板式换热器的计算方法

板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，当前比较流行的方法是对数均匀温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采纳计算参数近似估量和流速-总传热系数曲线估量方法。当前，愈来愈多的厂家采纳计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、正确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关系式为基础的设计计算方法。以下五个参数在板式换热器的选型计算中是一定的：总传热量（单位：kW）.一次侧、二次侧的出入口温度一次侧、二次侧的同意压力降最高工作温度最大工作压力假如已知传热介质的流量，比热容以及出入口的温度差，总传热量即可计算得出。温度T1=热侧入口温度 * A3F7 y&G7S+QT2=热侧出口温度 3 s'_% s5s.T"D0q4bt1=冷侧入口温度 & L8~: |;B:t2M2w$zt2=冷侧出口温度热负荷热流量衡算式反应两流体在换热过程中温度变化的互相关系，在换热器保温优秀，无热损失的状况下，关于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：0BN/I"A+m0z'H9~(热流体放出的热流量)=(冷流体汲取的热流量)在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所差异。(1)无相变化传热过程式中Q——冷流体汲取或热流体放出的热流量， W；#Q/p3p:I4~0N'I)Wmh,mc 热、冷流体的质量流量，kg/s； +Z:I9b-h9h"r3P){/Cph,Cpc 热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg•K)；6L8t6b3o&m/nT1,t1 热、冷流体的入口温度，K；T2,t2 热、冷流体的出口温度，K。(2)有相变化传热过程两物流在换热过程中，此中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：&w3v)j4I4R一侧有相变化1Y#e$B6c&z%C3W-W*J双侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程式中可编写可改正r,r1,r2 物流相变热，J/kg；D,D1,D2 相变物流量，kg/s。关于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。对数均匀温差(LMTD)对数均匀温差是换热器传热的动力，对数均匀温差的大小直接关系到换热器传热难易程度 .在某些特别状况下没法计算对数均匀温差，此时用算术均匀温差取代对数均匀温差，介质在逆流情况和在并流状况下的对数均匀温差的计算方式是不一样的。在一些特别状况下，用算术均匀温差代替对数均匀温差。热长(F)热长和一侧的温度差和对数均匀温差有关系。 F=dt/LMTD以下四个介质的物理性质影响的传热：密度、粘度、比热容、导热系数总传热系数总传热系数是用来权衡换热器传热阻力的一个参数。传热阻力主假如由传热板片资料和厚度、污垢和流体自己等要素组成。单位：W/m2°Corkcal/h,m22.压力降压力降直接影响到板式换热器的大小，假如有较大的同意压力降，则可能减少换热器的成本，但会损失泵的功率，增添运转花费。一般状况下，在水水换热状况下，同意压力降一般在20-100KPa是能够解接受的。污垢系数和管壳式换热器对比，板式换热器中水的流动是处于高湍流状态，同一种介质的有关于板式换热器的污垢系数要小的多。