热,合理地提高设备单位体积的传热面积，如采用翅片管、波纹管、板翅式传热面等提高传热系数;增强传热的积极措施是设法提高传热系数。因为传热过程总热阻是各项分热阻的叠加,并且应使对流换热系数小的那一项增大，才能更有效地增加传热系数。（从热阻最大的环节入手、单相对流换热、沸腾换热、凝结换热）强化传热技术的分类传热过程：导热过程强化；对流传热过程的强化：单相对流、沸腾传热、凝结传热；辐射传热过程的强化。是否需要额外动力：有源技术（主动强化）：表面振动、射流冲击、外加磁场；无源技术（被动强化）：粗糙表面，表面处理，扩展表面。单相流体对流换热的强化无源强化技术管内强制对流换热的强化——改变管道截面形状（横纹槽管、缩放管、波纹管、交叉缩放椭圆管）流体旋转法（管内插入物、螺纹槽管和螺旋内肋管）管外强制对流换热的强化——扩展表面换热、人工粗糙度有源强化技术：机械搅拌法，射流冲击法，添加剂法。强化传热的性能评价强化传热的方法多种多样，人们往往希望找到那些具有高传热效率、低成本、低阻力损失等良好性能的途径，这就需要全面、正确地评价各种强化传热技术的性能。根据所依据的理论基础不同,评价方法分为三类。以热力学第一定律为基础、以热力学第二定律为基础、以热经济学为基础。以热力学第一定律为基础：Q/N消耗单位功率所传递的热量缺陷：只考虑了能量数量上的差异，不考虑品质上的差异。以热力学第二定律为基础：它通过比较强化管和光管在相同条件下由于不可逆过程引起的嫡产来判断强化传热性能的优劣，嫡产数越小，则采用强化传热手段的能量有效利用程度越好。缺陷：没有考虑传热强化所带来的材料消耗、动力消耗、制造安装、运行和维护费用的变化等。以热经济学为基础：较为典型的是惮经济指标评价法，该指标既考虑了采用强化传热措施后传热能力的改善，又考虑了加工制造在内的强化传热管所有费用的变化,可为换热设备设计时强化传热管的选择提供依据。换热器应满足的几项基本要求：①保证满足生产过程所要求的热负荷；②强度足够及结构合理；③便于制造、安装和检修;④经济上合理。管壳式换热器管壳式换热器主要由换热管束、壳体、管板、前端管箱和后端结构等部件组成。管束两段固定在管板上，然后整体安装在壳体内。前端管箱和后端结构分别通过法兰与壳体两端相连，检修或清洗时可方便拆卸。在管壳式换热器中,将在管内流动的流体称为管流体,换热管内的通道及其相贯通处称为管程;在管外流动的流体称为壳流体，管外流道及其贯通处称为壳程。冷热两种流体分别在管程和壳程流动,通过换热管壁实现热量的交换。在换热器前端管箱和（或）后端结构上设有管程流体的进、出口接管。单管程——如果流体从前端管箱的进口接管流入、一次流过管束、从后端结构上的出口接管流出，则称为单管程。多管程——当管壳式换热器换热面积较大，换热管数较多时，管内流通截面积增大，流速降低。为了提高管内流体流速，可以将换热管束平均分成若干组，使流体在换热管束内多次往返流动,称之为多管程。管程数指管流体沿换热管轴向往返的次数，一股取2、4、6・••••单壳程——壳程流体沿壳体轴向一次通过壳程称为单壳程。当换热器壳体直径较大时，壳程流体流通截面积增大，流速降低。——为了提高壳程流体流速也可在与管束轴线平行方向上设置纵向隔板进行分程，壳程数Ns指壳程流体沿壳体轴向往返的次数。但是，由于受到空间限制，壳程分程隔板安装困难，因此，一般都尽量避免采用纵向隔板对壳程进行分程。折流板——为了提高壳程流体流速，强化壳程传热过程，通常都采用各种型式的折流板。选择合适的折流板型式和折流板间距，可以方便地控制流速并使管外的纵向流动变为横向冲刷，从而加强了对流体的扰动，有效提高管外对流传热表面传热系数。管壳式热交换器分类：(1)固定管板式热交换器，将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，由于管板与壳体固定在一起，所以称之为固定管板式换热器。