换热器通关攻略2.0

《换热器设计》通关攻略2.0一、绪论1概念：换热器实现两种或两种以上温度不同的流体间热量的交换。热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。用途：加热或冷却流体2、掌握换热器的常见分类依用途加热：预热器、加热器、过热器、再热器、蒸发器、沸腾器、再沸器冷却：冷却器、冷凝器、深冷器依工作原理（传热方式）(1)间壁式：冷热流体被壁面分隔开，在各自的管道中流动并传递热量；彼此不接触。(2)蓄热式：利用固体流体壁作蓄热（冷）载体，冷热流体交替与能量载体接触并完成热量的传递。(3)混合式：通过冷热流体间的直接接触混合而完成彼此间的热量传递。如冷却塔、洗涤塔等。通常情况下一种流体是气体，另一流体为汽化压力较低的液体，且接触后易于分离。依流体流动方式分顺流式、逆流式、叉流式、混流式依结构(1)光管式：套管式、壳管式、螺旋管式；(2)板式：波纹板式、螺旋板式等。(3)延伸表面式：板翅管、翅片管等。3、了解管壳式换热器的概念及其表示方法(目前应用最为广泛的热交换器形式）是间壁式换热器的一种主要形式，又称管壳式换热器。表示方法：（管外空间之程数+管内空间之程数）型管壳式热交换器二、热计算1热交换器计算的基本原理熟悉热计算的两种类型：换热器的热计算包括：传热计算流阻计算热计算形式：设计性热计算：确定传热面积校验性热计算：确定流体出口温度2、掌握热计算的基本方程传热方程式传热方程式：这里，K与t均是F的函数，其中K——传热面上平均传热系数F——总传热面积△tm——冷热流体之间的平均温差热平衡方程式：冷热流体在热交换器内的温度变化与它们的热容量成反比。3、掌握几种典型的流体温度分布(1)两种流体都有相变（2）一种流体有相变(3)—种流体有相变(4)顺流，无相变(5)逆流，22221111ttCmttCmpp21122211ttWWttttmQFKtdFtKFQ0无相变（6）一种流体有相变(7)—种流体有相变(8)可凝蒸汽和非凝结性气体混合物的冷凝4、掌握平均温差的计算（顺流）对数平均温差例题P21例题P225、了解流体流动方式的选择注意事项：1)在给定的温度状况下，保证获得较大的平均温差，以减小传热面积、降低材料的消耗；2）使流体本身的温度变化值尽可能大，使流体的热量得到合理刹用，减少消耗量，并可节省泵或风机的投资与能量消耗3）使传热面的温度比较均勾，并在较低的温度下工作，以便用较便宜的材料制造热交换器；4)应有最好的传热工况，以便得到较高的传热系教，同样起到减小传热面的作用。以上各点往往存在矛盾，应该根据具体情况和主要要求，摒弃某些次要因素来考虑问题。顺逆流比较1)温差变化：热流体或冷流体温度变化值逆流较大，但不能片面追求大温差；2)出口温度：顺流时t1”恒大于t2”；逆流时则t1”可能会小于t2”；3)平均温差：在流体进出口温度相同的条件下，逆流最大，顺流最小；4)传热量：顺流冷热流体温差变化大，故传热量不均匀，进口大，出口小；而逆流时冷热流体温差变化相对较小，传热较均匀，效果好；5)热应力：顺流时冷热流体由设备的同一端口进入，传热面受到冷却，热应力相对较小；而逆流时冷热流体的最高温度处于设备同一端口，传热壁面温度较高，热应力较大。