在没法确立水的污垢系数的状况下，在计算时能够保存3可编写可改正10%的富饶量。计算方法热负荷能够用下式表示:Q=m•cp•dtQ=k•A•LMTDQ=热负荷(kW)0s〃f$\8]〃11J$F)(m=质量流速(kg/s)cp=比热(kJ/kg°C)dt=介质的出入口温度差(C)#A6n%p-伊yk=总传热系数(W/m2C)A=传热面积(m2)LMTD=对数均匀温差总的传热系数用下式计算：此中：k=总传热系数(W/m2C)a1=一次测的换热系数(W/m2C)a2=一次测的换热系数(W/m2C):r!r.f+v#w;r;C5=传热板片的厚度(m);f8X-L/]0h-~〃s3"9e入成片的导热系数(W/mC)4可编写可改正R1、R2分别是双侧的污垢系数(m2°C/W)a1、a2能够用努赛尔准则式求得。板式换热器选型计算板式换热器是一种高效紧凑型热互换设施，它拥有传热效率高、阻力损失小、构造紧凑、拆装方便、操作灵巧等长处，当前宽泛应用于冶金、机械、电力、石油、化工、制药、纺织、造纸、食品、城镇小区集中供热等各个行业和领域，所以掌握板式换热器的选型计算对每个工程设计人员都是特别重要的。当前板式换热器的选型计算一般分为手工简略算法、手工标准算法及计算机算法三种，以下就三种算法的特色进行简要的说明。一、手工简略算法 计算公式：F=Wq/(K*△T)式中F—换热面积m2Wq—换热量WK 一传热系数W/m2・C△T—均匀对数温差C依据选定换热系统的有关参数，计算换热量、均匀对数温差，设定传热系数，求出换热面积。选定厂家及换热器型号，计算板间流速，经过厂家样本供给的传热特征曲线及流阻特征曲线，查出实质传热系数及压降。若实质传热系数小于设定传热系数，则应降低设定传热系数，从头计算。若实质传热系数大于设定传热系数，而实质压降大于设定压降，则应进一步降低设定传热系数，增大换热面积，从头计算。经过频频校核，直到计算结果知足换热系统的要求，最后确立换热器型号及换热面积大小。这类算法的长处是计算简单，步骤少，时间短；弊端是结果不正确，应用范围窄。造成结果不正确的原由主假如样本所供给的传热特征曲线及流阻特征曲线是必定工况条

可编写可改正件下的曲线，而设计工况可能与之不符。别的样本所供给的传热特征曲线及流阻特征曲线仅为水一水换热系统，在使用中有很大的限制性。以下给出佛山显像管厂总装厂房低温冷却水及 40C热水两套换热系统实例加以说明采纳手工简略算法得出的计算结果与实测结果的差异:BR35F=36m2 北京市华都换热设施厂却水系统流量m/h进水温度C出水温度C压降MPa流量m/h进水温度C出水温度C压降MPa计算结m BB m592817130611果实测结果BR05F=5i63m2北22二京市华都17换热设施厂2172240C热水系统工艺水高温水流量3m/h进水温度C出水温度C压降MPa流量3m/h进水温度C出水温度C压降MPa计算结果6104099070实测结果10333919036工艺水冷冻水、手工标准算法计算方法与步骤（一）工艺条件热介质出入口温度°CTh1Th2流量3/hQh压力损失（同意值）出入口温度°CTh1Th2流量3/hQh压力损失（同意值）MPa△Ph冷介质出入口温度CTc1Tc2流量3/hQc流量3/hQc可编写可改正压力损失(同意值)MPaAPc(二)物性参数物性温度 °CTh=(Th1+Th2)/2Tc=(Tc1+Tc2)/2介质重度Kg/m3YhYc介质比热KJ/kg.CCph Cpc导热系数W/m.C入h入c运动粘度m2/svhvc普朗特数PrhPrc均匀对数温差(逆流)△T=((Th1-Tc2)-(Th2-Tc1))/ln((Th1-Tc2)/(Th2-Tc1))或^T=((Th1-Tc2)+(Th2-Tc1))/2 (分子等于零)计算换热量Wq二Qh* Yh*Cph*(Th1-Th2)=Qc*Yc*Cpc*(Tc2-Tc1)W设施选型依据样本供给的型号联合流量定型号，主要依照于角孔流速。即:Wl=4*Q/(3600*n*Dz) W〜sWl 一角孔流速m/sQ 一介质流量m3/hD一角孔直径m(六)定型设施参数(样本供给)单板换热面积sm2单通道横截面积fm2板片间距lm均匀当量直径dem(d ^2*l)传热准则方程式Nu=a*Re b*Prm压降准则方程式Eu=x*ReyNu—努塞尔数Eu—欧拉数—板形有关参数、指数