特点:结构简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下，可排的管数比较多，壳程不能够检修和清洗，因此不适宜易结垢和不清洁流体的换热过程。应用场合:适用于壳程流体洁净且不宜结垢，流体温结小于70°C,流程压力小于600kPa的场合。(2)U形管式热交换器：U形管式换热器的换热管束由U形弯管组成。管子两端固定在同一块管板上，弯曲端不固定，因此，每根U形管都可以沿管子轴向自由伸缩而不受其他管子及壳体的影响，热补偿性能好。U形管换热器在需要清洗时可将整个管束抽出，但清除管内壁却比较困难;由于管程为双管程,因此，管内流体流速高，表面传热系数大,但流动阻力也随之地加。(3)浮头式热交换器结构:浮头式换热器的两端管板只有一端通过法兰与壳体固定联接，这一端称为固定端;而另一端的管板不与壳体联接，其可相对于壳体滑动，这一端被称为浮头端。即浮头式换热器的一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回活动，并连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。由于整个浮头位于壳体内部,故又称为内浮头式换热器。优点:管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀产生热应力。管程壳程的清洗检修较为方便，将整个管束从固定端抽出即可。缺点:浮头盖与管板法兰连接面积较大，壳体直径增加,在管束与壳体之间形成阻力较小的环形通道,部分流体由这里通过不参加换热,形成短路。结构较复杂,造价高，易发生内漏。(4)填料函式热交换器—结构特点:管板只有一端与壳体固定连接,另一端采用填料函密封,可在调料函中滑动,浮头露在壳体外面,又称为外浮头式热交换器。管束可以自由伸缩,不会因壳壁和管壁的温差而产生温差应力。优点:结构较浮头式换热器简单,加工制造方便,节省材料,造价比较低廉,且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗,维修方便。缺点：因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件,且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质,使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。管壳式换热器的命名**XXXDN-P-A-LN-aI(或II)PdNXXX第一个字母代表前端管箱形式,第二个字母代表壳体形式,第三个字母代表后端结构形式DN-公称直径；Pt/Ps-管壳程设计压力，相等时只写Pt;A公称换热面积；LN/d—热管工程长度，热管外径；Nt/Ns-管程数和壳程数，单管程只写Nt(I或II):I级热交换器采用高级或较高级冷拔钢管,II级换热器采用普通冷拔钢管AES500-1.6-54---4125A平盖管箱；E单程壳体；S钩圈式浮头；公称直径为500mm;管程和壳程设计压力分别为1.6Mpa；公称换热面积为54m2；管长6m；换热管外径25mm；4管程单壳程；I一级管束碳素钢较高级冷拔换热管表示平盖管箱,公称直径500mm,管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54m2,碳素钢较高级冷拔换热管，管长6m,管外径25mm；4管程、单壳程钩圈式浮头式换热器。