第四章傳熱第5節(jié)

第五節(jié)換熱器(1)概述一、換熱器(傳熱設(shè)備統(tǒng)稱)的分類：按換熱方式分類：1)直接接觸式：冷熱流體直接接觸換熱——2023/2/4第五節(jié)換熱器(2)2023/2/4第五節(jié)換熱器(3)3)間接式換熱器：冷熱流體在固體壁隔兩側(cè)進(jìn)行換熱。2)蓄熱式換熱器：2023/2/4第五節(jié)換熱器(4)間壁式換熱器：冷、熱流體不混合，在換熱器壁兩側(cè)換熱。(工業(yè)上應(yīng)用此類型換熱器居多，為重點(diǎn)內(nèi)容)1、夾套式換熱器

反應(yīng)釜外加夾套，夾套中可以用蒸汽加熱。例：保溫式反應(yīng)器等。設(shè)反應(yīng)釜的加熱面積為S，則S/V較小，但很適用。二、間壁式換熱器的分類：2023/2/4第五節(jié)換熱器(5)2023/2/4第五節(jié)換熱器(6)2、噴林式換熱器2023/2/4第五節(jié)換熱器(7)3、沉浸式蛇管換熱器：

蛇管安裝在充滿液體的容器內(nèi)，故為沉浸式。例：發(fā)酵罐中的蛇管等。2023/2/4第五節(jié)換熱器(8)2023/2/4第五節(jié)換熱器(9)2023/2/4第五節(jié)換熱器(10)4、套管式換熱器：

直徑不等的兩根管套在一起。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可嚴(yán)格的逆流；可調(diào)節(jié)流速；可根據(jù)需求放幾節(jié)套管。2023/2/4第五節(jié)換熱器(11)2023/2/4第五節(jié)換熱器(12)2023/2/4第五節(jié)換熱器(13)5、列管式換熱器——管殼式換熱器：

n根管束并聯(lián)的形式。此類換熱器最多。(重點(diǎn))2023/2/4第五節(jié)換熱器(14)分類固定管板式浮頭式1、固定管板式換熱器（1）三、列管式（管板式）換熱器2023/2/4第五節(jié)換熱器(15)

固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

用焊接法將列管固定在兩個(gè)花板之間，兩個(gè)花板也被固定。因此花板間的距離固定不變。1、固定管板式換熱器（2）2023/2/4第五節(jié)換熱器(16)2、浮頭式換熱器浮頭式換熱器與固定管板式結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別——

其兩端浮頭部分與列管部分可以拆開，將內(nèi)部的列管與殼分開；便于清洗等。2023/2/4第五節(jié)換熱器(17)兩種列管式換熱器結(jié)構(gòu)的特征共性：有兩個(gè)空間：平行排列的細(xì)管內(nèi)稱為管程(管內(nèi))，流體均勻地分配在每根管內(nèi);管與管之間稱為殼程,

冷、熱兩種流體間壁式流動(dòng)。管內(nèi)流體在管內(nèi)流動(dòng)，流經(jīng)分配室，在封頭兩側(cè)進(jìn)、出口。殼程流體在管外流動(dòng)，流體在管間流動(dòng)。2023/2/4第五節(jié)換熱器(18)例：管程—當(dāng)流體條件一定時(shí)，流體的流速u↑，則α↑；

進(jìn)一步K↑,Q↑。問題：當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)（即體積流量Vs）一定，如何提高u?討論：列管式(管板式)換熱器的換熱速率——

Q=KSΔtm,其中S、Δtm為定值(因工藝條件一定)；『?jiǎn)栴}』如何提高傳熱速率Q？實(shí)質(zhì)是如何提高K值的問題。

對(duì)于無相變的流體應(yīng)提高換熱器壁兩側(cè)的α1、α2的問題。單管程——管內(nèi)流體流體流經(jīng)一個(gè)管長。管程如何提高流速u？式中：Vs、d、n都為固定值，似乎u值不能變了。2023/2/4第五節(jié)換熱器(19)三管程—兩側(cè)各放置一隔板，使流體流經(jīng)三個(gè)管長。m管程的數(shù)目依此類推:有隔板的換熱器，在流量Vs不變的前題下，其管內(nèi)的流速提高了。雙管程——換熱器的一側(cè)放置隔板，使管內(nèi)流體流經(jīng)兩個(gè)管長；

稱為雙管程;管速為單管程的2倍。2023/2/4第五節(jié)換熱器(20)2023/2/4第五節(jié)換熱器(21)問題：殼程的流速如何提高？方法1)單殼程→雙殼程。方法2)放置圓缺擋板，加強(qiáng)殼程流體的湍動(dòng)程度,則提高α↑。殼程流速提高的措施2023/2/4第五節(jié)換熱器(22)2023/2/4第五節(jié)換熱器(23)四、U型管換熱器2023/2/4第五節(jié)換熱器(24)

