热交换器原理与设计总结(21)

热交换器的原理与设计绪论热交换器的分类按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式管式热交换器的分类：沉浸式、喷淋式、套管式、管壳式流体流动程数及表示法、图示影响热交换器设计的因素换热器分类按照用途分类：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器按照制造材料分类：金属换热器、陶瓷换热器、石墨换热器等按照冷流体和热流体的流动方向分：顺流式、逆流式、错流式、混合流等按照传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式（回热式）等按照流动方向的分类a.顺流b.逆流c.交叉流（错流）d.总趋势为逆流的四次错流e.总趋势为顺流的四次错流f.混流式：先顺后逆平行流g.混流式：先逆后顺的串联混和流热交换器热计算的基本原理热计算基本方程式mtKFQ2211tWtWQ传热方程热平衡方程热交换器热计算的基本原理平均温差简单平行流动的温度变化示意图：会读、会画对数平均温差复杂流动方式的平均温差P、R定义及应用会查、能用流体的温度分布最简单的平行流动有(纵坐标温度，横坐标表示传热面积)沸腾冷凝t1t2冷凝吸热t1t2’t2”t2t1’t1”沸腾放热相变的发生与否影响平行流动传热温差t1’t2”放热吸热t2’t1”无相变顺流情况t1’t1”吸热放热t2”t2’无相变逆流情况t1’t1”吸热过热t2”t2’热流体有相变逆流情况过冷冷凝t1’t1”放热过热t2”t2’冷流体有相变逆流情况吸热沸腾t1’t1”吸热t2”t2’部分可凝流体的冷凝顺流条件无论W1、W2的值大小，有0，温差Δt不断降低逆流条件W1W2时，总有0，此时温差Δt沿热流体从进口到出口的方向上总是不断降低W1W2时，总有0，此时温差Δt沿热流体从进口到出口的方向上总是不断升高对数平均温差，记为Δtmminmaxminmax''lnlnttttttttttlmm对于对数温差，如果流体的温度沿传热面变化不大Δtmax2Δtmin时，可以用算术平均温差0.5(Δtmax+Δtmin)近似计算，误差在4％以内。Δtmax1.7Δtmin时,误差在2.3％以内.对于上面有相变情况1，2两种情况无顺逆流之分，对于第三种需要分段处理t2t1’t1”沸腾放热冷凝吸热t1t2’t2”t1’t1”吸热过热t2”t2’过冷冷凝修正系数Ψ的求取按照逆流算出对数平均温差如下：冷流体的升温热流体的降温两流体的进口温差冷流体的升温设辅助参数'221'1'2'1'22'22.'212'1'212'1.)1()1(ln)()1()()(ln)()(ttttRttttpPRPttRttttttttttclmclmP代表冷流体的实际升温（吸热量）与最大可能吸热量之比，称为温度效率，恒小于1。R是冷流体和热流体的热容量之比Ψ=f(P,R)函数形式因流动方式而异。热交换器热计算的基本原理传热有效度传热有效度、传热单元数的定义顺流和逆流的传热有效度定义传热单元数NTUminWKFNTU它代表热交换器传热能力的大小定义无因次数RcmaxminWWRc顺流条件下)11('21WWKFett)11('2'12121WWKFettttcRNTURec11)1(211'1'22WWtttt热平衡方程顺流条件下0cRcRNTURec11)1(特例：相变情况下，NTUe1Wmax无穷大两种流体热容量相等212NTUe1cR逆流条件下)11('21WWKFett)11(2'1'2121WWKFetttt)1()1()1()1(111ccccRNTUcRNTURNTUcRNTUeReeRe211'1'22WWtttt热平衡方程逆流条件下0cR特例：相变情况下，NTUe1Wmax无穷大两种流体热容量相等?1cR)1()1(11ccRNTUcRNTUeRe逆流条件下)11(2'1'2121WWKFettttNTUNTU11211'1'22cRWWtttt特例21WKFWKFNTUmtKFttWttW)()('2221'11'212'1tttttm222'1'222'1'22tttttttttt设计性热力计算的比较平均温差法1由已知条件，利用热平衡方程式求出另一个未知温度及传热量Q；2根据热交换器的设计原则，确定流动方式，利用修正系数ψ求出平均温差Δtm；3取经验传热系数，估算传热面积，并对传热面进行初步布置，计算相应的传热系数K；（试算过程）4由传热方程式计算传热面积F。传热单元数法1同左；2根据热交换器的设计原则，确定流动方式，求出RC和ε，用相应的公式或线图求出传热单元数值NTU；3同左；4由F=WminNTU/K确定传热面积F。校核性热力计算的比较平均温差法1假定一个出口温度，利用热平衡方程求出另一个未知温度；2由传热面的已知布置情况计算相应的传热系数K；3根据四个进出口温度及流体的流动方式，计算出平均温差Δtm；；4将F、K、△tm代入传热方程，计算传热量Q；5根据热平衡方程核算流体出口温度；6将所求温度与假设值相比，根据误差情况决定是否需要重新假设。传热单元数法1同左；2同左；3计算出传热单元数NTU和热容量比RC；4求出传热有效度ε；5求出传热量Q，并用热平衡方程求出流体出口温度；6同左。热交换器热计算的基本原理流体流动方式的选择顺流和逆流混流和错流1-2n型热交换器的选择当管内程数奇数时，增加其中的逆流行程将使平均温差提高采用多次混流（管内外同时分为若干流程）将增加平均温差，3-62-41-2,同时增加传热系数，但是增加了制造难度和流动阻力对于先逆后顺的1-2型热交换器，必须避免温度交叉现象，避免的方法可以是增加管外程数或者改成两台单壳程换热器串联工作管壳式热交换器管壳式热交换器的类型固定管板式、U形管式、浮头式、填料函式及各自的优缺点比较管壳式热交换器管壳式热交换器的结构壳体、管子、进出口连接管管子固定、排列等管板、分程隔板、纵向隔板、折流板、支持板、挡管、旁路挡板、防冲板、导流筒管壳式热交换器管壳式热交换器的结构计算管壳式热交换器的传热计算贝尔法的思路廷克流路法的思路管壳式热交换器的流动阻力计算管壳式热交换器管壳式热交换器的合理设计管壳式热交换器的设计程序大作业的例题管壳式冷凝器的工作特点高效间壁式热交换器螺旋板式热交换器基本构造和工作原理和管壳式热交换器对比的优缺点板式热交换器基本构造和工作原理和管壳式热交换器对比的优缺点双道密封、流程安排高效间壁式热交换器板翅式热交换器基本构造和工作原理和管壳式热交换器对比的优缺点翅片管热交换器基本构造和工作原理和管壳式热交换器对比的优缺点翅片管的类型、空冷器高效间壁式热交换器热管热交换器基本构造和工作原理和管壳式热交换器对比的优缺点热管工作极限混合式热交换器冷水塔类型、结构布置的特点及优缺点冷水塔的工作原理阻力计算、热力计算的原则思路蓄热式热交换器蓄热式热交换器的结构和工作原理回转式空气预热器的特点及优缺点蓄热式热交换器与间壁式热交换器的比较热交换器的试验与研究传热特性试验阻力特性试验强化传热热交换器性能评价