前端管箱：A:平盖管箱B:封头管箱C:用于可拆管束与管板制成的一体管箱N:与管板制成一体的固定管板管箱D:特殊高压管箱壳体型式:E:单程壳体F:具有纵向隔板的双程壳体G:分流^双分流I:U形管式热交换器J：无隔板分流K：釜式重沸器O：外导流后端结构型式：L:与A相似的固定管板结构M:与B相似的固定管板结构N:与C相似的固定管板结构P:填料函式浮头5：钩圈式浮头T：可抽式浮头U:U形管束环:带套环填料函式浮头。换热管（光管、翅片管、螺纹管）换热管是管壳式换热器的传热元件,主要通过管壁的内外面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大的影响。小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的管子,使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦,且易结垢,不易清洗。换热管的管径选取原则1、尽量选用标准管径，这样在经济和制造上都是有益的2、尽量选用小直径管子，这样可以增大换热面积，节约金属消耗，降低换热器成本。在相同条件下，采用小直径管子可使管内、外对流传热表面传热系数增大，同时，能使单位体积内布置更多的传热面。管子在管板上的排列原则保证管板强度；设备紧凑,以便减小管板和壳体的直径,并使管外空间的流通武面减小,以便提高管外流体的流速；制造、安装、和修理、维护方便管子在管板上的排列方式（1）等边（正）三角形：正三角形排列是最常见的排列方式,在这种排列方式中，流体流动方向与三角形的一条边垂直,是一种最典型的错排。正三角形排列布管比较紧凑，流体表面传热系数高，便于管板划线及钻孔,但管间不易清洗，流动阻力天。这种排列方式适用于壳程介质不易结垢且不需要机械清洗、允许压降较大的换热过程。（2）同心圆：所谓同心圆排列是指以壳体中心作为管束的中心,在同心圆上排列管子。此时,管间距s既是两层圆周之间的距离,也是圆周上管子之间的间距,但是,必须指出,管子直线间距和圆弧上管间距稍有差别,因为在圆周上布置的管子必须是整数,从而采用这种排列方式时,各层圆周上的管间距是不相等的,这就使得管板上的划线、制造和装配都比较困难。这种排列方式的优点是布管比较紧凑,特别是在靠近壳体处管子排列非常均匀,因此,在小型换热器中,这种布管方式比等边三角形排列要好。但随着壳体直径的增大,同心圆排列的优点逐渐消失,因此,在大型换热器中,多采用等边角形排列。（3）正方形：正方形排列是一种典型的顺排，在这种排列方式中，流体流动方向与正方形的一边垂直。这种排列方式在相同条件下可排列的管数最少，因此，布管最不紧凑,流体对流传热表面传热系数低，但流动阻力小。正方形排列的主要优点是易于清扫，故在易于结垢、需将管束抽出清洗的场合非常实用，例如，在浮头式和填料函式换热器中就常采用这种排列方式。（4）组合排列组合排列是指在换热器中同时具有多种排列方式的一种排列。例如,在多管程换热器中,每一程都采用等边三角形排列,面在各程相邻管排间,为便于安装分程隔板,则采用正方形排列。需要说明的是,在多管程换热器中,分程隔板要占据一部分管板面积,因此,分程陋板槽两侧管间距会增加,实际排管数必须扣除增加的间距后计算或作图确定。（5）转角排列：转角等边三角形排列法:流体的流动方向与三角形的一条边平行的排列方法。（6）转角正方形排列法:流体的流动方向与正方形的一条对角线垂直的排列方法。■管板与壳体的连接管板和壳体的连接方式有两种,即不可拆连接和可拆连接。所谓不可拆连接是指换热器两端的管板直接焊在外壳上，并将延伸到壳体周围之外的部分兼作法兰，在固定管板式换热器中常采用不可拆连接。这种连接方式，拆下管箱即可检修胀口或清扫管内污垢，但由于换热管束、管板和壳体连为一休，换热器在运行时管子和壳体内热应力较大，需要进行热补偿。不可拆连接适合高压、有毒、易爆介质的换热，但壳程清洗较为困难。