【精品】热交换器考试
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资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 热交换器：在工程中将其中流体的热量以一定的传热方式传递给其他流体的设备。其特点是以传热为主要过程和目的 热交换器按传送热量的方法分为：间壁式，混合式，蓄热式.间壁式：两流体分别在一个固体壁面两侧流动，不直接接触,热量通过壁面进行传递.其类型有：管式（沉浸式、喷淋式、套管式、管壳式）、板式、夹套式、扩展表面式、热管式混合式：或称直接接触式。两种流体直接接触传热.蓄热式：或称回热式.两种流体分别分时轮流和壁面接触，热量借助蓄热壁面传递。按照流体流动方向分为：顺流式，逆流式,错流式，混流式.顺流式:两种流体平行地向着同一方向流动。逆流式:两种流体也是平行流动，但流动方向相反.错流式:两种流体的流动方向互相垂直交叉.混流式：既有顺流部分，又有逆流部分.流程数:管外空间装设纵向隔板使流体在壳体内进行曲折流动的次数或管箱内装进分层隔板使流体在管层内流动的次数. 热计算类型:设计性热计算（平均温差法）,校核性热计算(传热有效度法） 区别：设计性热计算目的在于决定热交换器的传热面积,同时计算时需要确定结构尺寸，往往与结构计算交叉进行。 校核性热计算是针对现成的热交换器，目的在于确定流体的出口温度，并了解该热交换器在非设计工况下的性能变化， 判断能否在非设计工况下完成换热任务。 热容量：乘积Mc，代表流体的温度每改变1℃所需要的热量，用W表示。热损失系数ηL:对于实际上有散热的热交换器热损失QL,实际吸热量和放热量之比。平均温差：算数平均温差（恒大于对数平均温差)，对数平均温差，积分平均温差 1 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 顺、逆流时对数平均温差的计算公式是在什么假定条件下得到的？ 答：1。两种流体的质量流量和比热在整个传热面上保持定值；2.传热系数在整个传热面上不变；3.热交换器没有热损失； 4。沿管子的轴向导热可以忽略；5。同一种流体从进口到出口的流动过程中，不能既有相变又有单相对流换热。 其他流动方式平均温差(以流体进出口温度按照逆流算出对数平均温差，然后乘以一个修正系数ψ）ψ=f（P，R） ψ值反应某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度.采用多壳程或多台串联的方式来代替,使ψ值增大。 温度效率P：代表冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率.（公式）R：冷流体的热容量与热流体的热容量之比。（公式） 非混合流:在热交换器中某种流体流动时被限制在各自形成的独立通道中，垂直流动方向上不能自由运动，也就不可能自身混合，称为非混合流。 热交换器的最大可能传热量Qmax:指一个面积为无穷大且其流量和进出口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。（公式）传热有效度ε：实际传热量与最大可能传热量之比（公式)2 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 实际传热量：传热有效度法和最大可能传热量的乘积。传热单元数NTU:传热系数与传热面积的乘积与两种流体中的最小热容量的比值。（公式）无因次数Rc：代表热交换器传热能力的大小。（最小热容量和最大热容量的比值）（公式） 顺流和逆流比较1。在同样的传热单元数时，逆流的ε总是大于顺流，且随NTU的增大而增大；而顺流则相反，ε随NTU增大而趋于定值，ε达到一定值后，NTU的增大对ε没有贡献2。在流体进、出口温度相同的条件下,逆流的平均温差最大,顺流则最小，其他的流动方式介于顺流和逆流之间。逆流时所需传热面最小或传热量最多。3。逆流式冷流体的出口温度可高于热流体的出口温度,而顺流时t2″总是低于t1″。所以，逆流时可以有较大的温度变化δt，可使流体消耗减小。但是片面追求高的温度变化会使得换热器两端的温差降低，平均温差降低，换热面积增加。4.从热工角度看,逆流比顺流有利，但流体的最高温度发生在换热器一端，一端壁温高.而且，逆流时传热面在整个长度方向上温度差别大,壁面温度不均匀。 