Re一雷诺数Pr—普朗特数m一指数热介质m= 冷介质m=(七)制定板间流速初值Wh或WcWc=Wh*Qc/Qh（纯逆流时）W取〜s（八）计算雷诺数Re二W*de/vW—计算流速 m/sde—当量直径mv—运动粘度m2/s（九）计算努塞尔数Nu=a*Reb*Prm（十）计算放热系数a=Nu*入/dea一放热系数W/m2・C入一导热系数W/m.C分别得出ah、ac热冷介质放热系数（十）计算传热系数K=1/(1/a+1/a+r+r+r)W/m2.°Ch cp h cr—板片热阻P•C/Wr一热介质污垢热阻h〜・C/Wr—冷介质污垢热阻c—•C/W（十二）计算理论换热面积Fm=Wq/(K*△T)（十三）计算换热器单组程流道数n=Q/(3600*f*W)（圆整为整数）Q—流量m3/h

一单通道横截面积 m2—板间流速 m/s（十四）计算换热器程数（十四）计算换热器程数N=(Fm/s+1)/(2*n)（十五）（十六）一单板换热面积计算实质换热面积F=(2*N*n-1)*s计算欧拉数m2（十五）（十六）一单板换热面积计算实质换热面积F=(2*N*n-1)*s计算欧拉数m2（纯逆流）Eu=x*Rey（十七）计算压力损失（十七）计算压力损失- -6△P=Eu*Y*W*N*10MPaY—介质重度Kg/m3—板间流速 m/sN一换热器程数选定厂家，依据角孔流速确立换热器型号，从手册查出在设计工况下冷、热介质的各样物理参数，依据厂家样本供给的传热经验公式及流阻经验公式，初步设定流体的板间流速，求出雷诺数，经计算得出传热系数及压力损失，在实质换热面积不小于理论换热面积的前提下，若压力损失大于许用值，则应进一步降低初定的板间流速，从头计算。经过频频校核，直到计算结果知足换热系统的要求，最后确立换热器型号及换热面积大小。这类算法的长处是计算结果正确，应用范围广；弊端是计算复杂，步骤多，时间长。三、计算机算法利用计算机进行板式换热器选型计算，充足发挥了计算机运算速度快的专长，一个计算在微机上几秒钟内就能达成，且结果的正确性是手算难以达到的。板换厂家选型计算软件中存贮了计算所需的不一样水温时水的各样物理参数及板式换热器定型设施的全部参数，设计人员在计算机长进行计算时只要输入工艺条件（如水量、水温、压降等）就能立刻得出计算结果，这为设计人员供给了极大的方便。计算人员还能够输入不一样的工艺条件（如水量、水温同样，压降不一样样）或改换换热器型号以得出不一样的计算结果，经过对结果的比较、优化，最后选定既经济合理又性能靠谱的板式换热器。设计人员在要求板换厂家供给板式换热器选型计算书时，除了向板换厂家供给换热系统的换热量（或液体流量）、冷热介质的出入水温、压力损失外，还应当供给污垢系数（亦称污垢热阻）。压力损失、污垢系数的设定值对选型是特别重要的。压力损失设定值过大，换热面积减小，固然节俭了设施一次性投资，但使换热系统的能量耗费增添、保护冲洗花费增添、设施运转时间缩短；压力损失设定值过小，换热面积增大，造成设施一次性投资增添。要达到既节俭了一次性投资，又使能量耗费、保护冲洗花费达到一个合理值，最正确的压力损失为。污垢系数因换热介质不一样而不一样，设计人员不该为了安全而盲目将污垢系数取大，污垢系数最大不超出・°c/W。