■管壳式换热器的部件管箱型式很多,包括平板型、封头型、碟型、半球形及锥形等，但最常用的是平盖管箱和封头管箱,如图所示。平盖管箱结构简单，制造容易，但承压能力低;封头管箱结构复杂，成本高，但承压能力强。对于大直径换热器和介质压力较高的换热器,应优先采用封头管箱。管程一换热管内的通道以及与其相贯通处称为管程。壳程—换热管外的通道以及与其相贯通处称为壳程。管束分程（分程隔板）：条件：当换热器所需换热面增加，而管子又不能太长时。管程数:一般有1，2，4，6，8，10，12等七种（当管利数为偶数时，制、安装和检修都比较方便），随着管程数的增多，管程流体流程增加，流动阻力增加，因此，管程数不易太多。一般以2、4程较为普遍。（③）分程的原则：1、避免流体温差较大的两部分管束紧邻；2、相邻程间平均壁温之差不超过28℃；3、应尽可能使各管程的换热管数大致相同；4、分程隔板板槽形状简单，密封面长度较短纵向隔板为了提高流体的流速和湍流程度，强化壳程流体的传热，在管外空问常装设纵向隔板或折流板。纵向隔板在U形管壳式热交换器中常有应用。其最小厚度为6mm,当壳程压降较大时应适当加厚。由于它的安装难度较大，也由于它与壳体内壁之间容易存在间隙而产生流体泄漏在它两侧的流体温度不同又存在热的泄漏,往往降低了装设纵向隔板的效果。由于这两个方面的问题,两块以上的纵向隔板在实际中很少采用。折流板作用：a.提高壳程流体流速,增加湍动程度；使壳程流体垂直冲刷管束,提高壳程传热系数;b.减少结垢;c.支承管束（当换热管较长时，折流板可有效地支撑管束，提高其刚度，防止管束的振动）。结构型式：折流板型式很多，主要有弓形折流板、盘环形折流板、扇形折流板、管孔形折流板等。支持板（支承板）设置条件:当换热器在工艺上无须设置折流板，但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时,需设置一定数量的支持板,按照折流板处理.作用:a。减小跨距一防振；b.支承管子一增加管子刚度，防止管子产生过大挠度弓形折流板几何尺寸的影响弓形折流板的缺口高度h和板间距B的大小是影响壳程流体传热和流动的两个重要因素，确定的基本原则是保证壳程流体流过缺口处的流通面积（流速）与流过两块折流板间的流通面积（流速）相近。挡管（假管）安装分程隔板会使壳程形成不为管子所占据的通道，假管是两端堵死的管子,安装在分程隔板槽背面两管板之间。J防止管间短路。J挡管一般与换热管规格相同,可与折流板点焊固定，也可用拉杆（带定距管或不带定距管）代替。J挡管每隔3〜4排换热管设置一根,但不设置在折流板缺口处。旁路挡板换热管束外围与壳体内壁间存在的间隙会形成旁流,旁路挡板即用来减小管束外环间隙的旁流，主要通过旁路挡板增加流动阻力,迫使大部分壳程流体通过管束进行传热。防冲板位于壳程流体进口处的管束,经常会受到高速流体的冲刷,因此,在壳程流体进口处需要设置防冲挡板，保护进口处的换热管免于受到磨损和冲蚀。防冲挡板的形式有如图所示的三种，其中（a）、（b）是将防冲板两侧焊在定距管和拉杆上，（c）是直接焊在壳体壁上。导流筒：为使流体更均匀地流入管间，防止流体对进口段管束的冲刷，并减小远离接管处的死区,提高传热效果,可装设导流筒。导流筒有内导流筒和外导流筒两种形式。设置条件:A、当壳程进口管流体的PU2值为下列数值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流简：1、非腐蚀、非磨蚀性的单相流体,pu2>2230kg/（m-s2）2、其他液体,包括沸点下的液体,pu2>740kg/（m•s2）B、有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应设置防冲板。C、当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流简，以减少流体停滞区,增加换热管的有效换热长度。