6)当冷热流体发生相变换热时(如蒸发器、冷凝器），流体流动形式的差别消失三、管壳式热交换器1定性温度：准则数中用以确定流体物性的温度定型尺寸：准则数中对流体流动或传热发生主导影响的尺寸1111111111111QttQtCmttCmQtFKQppm2222222222221QttQtCmttCmQpp21QQQ2121212122111lntttttttttQKFQttQttKFttmtttttttttttttmlnln212121212熟悉GB151中关于管壳式热交换器型号的表示方法3了解管壳式热交换器各部件的作用主要组合部件：前端管箱、壳体、后端结构（含管束）管束：平行的管子管程：管内空间壳程：管外空间管子：固定（胀管法和焊接法）与排列（等边三角形法同心圆法正方形法）管板：合理设计对节省材料和加工制造有十分重要的意义分程隔板：将换热器的管程分成若干流程，以提高流体在管内空间流动的流速纵向隔板、折流板：纵向隔板为提高流体流速，在管外空间装设与管束平行的隔板，使管外流体在壳体内曲折流动多次（流动多程）提高流体流速和湍流程度，强化壳程流体传热。折流板的安装固定通过拉杆和定距管来实现挡管和旁路挡板：若参与换热的流体中，一部分流体从主流中旁流出去，则主流速度及其换热系数都将下降，而旁路流体未经换热就到达出口处，与主流混合必使流体出口温度达不到预期的数值，挡管和旁路挡板就是为了防止流体短路而设立的构件防冲板与导流筒：u3m/s时，应设防冲板，减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀4、掌握热计算中定性温度、定型尺寸的常用选取方法定性温度：①流体平均温度②壁面温度③流体和壁面的平均温度定型尺寸：①圆管内换热过程取管子内径di②管外强迫流动换热取管子外径do③非圆管取当量直径de=4A/U5、掌握管壳式换热器管程阻力构成P69管程阻力Pt=沿程阻力pi+回弯阻力Pr+进出口连接管阻Pn三高效间壁式换热器1掌握基本概念：紧凑性:单位体积包含的传热面积大小，m2/m3。翅片效率:表示了翅片的实际传热量(在翅片表面平均温度Tm下）和理想的最大可能传热量(在翅根温度Tw下)之比。数值上等于二次传热面的实际平均温差和一次传热面的传热温差之比值。翅化比:翅化比是指光管表面（基管表面）在加装翅片以后表面积扩大的倍数，可用“β”来表示，即β=（翅片管总的外表面积）/（原光管外表面积）干工况:空气流过翅片管，不产生空气含湿量变换的情况湿工况:伴有结露的空气被冷却过程，即减湿冷却的运行工况NritPPPP2掌握螺旋板式换热器的特点离心力产生二次环流,流动阻力小(换热系数大);有利于回收低温热能;有自洁作用;3熟悉板式换热器的主要部件及其作用按构造可分为可拆卸（密封垫式）、全焊式、半焊式、主要部件:传热板片、密封垫片、压紧装置及其他1）传热板片——关键元件①使流体在低速下发生强烈湍流②提高板片刚度，能耐较高压力2）密封垫片：防止流体外漏和两流体之间内漏信号孔：及时发现两流体之间内漏3）压紧装置：产生足够密封力，使换热器工作时不发生泄漏，固定与活动的压紧板、压紧螺栓，大型的板式换热器，还包括有框架4熟悉板翅式换热器的基本单元构成及其他部件作用（紧凑、轻巧、传热强度高。最有发展前途的新型换热器之一）1）基本单元：隔板、翅片和封条2）翅片作用和形式作用：传热，加强隔板（热交换大部分通过翅片，小部分直接通过隔板，翅片传热面积约占67％～88％，作为二次表面）形式：a)平直翅片；b)锯齿翅片；c)多孔翅片；d)波纹翅片3）整体结构：(a)封条：使流体在单元体的流道中流动而不向两侧流动(b)导流片与封头：把流体均匀地引导到翅片的各流道中，或汇集到封头中(c)隔板与盖板：承受压力、保护(d)流道的布置形式：逆流、顺流、错流、错逆流、混流(e)组装结构：并联、串联、串并联4）特点优点：传热强度高，适合气体间传热；结构紧凑、轻巧牢固；允许有2～9种流体同时换热；适合空分和天然气分离；缺点：流道窄，易堵塞，压力降大；不能拆卸，清洗困难5熟悉翅片效率的影响因素（1）翅片定型尺寸b，b小，热阻小，效率高（2）翅片厚，热阻小，效率高。