第四章传热第5节

第五节换热器(1)概述一、换热器(传热设备统称)的分类：按换热方式分类：1)直接接触式：冷热流体直接接触换热——2023/2/4第五节换热器(2)2023/2/4第五节换热器(3)3)间接式换热器：冷热流体在固体壁隔两侧进行换热。2)蓄热式换热器：2023/2/4第五节换热器(4)间壁式换热器：冷、热流体不混合，在换热器壁两侧换热。(工业上应用此类型换热器居多，为重点内容)1、夹套式换热器

反应釜外加夹套，夹套中可以用蒸汽加热。例：保温式反应器等。设反应釜的加热面积为S，则S/V较小，但很适用。二、间壁式换热器的分类：2023/2/4第五节换热器(5)2023/2/4第五节换热器(6)2、喷林式换热器2023/2/4第五节换热器(7)3、沉浸式蛇管换热器：

蛇管安装在充满液体的容器内，故为沉浸式。例：发酵罐中的蛇管等。2023/2/4第五节换热器(8)2023/2/4第五节换热器(9)2023/2/4第五节换热器(10)4、套管式换热器：

直径不等的两根管套在一起。优点：结构简单，可严格的逆流；可调节流速；可根据需求放几节套管。2023/2/4第五节换热器(11)2023/2/4第五节换热器(12)2023/2/4第五节换热器(13)5、列管式换热器——管壳式换热器：

n根管束并联的形式。此类换热器最多。(重点)2023/2/4第五节换热器(14)分类固定管板式浮头式1、固定管板式换热器（1）三、列管式（管板式）换热器2023/2/4第五节换热器(15)

固定管板式换热器的结构特点：

用焊接法将列管固定在两个花板之间，两个花板也被固定。因此花板间的距离固定不变。1、固定管板式换热器（2）2023/2/4第五节换热器(16)2、浮头式换热器浮头式换热器与固定管板式结构的最大区别——

其两端浮头部分与列管部分可以拆开，将内部的列管与壳分开；便于清洗等。2023/2/4第五节换热器(17)两种列管式换热器结构的特征共性：有两个空间：平行排列的细管内称为管程(管内)，流体均匀地分配在每根管内;管与管之间称为壳程,

冷、热两种流体间壁式流动。管内流体在管内流动，流经分配室，在封头两侧进、出口。壳程流体在管外流动，流体在管间流动。2023/2/4第五节换热器(18)例：管程—当流体条件一定时，流体的流速u↑，则α↑；

进一步K↑,Q↑。问题：当生产任务（即体积流量Vs）一定，如何提高u?讨论：列管式(管板式)换热器的换热速率——

Q=KSΔtm,其中S、Δtm为定值(因工艺条件一定)；『问题』如何提高传热速率Q？实质是如何提高K值的问题。

对于无相变的流体应提高换热器壁两侧的α1、α2的问题。单管程——管内流体流体流经一个管长。管程如何提高流速u？式中：Vs、d、n都为固定值，似乎u值不能变了。2023/2/4第五节换热器(19)三管程—两侧各放置一隔板，使流体流经三个管长。m管程的数目依此类推:有隔板的换热器，在流量Vs不变的前题下，其管内的流速提高了。双管程——换热器的一侧放置隔板，使管内流体流经两个管长；

称为双管程;管速为单管程的2倍。2023/2/4第五节换热器(20)2023/2/4第五节换热器(21)问题：壳程的流速如何提高？方法1)单壳程→双壳程。方法2)放置圆缺挡板，加强壳程流体的湍动程度,则提高α↑。壳程流速提高的措施2023/2/4第五节换热器(22)2023/2/4第五节换热器(23)四、U型管换热器2023/2/4第五节换热器(24)

根据工艺条件要求及换热流体的性质，对换热器的速率：Q=KSΔtm，对具体换热过程，可以设计换热器，也可以选用换热器（通用设备）。换热器涉及的计算：第一个问题：流体流动空间的选择。选择的基本原则：走管程的流体一般为：1)不清洁的流体，易结垢的流体走管程(因易清洗)。2)具有腐蚀性的流体走管程；在管内空间装设保护用的衬里或覆盖层也比较方便，并容易检查。

3)压强较高的流体走管程；降低壳体受压。4)有毒流体走管内（管程），避免泄漏机会增多；5)与外界温差大的流体应走管内(管程)。因为可以减少热损失。五、管壳式换热器的设计和选用2023/2/4第五节换热器(25)进入管间(壳程)的流体一般为：1)饱和蒸汽一定走管间——壳程（管间、管外）；因为：①冷凝水易排出；②蒸汽干净；③饱和蒸汽的α较大，无需用提高流速增大α;④饱和蒸汽的α较大，走壳程蒸汽与壳体和列管都接触，因此，产生的热应力小；2)被冷却的流体走管间；便于散热；同时减少了载热体的用量。3)黏度较大的液体易走管间；因管间的流动截面和方向都在不断变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内的大。4)温差变化较大及对流传热系数较大的流体移走管间。因管间的流动截面和方向都在不断变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内的大。2023/2/4第五节换热器(26)第二个问题：流体流速的选择

增加流体在换热器中的流速，可以增大对流传热系数α，进一步增大总传热系数K，则换热器的换热速率Q增大；同时可以减少管壁上的污垢，即减少了传热的热阻。但是，流体流速增大后，便增大了流体的流动阻力，增大动力的消耗。因此应通过经济核算后，选择适宜的流速。经验数据可选择：一般流体：1)管程：0.5~3m/s；2)壳程：0.2~1.5m/s；易结垢流体:1)管程:>1m/s；2)壳程：>0.5m/s；气体：

1)管程:50~30m/s；2)壳程：3~15m/s2023/2/4第五节换热器(27)六、新型换热器1、板式换热器2023/2/4第五节换热器(28)2023/2/4第五节换热器(29)2023/2/4第五节换热器(30)2023/2/4第五节换热器(31)2023/2/4第五节换热器(32)2、螺旋板换热器2023/2/4第五节换热器(33)2023/2/4第五节换热器(34)2023/2/4第五节换热器(34)2023/2/4第五节换热器(35)2023/2/4第五节换热器(36)3、翅板式换热器2023/2/4第五节换热器(37)2023/2/4第五节换热器(37)2023/2/42023/2/4练习题：1、过热氨蒸汽于95℃进入一列管换热器的内管，经冷凝于冷凝温度30℃排出，氨气由95℃冷却到30℃时，放出热量10000W，冷凝放出热量64500W；现用冷却水冷却冷凝，冷却水进口温度为15℃，逆流操作，在冷凝段，冷热流体最小温差为5℃，已知:氨α凝=8700W/m2℃；冷却时的α却=58W/m2℃；水侧α水=1280W/m2℃;冷却器内管为Ø38×1.5mm。求此过程的K,Δtm和面积A。已知：T1=95℃,Ts=30℃,t1=15℃解：分析：氨过热蒸汽T1→T2=Ts(冷却)→Ts(冷凝)=Ts计算应分成两段,然后加和；2023/2/42023/2/42023/2/4结论：(1)Q凝=63500>Q却=10000；K凝=1603.3>K却=51.2

A凝=6.56<A却=8.04(2)温升:Δt:Δt凝=25-15=10℃，Δt却=26.5-25=1.5℃所以：不用过热蒸汽做加热介质，而用饱和蒸汽冷凝。2023/2/42、已知换热器面积A=3m2，用表压2kgf/cm2饱和蒸汽在管外加热管内的水,水流量为4000kg/h,从20℃加热到80℃；列管为φ25