折流板缺口高度确定原则:为避免流动速度变化引起压降,流体在缺口处的流通械面积与流体在两折流板间错流的流通截面积接近。☆缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示。缺口高度越大，流速越低，扰动效果下降,传热能力降低;缺口高度越小流场越不均匀,且容易堵塞。☆应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近。折流板厚度对传热和流动没有影响，但是，为了有效防止管束振动、并承受拆换管子时的拉作用，必须要保证一定的折流板厚度。一股情况下，折流板厚度至少是换热管壁厚度的一倍，且最薄不能小于3mm。折流板上管孔与换热管和折流板与壳体内壁之间的间隙，过大会造成：泄漏严重，不利于传热且易引起振动；过小会导致安装困难。对流换热系数计算过程定性温度的取法流体的平均温度、壁面温度、流体和壁面的平均温度；定型尺寸的选择选取原则:对流体运动或传热发生主导影响的尺寸。圆管内的换热过程:取管子内径；圆管管外强迫流动换热:管子外径；非非圆形管道:当量直径管壳式换热器的流动阻力换热器由于流动阻力引起的压降式衡量换热器经济运行的一个重要指标，如果压降大，则输送流体所消耗的机械功就多。流动阻力产生的根源：黏性流动阻力产生的条件：固体壁面流动阻力大小的决定因素：物理性质、流动状况、壁面因素换热器流动阻力的分类：摩擦阻力：由于流体与壁面的摩擦；局部阻力：由于流动方向或速度突然改变所产生的。管壳式换热器的阻力包括管程与壳程阻力管程阻力的计算总阻力=沿程阻力+回弯阻力+进出口连接管阻力在相同雷诺数下,因为壳程流体横向冲刷管束时流速和方向在不断变化,因此,壳程摩擦系数大于管程摩擦系数,但是，因为压降与流速、水力直径、折流板数和流体密度等有关,因此,同样雷诺数下壳程压降有可能比管程低。无折流板时，可用管程阻力公式计算壳程阻力管、壳程流体的确定原则①提高传热系数受到限制的那一侧的换热系数，使传热面两侧的传热条件尽量接近;②节省金属材料;③清洗污垢方便;④减少热量、冷量损失;b减少壳体和管子因受热不同而产生的温差应力;⑥在高压下工作的热交换器,使密封简单可靠;⑦便于流体的流入、分配和排出。确定管、壳程流体时应满足的要求：①流量小、粘度大的流体走壳程；②对于刚性结构换热器,如果冷热流体温差大，应使表面传热系大的流体走壳程；③与环境温差大的流体走管程，与环境温差小的流体走壳程，这有利于减小对环境的散热损失；④对于冷凝器,饱和蒸汽易走壳程，这样有利于凝结液的排除。⑤易结垢、易沉淀和不清洁的流体走管程，有毒介质走管程因为管程清洗比壳程容易得多,而且管内流体不易泄露。⑥高温、高压或腐蚀性强的流体走管程,这对降低壳体壁厚,以及耐热性、耐腐蚀性、密封性等要求非常有利,并可以避免换热管和壳体同时处于恶劣的工作条件下，从而节省贵重材料，降低成本,提高经济性。流速的确定应遵循的原则:1、对于易结垢流体，应选取较高的流速,从而加强对壁面的冲刷，抑制污垢的生长。一般管程流速应大于1m/s,壳程流速大于0.5m/s.2、流体精度越大,为了保证压降在允许范围内，流速应越低。3、当管内、外流体表面传热系数相差较大时，应尽量提高表面传热系数较小侧流体流速,从而增大其表面传热系数,有利于提高总的传热系数。4、对于易燃、易爆的流体,其流速应低于安全允许流速。在换热器运行过程中,流体温度及其变化对换热器性能有较大影响,主要表现在:1、介质温度过高或过低都会使得间壁两侧对流传热温差增大，结垢速度加快,从而使得传热恶化。2、随着冷热流体温差增加，换热管和壳体壁面温度差也会增大，从而使得两种之间的差胀增大,对热补偿的要求提高。