（3）翅片与流体的换热系数小，效率高（4）翅片导热性能好，效率高6掌握翅片管的组成及其型号表示方法管束型式长度×宽度－管排数换热面积工作压力翅片管型式管程数法兰型式7掌握翅片加设的原则换热系数α低的一侧加翅片：α接近的两侧都加，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动元件8熟悉空冷器的设计气温的选取方法最重要参数。一年中只允许5天的实际气温t2’型管束aIIR161293020439P9了解蒸发冷却/冷凝器的工作原理1）概念：同时具有冷水塔（直接接触式）和壳管式热交换器性能的热交换器结构：风机、除雾器、蓄水池、循环水泵、排污阀门原理：热流体流过管内，冷却用流体为空气与喷淋水的混合物2）特点：形式上似乎是空冷器，但利用了水的蒸发吸热，与空冷器相比，所需传热面积较小被冷却流体t2’100℃时，将空冷器与蒸发冷却器串联四、混合式热交换器1冷却数：代表冷却任务的大小特性数；反映冷水塔具有的冷却能力冷幅;当水温t接近湿球温度τ时，焓差将很小，散热很慢，塔体积必须非常大。从经济出发，冷却后的水温t2，总要比空气的湿球温度高几度，即t2-τ0。(t2-τ)称冷却幅高(简称冷幅)，在设计中冷幅取3～5℃。2了解混合式换热器的特点依靠冷热流体直接接触进行换热，避免传热间壁及其两侧形成污垢，结构简单、耗材少、接触面大3了解冷水塔各部件的作用1）淋水装置（填料）形成细小水滴、水膜，增加水和空气接触面积，延长接触时间，增进热质交换2）配水系统将热水均匀地分配到整个淋水面积上3）通风筒创造良好的空气动力条件，避免湿热空气回流（截面一般为圆锥形或抛物线形）4掌握冷水塔的降温工作原理传热主要由于水的蒸发散热和水气间的接触传热5熟悉冷水塔冷却数、特性数影响因素冷却数：(i’’-i)指水面饱和空气层与外界空气的焓差△i，此值越小，水的散热就越困难。所以它与外部空气参数有关，而与冷水塔的结构和型式无关特性数：βx反映了淋水装置的散热能力，与淋水装置的构造尺寸、散热性能及水气流量有关。冷水塔设计计算就是要求冷却任务与冷却能力相适应，即保证N=N’，以保证冷却任务的完成。12''ttiidtKcNLaAZNx'五、热交换器的试验与研究1掌握增强传热的基本途径强化传热，可F、tm、K1）扩展传热面积F提高设备单位体积的传热面积如翅片管、波纹管、板翅式传热面等2）加大传热温差△tma)改变冷、热流体温度b)改变换热流体之间的流动方式3）提高传热系数K2了解提高传热系数k的方法由于扩展F、加大△tm常收到一定的条件限制，主要讨论提高K的方法1）改变流体的流动情况:a）增加流速b）射流冲击c）加插入物d）加旋转流动装置e）依靠外来能量的作用2）改变流体的物性:加入固体细粒、喷入液滴、加添加剂，形成混合流动系统a）气流中加入固体细粒b）液体中加入固体细粒c）蒸汽或气体中喷入液滴d）液体中加入少量液体添加剂3）改变换热表面情况a）增加壁面粗糙度b）改变换热面形状、大小c）改进表面结构d）表面涂层mtKFQ考试时间：考试地点：考试题型：一、填空（15空，15分）二、选择（10*2分=20分）三、简答题（5*10分=50分）四、计算题（15=15分）