《换热器的传热计算》课件

换热器的传热计算课程大纲换热器的概念和工作原理换热器的分类管壳式换热器结构板式换热器结构换热器的概念和工作原理换热器是一种用于热量传递的设备，通过两种或多种流体之间的热量交换，实现温度变化或热能回收。换热器的基本工作原理是：温度较高的流体将热量传递给温度较低的流体，直至两流体达到热平衡。换热器的分类按传热方式分类主要包括：传导式、对流式、辐射式换热器。按结构形式分类主要包括：管壳式、板式、螺旋板式、列管式等。按应用领域分类主要包括：电力行业、化工行业、制冷行业、食品行业等。管壳式换热器结构管壳式换热器是一种常用的换热器，主要由管束、壳体、管板、封头、传热介质进口和出口等部件组成。管束由多根排列整齐的换热管组成，并固定在管板上。壳体将管束包围，形成封闭空间，并设有传热介质的进口和出口。传热介质在壳体内流动，并与管束内的另一传热介质进行热交换。管壳式换热器结构紧凑，传热效率高，应用广泛，适用于多种工况。板式换热器结构板片结构板片换热器由多个板片组成，板片之间形成流道。压紧装置通过压紧装置将板片压紧，形成密封的流道。进出口管道进出口管道连接到板片，使流体进入和离开换热器。传热机理热传导热量通过物质内部的分子运动传递。热对流热量通过流体运动传递。热辐射热量通过电磁波传递。热量平衡方程公式Q=mCpΔT参数Q：热量（J）m：质量流率（kg/s）Cp：比热容（J/(kg·K)）ΔT：温差（K）对数平均温差1概念热量传递过程中，热流体和冷流体之间温度差并非恒定，存在变化。2计算公式对数平均温差是考虑温度变化后的平均温差，更准确地反映了热交换效率。总传热系数的确定传热系数定义影响因素总传热系数(U)表示热量从热流体传递到冷流体的难易程度，单位是W/(m2·K)传热壁面材料、流体性质、流速、换热器结构等对流传热系数(h)表示热量从流体传递到壁面的难易程度，单位是W/(m2·K)流体性质、流速、换热器结构等导热系数(λ)表示材料导热性能的指标，单位是W/(m·K)材料种类、温度等单元传热面积计算1定义单个换热元件的传热面积2公式A=Q/(U*ΔTm)3应用确定换热器所需传热面积实际传热面积计算1实际传热面积根据换热器结构和传热管束的布置，计算出实际的传热面积，这将影响传热效率和换热器的尺寸。2管束布置不同的管束布置方式，例如直管式、蛇形管式或螺旋管式，会影响实际传热面积的计算。3管材选择传热管的材质和壁厚也会影响实际传热面积的大小，选择合适的管材可以提高传热效率。流体流速计算1管径确定换热器管道的内径和外径，这决定了流体流动的通道尺寸。2流体流量根据设计要求，计算换热器需要处理的流体流量，单位通常为立方米每小时(m³/h)。3流体密度确定流体在工作温度下的密度，这会影响流体的体积和质量流量。压力降计算流动阻力流体在换热器内部流动会产生阻力，导致压降摩擦阻力流体与换热器管壁之间的摩擦力导致的阻力局部阻力流体在换热器内部的弯头、阀门等局部位置产生的阻力换热性能评价参数换热效率衡量换热器传热效率的指标，表示实际传热量与理想传热量的比值。压降换热器内流体流动过程中产生的压力损失，影响换热器的运行效率。尺寸和重量换热器体积和重量，影响安装和运输成本。优化设计思路1减少传热阻力采用高导热系数材料，增大换热面积，降低流体流动阻力。2提高传热系数优化流体流动路径，提高湍流程度，增强对流传热。3降低压降采用合理的结构设计，降低流体流动阻力，减少能耗。水管换热器设计参数确定换热面积根据热量平衡方程和传热系数确定换热面积，以满足设计要求。管径和数量选择合适的管径和数量，以实现最佳的传热效率和经济性。管程流速计算管程流体流速，以确保传热效率并避免管内结垢。壳程流速控制壳程流体流速，以确保传热效率和避免壳程侧压力降过大。换热器材质根据工况条件和流体性质选择合适的换热器材质，以确保换热器安全可靠。水管阻力和温差计算1阻力损失摩擦阻力，局部阻力2温差计算进口温差，出口温差3计算方法公式法，图解法壳程流体设计参数计算1流速计算根据壳程流体的流量和壳程通道的截面积，计算壳程流体的流速。2压降计算根据壳程流体的流速、流体性质和壳程通道的几何尺寸，计算壳程流体的压降。3换热系数计算根据壳程流体的流速、流体性质和壳程通道的几何尺寸，计算壳程流体的换热系数。板式换热器设计参数确定1板片类型根据流体性质和工况选择合适的板片类型2板片数量根据传热量和温差确定板片数量3板片间距根据流体流速和压力降确定板片间距4密封方式选择合适的密封方式确保换热器密封性能板间温差计算热量传递板式换热器中，热量从热流体传递到冷流体，形成温差。板间温差计算板间温差，需要考虑热流体和冷流体的进出口温度。公式计算利用公式计算板间温差，并进行实际温度的修正。流体压降计算1摩擦压降流动摩擦力导致的压力损失2局部压降由于流体方向变化引起的压力损失3总压降摩擦压降和局部压降的总和撰写设计报告格式规范遵循相关的工程设计规范和标准，确保报告的格式和结构符合要求。内容详实详细描述设计过程，包括传热计算、设备选型、参数确定等，并提供必要的图表和数据支持。结论清晰总结设计结果，包括换热器性能指标、经济效益分析等，并提出设计建议和改进措施。设计案例分析1案例一：管壳式换热器设计分析实际工程中常见的管壳式换热器设计案例，例如，针对特定工况下的冷热流体进行换热计算，并确定合适的换热器尺寸和参数。2案例二：板式换热器设计深入分析板式换热器的设计案例，例如，针对不同流体特性，进行换热计算，并选择合适的板片类型、板间距离等参数。案例一：管壳式换热器设计本案例以某化工厂生产工艺流程中所需的换热器为例，进行管壳式换热器设计，并给出详细的设计过程和参数计算。通过本案例，可以掌握管壳式换热器设计的基本流程和方法，以及相关参数的计算方法。案例二：板式换热器设计板式换热器采用金属板片堆叠的方式，并通过焊接或压接形成流道，具有传热效率高、结构紧凑、占地面积小、重量轻等优点。该案例主要介绍板式换热器在设计中的应用，包括传热面积的确定、流道布置、压降计算等。主要设计软件介绍AspenPlus用于过程模拟和优化。HTRI用于换热器设计和分析。AutoCAD用于绘制换热器图纸。总结和展望换热器传热计算换热器传热计算是化工设计和设备选型的重要环节，掌握传热基本原理和计算方法至关重要。优化设计思路通过合理的传热计算和优化设计，可以提高换热效率，降低能耗，节约成本。未来展望随着工业技术的不断发展，换热器设计将更加智能化，数字化，为节能减排做出贡献。课堂练习案例分析结合课程内容，选择一个实际工程案例，进行换热器传热计算。设计评估分析换热器设计参数，并对换热器的性能进行评估。课后作业1.完成课堂练习题，并与课堂讲解