根據(jù)工藝條件要求及換熱流體的性質(zhì)，對(duì)換熱器的速率：Q=KSΔtm，對(duì)具體換熱過程，可以設(shè)計(jì)換熱器，也可以選用換熱器（通用設(shè)備）。換熱器涉及的計(jì)算：第一個(gè)問題：流體流動(dòng)空間的選擇。選擇的基本原則：走管程的流體一般為：1)不清潔的流體，易結(jié)垢的流體走管程(因易清洗)。2)具有腐蝕性的流體走管程；在管內(nèi)空間裝設(shè)保護(hù)用的襯里或覆蓋層也比較方便，并容易檢查。

3)壓強(qiáng)較高的流體走管程；降低殼體受壓。4)有毒流體走管內(nèi)（管程），避免泄漏機(jī)會(huì)增多；5)與外界溫差大的流體應(yīng)走管內(nèi)(管程)。因?yàn)榭梢詼p少熱損失。五、管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用2023/2/4第五節(jié)換熱器(25)進(jìn)入管間(殼程)的流體一般為：1)飽和蒸汽一定走管間——?dú)こ蹋ü荛g、管外）；因?yàn)椋孩倮淠着懦?；②蒸汽干凈；③飽和蒸汽的α較大，無需用提高流速增大α;④飽和蒸汽的α較大，走殼程蒸汽與殼體和列管都接觸，因此，產(chǎn)生的熱應(yīng)力?。?)被冷卻的流體走管間；便于散熱；同時(shí)減少了載熱體的用量。3)黏度較大的液體易走管間；因管間的流動(dòng)截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)的大。4)溫差變化較大及對(duì)流傳熱系數(shù)較大的流體移走管間。因管間的流動(dòng)截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)的大。2023/2/4第五節(jié)換熱器(26)第二個(gè)問題：流體流速的選擇

增加流體在換熱器中的流速，可以增大對(duì)流傳熱系數(shù)α，進(jìn)一步增大總傳熱系數(shù)K，則換熱器的換熱速率Q增大；同時(shí)可以減少管壁上的污垢，即減少了傳熱的熱阻。但是，流體流速增大后，便增大了流體的流動(dòng)阻力，增大動(dòng)力的消耗。因此應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算后，選擇適宜的流速。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可選擇：一般流體：1)管程：0.5~3m/s；2)殼程：0.2~1.5m/s；易結(jié)垢流體:1)管程:>1m/s；2)殼程：>0.5m/s；氣體：

1)管程:50~30m/s；2)殼程：3~15m/s2023/2/4第五節(jié)換熱器(27)六、新型換熱器1、板式換熱器2023/2/4第五節(jié)換熱器(28)2023/2/4第五節(jié)換熱器(29)2023/2/4第五節(jié)換熱器(30)2023/2/4第五節(jié)換熱器(31)2023/2/4第五節(jié)換熱器(32)2、螺旋板換熱器2023/2/4第五節(jié)換熱器(33)2023/2/4第五節(jié)換熱器(34)2023/2/4第五節(jié)換熱器(34)2023/2/4第五節(jié)換熱器(35)2023/2/4第五節(jié)換熱器(36)3、翅板式換熱器2023/2/4第五節(jié)換熱器(37)2023/2/4第五節(jié)換熱器(37)2023/2/42023/2/4練習(xí)題：1、過熱氨蒸汽于95℃進(jìn)入一列管換熱器的內(nèi)管，經(jīng)冷凝于冷凝溫度30℃排出，氨氣由95℃冷卻到30℃時(shí)，放出熱量10000W，冷凝放出熱量64500W；現(xiàn)用冷卻水冷卻冷凝，冷卻水進(jìn)口溫度為15℃，逆流操作，在冷凝段，冷熱流體最小溫差為5℃，已知:氨α凝=8700W/m2℃；冷卻時(shí)的α卻=58W/m2℃；水側(cè)α水=1280W/m2℃;冷卻器內(nèi)管為?38×1.5mm。求此過程的K,Δtm和面積A。已知：T1=95℃,Ts=30℃,t1=15℃解：分析：氨過熱蒸汽T1→T2=Ts(冷卻)→Ts(冷凝)=Ts計(jì)算應(yīng)分成兩段,然后加和；2023/2/42023/2/42023/2/4結(jié)論：(1)Q凝=63500>Q卻=10000；K凝=1603.3>K卻=51.2

A凝=6.56<A卻=8.04(2)溫升:Δt:Δt凝=25-15=10℃，Δt卻=26.5-25=1.5℃所以：不用過熱蒸汽做加熱介質(zhì)，而用飽和蒸汽冷凝。2023/2/42、已知換熱器面積A=3m2，用表壓2kgf/cm2飽和蒸汽在管外加熱管內(nèi)的水,水流量為4000kg/h,從20℃加熱到80℃；列管為φ25