流动方式的选择原则（按照经济性、方便性、满足需求性,抓住主要矛盾） 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，减低金属或其他材料的消耗;2.使流体本身的温度变化值尽可能大，从而使流体的热量得到合理利用，减少流体的消耗量，并可节省泵或风机的投资与能量消耗;3.尽可能使传热面积的温度均匀,并在较低温度下工作,以便使用较便宜的材料制造换热器；应有最好的传热工况，以便获得较高的传热系数，减小传热面。 温度交叉：在热交换器中局部出现了热流体温度比冷流体温度低的情况,在温度分布曲线上表现为冷热流体的温度曲线出现了交叉。出现可能：先逆后顺的<1—2〉型热交换器。避免温度交叉的方法：增加管外程数或改为两台单壳程换热器串联，如两台〈1-2〉型，改为〈2—4>型。 混流和错流时应注意的问题：1.管内偶数程的简单混流，相同进出口温度下，平均温度相同，与顺流和逆流2 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 顺序无关；管内奇数程的简单混流，增加其中的逆流程数可以提高平均温差.2。〈1—2n〉型热交换器的ψ值比<1-2>型有所减小,但相差很小,可用同一线算图。3.采用先逆后顺的热交换器时，要特别注意温度交叉现象！避免温度交叉的方法：增加管外程数或改为两台单壳程换热器串联，如两台<1-2〉型，改为<2-4>型.4.采用多次混流,可以显著提高平均温差的数值，同时也提高了流速，增加了传热系数，而结构却复杂了，制造困难和流阻都增加。 管壳式热交换器：是在一个圆筒形壳体内设置许多平行的管子，让两种流体分别从管内空间和管外空间流过进行热量交换。 管壳式热交换器分为固定管板式，U形管式，浮头式，填料函式。 管子在管板上的固定：胀管法（保证可靠），焊接法(在焊接接头处的热应力可能造成应力腐蚀和破裂，在管口和管子间存在间隙），胀焊法（压力低于4MP,温度低于300度，管径小于20mm时,胀接困难，对管子厚度也有一定要求）. 管板：固定、支撑管束. 管子在管板上的排列原则：1保证管板有必要的强度，而且管子和管板的连接要固定和紧密2设备要尽量紧凑以便减小管板3 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 和壳体的直径，并使管外空间的流通截面减小，以便提高管外流体的流速；3要使制造、安装和修理、维护简便 管子在管板上的排列方式：等边三角形排列，同心圆排列,正方形排列排列特点：等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大，最合理常用。同心圆法，靠近壳体的布管均匀；管板上划线、制造和装配比较困难。正方形排列，虽比较松散,传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。 换热管中心距：管板上两根管子中心线的距离称为换热管中心距，其大小主要与管板强度和清洗管子外表所需间隙，管子在管板上上的固定方法有关。采用焊接时中心距过小不能保证焊接质量。胀管时过小中心距会造成管板在胀接时由于挤压力的作用而产生变形,失去管板与管子之间的连接力。一般认为换热管中心距不小于1.25倍的管外径。 分程隔板：在管箱内安装分成隔板是为了将热交换器的管呈分为若干流程，增加流速,提高换热系数。原则:形状结构力求简单，使密封长度尽可能短；应使每一程管子数大致相等；程数取为1、2、4、6、8、10、12七种。在考虑分层的时候，最好使相邻程间平均壁温之差不超过28摄氏度。 折流板：为了提高流体的流速和湍流程度,强化壳程流体的传热在管外空间常设纵向隔板或折流板。折流板除使流体横过管束流动外，还有支撑管束，防止管束震动和弯曲的作用.分为弓形折流板和盘环形。折流板切除对流动的影响:弓形缺口太大或太小都会产生"死区”，既不利于传热,又往往增加流体阻力。缺口弦高一般为壳体内径的20％～45%。折流板的间距对壳体的流动亦有重要的影响.间距太大,不能保证流体垂直流过管束,使管外表面传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取折流板间距为壳体内径的0。2～1.0倍，且不小于50 mm,不大于表2.5的规定。且不超过圆筒内径。两块管板与端部两块折流板的距离通常大于中间一些折流板的距离，以便为壳程进出口提供额外空间。 3 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 折流板的安装固定是通过拉杆和定距管来实现的。 