3、换热器中流体出口温度对换热器传热有效度和传热强度也具有重要的影响，例如,在逆流式换热器中,当冷流体出口温度接近热流体进口温度时,传热有效度最大,但传热温差会减小,传热强度降低,所需传热面积增大。4、在某些流型或某些换热器中,不合理的出口温度还可能出现温度交叉现象,发生反向传热,必须尽可能避免。污垢的分类：污垢的类型及特征与换热介质的种类密切相关，分为液侧污垢和气侧污垢。液侧污垢指：不洁净液体与换热面接触形成的污垢。包括：结晶型污垢(如钙镁类盐，在水中的溶解度随温度升高而降低，在壁面上形成结晶型污垢)、沉积型污垢(壁面上的锈、杂物、悬浮在燃烧产物中的灰和未燃尽的颗粒等，一旦进入热交换器就会因为重力而迅速沉积下来)、生物型污垢(如藻类、菌类本身或其剥落物附着在传热面上形成污垢，不但阻碍流动和影响传热，而且腐蚀传热面)；其他：由于壁面腐蚀，燃烧结焦，某些工艺过程生成的化学反应物或聚合物等，也都形成污垢廷克流动模型各个流路及其意义★★(1)流路A.由于管子与折流板上的管孔间存在间隙.而折流板前后又存在压差所造成的泄漏.它随着外管壁的结垢而减少。(2)流路B.这是真正横向流过管束的流路它是对传热和阻力影响最大的一项。(3)流路C.管束最外层管子与壳体间存在间隙而产生的旁路.此旁路流量可达相当大的数值。设置旁路挡板.可改善此流路对传热的不利影响。⑷流路D.由于折流板和壳体内壁间存在一定间隙所形成的漏流.它不但对传热不利.而且会使温度发生相当大的畸变.特别在层流流动时.此流路可达相当大的数值。(5)流路E.对于多管程.因为安置分程隔板.而使壳程形成了不为管子所占据的通道.若用来形成多管程的隔板设置在主横向流的方向上.他将会造成一股(或多股)旁路。此时.若在旁通走廊中设置一定量的挡管.可以得到一定的改善。贝尔法计算壳程对流换热系数的过程:②查取折流板缺口的校正因子jc（为Fc的函数），缺口处不排管的结构jc=1③查取折流板泄漏影响的校正因子j1,（A和D流路）④查取旁通影响的校正因子jb⑤进出、口段折流板间距不等时的校正因子js⑥壳程雷诺数较低时逆向温度梯度的校正因子jr；⑦计算壳程传热因子j0；j0=jH*jc*j1*jb*js*jr⑧计算壳程换热系数a0高效就是换热效率高,结构紧凑即在增加换热器的传热面积的同时,也要减小换热器的体积。紧凑式：热交换器的单位体积中所包含的传热面积的大小m2/m3>700为紧凑式。高效间壁式热交换器：螺旋板式、板式、板翅式、板壳式、翅片管式、热管式、微尺度。■螺旋板式螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺旋状而构成的。卷制后，在换热器内形成两条相互隔开的螺旋形通道，在顶、底部分别焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出口接管是设在圆周边上,而另一对进出口则设在圆周的轴心上。换热时，冷、热流体分别进入两条通道,在换热器内严格的逆流流动。冷热两种流体分别在两个螺旋通道中流动，流体1从中心进入,沿螺旋形通道流到周边流出;流体2则由周边进入,沿螺旋通道流到中心流出。螺旋流道有利于提高传热系数。定距柱：保证流道的间距，加强湍流，增加螺旋板刚度。用直径310mm的圆钢在卷板前预先焊接在钢板上。可拆式，不可拆式。I型结构：两个螺旋通道两侧完全焊接封闭，不可拆。II型结构:一个螺旋通道焊接封闭，另—通道的两侧敞开。一流体作螺旋形流动，另一流体则作轴向流动。适合于两流体的流量相差很大的场合。III型结构:一流体作螺旋形流动，另一流体则是轴向流动和螺旋流动的组合,适用于蒸汽的冷凝和冷却。特点：①传热系数高②不易堵塞③由于流道长，可以完全逆流④结构紧凑，制造简便⑤操作压力和温度可能太高⑥不易检修■板式换热器板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片（各种橡胶或压缩石棉等制成）压紧，板片四角有圆孔,形成流体的通道。