以下给出常用介质板式换热器的污垢系数：液体的种类污垢系数（m2・C/W）软水或蒸馏水低硬度的工业用水高硬度的工业用水办理过的冷却塔循环水润滑油植物油有机溶剂以下分别给出瑞典舒瑞普企业及北京华海换热器厂对某一换热系统的计算结果，并对结果进行剖析和比较：计算条件工艺水Q=25m3/hTh1=25CTh2=20C压力损失冷冻水Tc1=5CTc2=10C污垢系数m2・C/kW瑞典舒瑞普企业计算结果工艺水流量（m/h）冷冻水流量（m/h）工艺水入口温度（C）冷冻水入口温度（C）工艺水出口温度（C）冷冻水出口温度（C）工艺水均匀温度（C）冷冻水均匀温度（C）工艺水容重（Kg/皿）冷冻水容重（Kg/m3）

工艺水比热（KJ/Kg・°C）冷冻水比热（KJ/Kg・C）工艺水导热系数（W/m・C）冷冻水导热系数（W/m・C）-6 2工艺水运动粘度（10-m/s）-6 2冷冻水运动粘度（10•m/s）工艺水压力损失（MPa）冷冻水压力损失（MPa）工艺水角孔直径（mm） 70冷冻水角孔直径（mm） 70工艺水角孔流速（m/s）冷冻水角孔流速（m/s）工艺水板间流速（m/s）冷冻水板间流速（m/s）工艺水雷诺数 6190冷冻水雷诺数 4150均匀对数温差（C） 15一… 2污垢系数（m•C/kW）换热量（kW）……一… 2传热系数（W/m•C） 3847…….一 2换热面积（m）换热器程数 1换热器型号 GX-12板片总数 23板片资料 AISI316板片厚度（mm）垫片资料 NBR（S）最高工作压力（MPa）北京华海换热器厂计算结果、 3工艺水流量（m/h）、 3冷冻水流量（m/h）工艺水入口温度（C）冷冻水入口温度（C）工艺水出口温度（C）冷冻水出口温度（C）工艺水均匀温度（C）冷冻水均匀温度（C）工艺水容重（Kg/血）冷冻水容重（Kg/郁）工艺水比热（KJ/Kg•C）冷冻水比热（KJ/Kg•C）工艺水导热系数（W/m•C）冷冻水导热系数（W/m•C） -6 2..工艺水运动粘度（10 •m/s） -6 2.冷冻水运动粘度（10•m/s）工艺水压力损失（MPa）冷冻水压力损失（MPa）工艺水角孔直径（mm） 70冷冻水角孔直径（mm） 70工艺水角孔流速（m/s）冷冻水角孔流速（m/s）工艺水板间流速（m/s）冷冻水板间流速（m/s）工艺水雷诺数3278冷冻水雷诺数828均匀对数温差（°C）污垢热阻（m2・C/kW）换热量（kW）……一… 2传热系数（W/m・C）2251山rr—4 / 2、换热面积（m）换热器程数1换热器型号BR20板片总数35板片资料SUS304板片厚度（mm）垫片资料EPNM最高工作压力（MPa）从计算结果能够看出，舒瑞普企业在计算中采纳温度设定值不变，经过调整污垢系数，改变传热系数来知足传热方程F=Wq/（K*△T）。北京华海换热器厂在计算中采纳污垢系数设定值不变，经过调整冷冻水出口温度，改变均匀对数温差及传热系数来知足传热方程 F=Wq/（K*△T）。换热面积确实定在多半状况下取决于设计工况的压力损失设定值。北京华海换热器厂经过增添板片数目使流道数增添、降低板间流速来知足设计工况对压力损失的要求。 舒瑞普企业不单能够经过增添板片数日来降低压力损失，并且在板片数目不变的前提下经过改变板片的组合也能在必定范围内降低压力损失，这主要依靠于舒瑞普企业先进的板片设计， 它使得舒瑞普企业所采纳的板式换热器跟设计工况比较靠近，并且换热面积取值较小。北京华海换热器厂选型计算结果的主要特色是与实质工况比较靠近，它会在自控要求很高的换热系统中，为正确选择自控阀供给较为正确的数据。板式换热器不一样于其余设施的最显箸特色是它的非标准化， 每个设施厂的模具都是自行开发的，各有各的特色。所以同一换热系统的板式换热器面积大小会因设施厂家的不一样而发生变化，这一点设计人员因在设计说明中加以提示，不然业主在板式换热器面