组成：传热板片，密封垫圈，压紧装置，轴及接口管。上导杆，下导杆，夹紧螺栓，支柱。若干矩形板片，其上四角开有圆孔,通过圆孔外设置或不设置圆环形垫片可使每个板间通道只留两个孔相连。板四角开有角孔，流体由一个角孔流入，即在两块板形成的流道中流动，而经另一对角线角孔流出（该板的另外两个角孔则由垫片堵住），流道很窄，通常只有3~4mm冷热两流体的流道彼此相间隔。为了强化流体在流道中的扰动，板面都做成波纹形。板片间装有密封垫片，它既用来防漏，又用以控制两板间的距离。冷热两流体分别由板的上、下角孔进入换热器，并相间流过奇数及偶数流道，然后再从下、上角孔流出。传热板片是板式换热器的关键元件，不同类型的板片直接影响到传热系数、流动阻力和承受压力的能力。板片的材料，通常为不锈钢，对于腐蚀性强的流体（如海水冷却器），可用钛板。传热板片：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。人字形板，水平平直波纹管，锯齿形板。强化传热的凹凸形波纹;用以安装密封垫片的密封槽;介质进出的角孔;板片悬挂装置（缺口）;保证密封垫片压紧时对中的定位缺口;板片组装后保持流道一定的间隙、并使流层"网状”化的触点,可使板片在两侧介质有压差情况下减少板片的变形;使介质能均匀沿板片流道宽度分布的导流槽。流动：单边流，对角流。组装：串联，并联，混联。密封垫圈：密封作用，防止介质漏出（外漏）;在两板片间造成一定的间隙，形成介质的流道（内漏）。压紧装置：固定与活动的压紧板、压紧螺栓。将垫圈压紧，产生足够密封力,不发生泄漏。优缺点：①结构紧凑，占用空间小:很小的空间即可提供较大的换热面积，不需另外的拆装空间;相同使用环境下，其占地面积和重量是其他类型换热器的1/3~1/5。②传热系数高：雷诺数＞10时，即可产生剧烈湍流，一般总传热系数可高达3000〜8000W/（m2.K）。③端部温差小:逆流换热,可达到1℃的端部温差。④热损失小:只有板片边缘暴露，不需保温，热效率三98%。⑤适应性好，易调整:通过改变板片数目和组合方式即可调节换热能力，与变化的热负荷相匹配。⑥流体滞留量小，对变化反应迅速，拆装简单,容易维护:板片是独立的单元体，拆装简单，可将密封垫密闭的板片拆开、清洗。⑦结垢倾向低:高度紊流、光滑板表面，使积垢机率很小，且具自清洁功能，不易堵塞。⑧低成本:使用一次冲压成型的波纹板片装配而成，金属耗量。低，当使用耐蚀材料时，投资成本明显低于其他的换热器。缺点：处理能力不大；操作压力比较低，一般不超过20atm;受垫片耐热性的限制，操作温度不能太高;一般合成橡胶垫不超过130℃，压缩石棉垫圈也不超过250℃。板翅式热交换器基本结构：板束（基本单元（通道）：隔板，翅片，封条），导流片，封头板翅式换热器结构组成：（a）_由基本换热元件组成:在两块平隔板1中夹着一块波纹形导热翅片3,两端用侧条2密封，形成一层基本换热元件（基本单元体）；（b）_许多这样的单元体根据流体流动方式的布置进行交错叠合（使相邻两流道流动方向交错）焊接（钎焊）起来构成板翅式换热器。常用翅片类型：平直,锯齿,多孔,波纹翅片。板翅式换热器由于两侧都有翅片，用作气-气换热，传热系数对空气可达350W/（m2K）。板翅式换热器结构非常紧凑，轻巧，每立方米体积中容纳的传热面积可高达4300m2,承压可达100bar。缺点:容易堵塞，清洗困难，不易检修。适用于清洁和无腐蚀的流体换热。翅片：扩大传热面积,提高换热器紧｝奏性和传热效率。支撑隔板,提高热交换器的强度和承压能力。支撑隔板,提高热交换器的强度和承压能力。传热机理:二次传热表面（不像隔板那样直接传热,翅片传热面积约为换热器