弓形折流板：缺口上下方向排列，缺口左右方向排列。当流过壳程的全是单相的清洁物料宜用前者。若气体中含少量液体时,应在缺口朝上的折流板最低处开通液口。若液体中含少量气体时,应在缺口朝下的折流板最高处开通气口。 挡管和旁路挡板：防止流体短路而设置。挡管:两端堵死的管子，布置于相应分程隔板槽后的位置上，占据一个根换热管的位置，不穿过管板,点焊于折流板上。通常每隔3～4排管子安排一根挡管。不应设置在折流板缺口处。旁路挡板--为减小管束外环间隙的短路而设。厚度一般与折流板相同,嵌入折流板内,并点焊在折流板上。一般设置1～2对。只有当壳程流体的换热系数起控制作用时，安装挡管或旁路挡板才有意义。 防冲板与导流筒:壳程进口管流体的值较大时，在壳程进口管处设置防冲板或导流筒。当壳程进口接管距管板较远，流体停滞区过大时,应设置导流筒,以减少流体停滞区。 进出口接管应注意问题：1。接管应与壳体内表面平齐，尽量沿换热器的径向或轴向设置；2.设计温度等于或高于300℃4 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 时，接管应采用对焊法兰；3。必要时应设置温度计接口、压力表接口及液面计接口；4.对于不能利用接管(或接口）进行放气和排液的热交换器,应在管程和壳程的最高点设置放气口,最低点设置排液口，最小公称直径为20 mm;5。立式热交换器可设置溢流口。 定型尺寸：对流体运动或传热发生主导影响的尺寸。 贝尔法思想：假定全部壳程流体都以错流形式通过理想管束,求得传热因子,再根据热交换器结构参数及操作条件不同,引入各项修正因子. 理想管束：管子与折流板上的管孔之间、壳体内壁与折流板的外缘之间、壳体内壁与管束外缘之间均无间隙的换热管束. 思考题 管壳式热交换器设计中,如果将换热管加长、管子数目减少以保证传热面积不变,结果会带来什么影响？ 答：对于管程，管子数目减少,流速增加，换热系数增加,但相应流动阻力也增加.对于壳层，壳程的流程变长,增大了流动阻力.而且增加管长也使得管程不稳定,增大了管子与管板连接处的泄漏的可能性，而且使安装维护不便。 进出口折流板间距与中间折流板的间距不等时，对壳侧的传热及流动阻力有何影响? 答：进出口折流板间距一般比中间折流板间距稍大，为壳程进出口提供足够空间，折流板间距大，流速降低，传热系数降低,但流动阻力也相对减少。 4 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 热交换器设计中怎样合理确定流速和压降？ 答：在一般情况下，流速的增加将使换热系数也随之增加,但是增加流速也使流动阻力随之增大，且增加速率远超过换热系数的增加速率,因此流速的增加会使压降增加。选择的流速要尽量使流体呈湍流状态，为避免产生过大的压降，才不得不选用层流状态下的流速,即在允许的压降范围内,尽量使流速达到湍流状态。 流体在热交换器内流动空间的选择原则：（1)要尽量提高使传热系数受到限制的那一侧的换热系数,使传热面两侧的传热条件尽量接近；(2）尽量节省金属材料，特别是贵重材料,以降低制造成本;（3）要便于清洗积垢，以保证运行可靠；（4）在温度较高的热交换器中应减少热损失，而在制冷设备中则应减少冷量损失；（5）要减小壳体和管子因受热不同而产生的温差应力，以便使结构得到简化；（6）在高压下工作的热交换器，应尽量使密封简单而可靠；（7）要便于流体的流入、分配和排出。 流动空间选择：1机油的水冷器：机油走壳程,水走管程.机油粘性大，走壳程，容易达到湍流状态.2水蒸汽的冷凝器，冷却介质为水:水蒸气走壳程,水走管程。水蒸气冷凝走壳程易排走。3热流体：水，进口温度110℃，出口温度80 ℃，流量55t/h，运行压力4bar;冷流体:氨，进口温度20℃，出口温度45℃,运行压力12bar:氨走壳程,清洁。水走管程，有水垢,管程易清洗。 流动空间具体选择：管侧：容积流量小的流体;不清洁、易结垢的不清洁流体；压力高的流体；有腐蚀性的或有毒的流体；高温流体或在低温装置中的低温流体。壳侧：5 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 容积流量大的流体特别是常压下的气体；刚性结构热交换器中两流体温差较大时,换热系数大的流体；高粘度流体；饱和蒸汽冷凝时。一般而言管程能达到湍流条件就令流体走管程，否则可考虑走壳程。应抓住主要方面,例如首先从流体的压力、防腐蚀及清洗等要求来考虑，然后再从对阻力降低或其他要求予以校核选定.(1）流量小或粘性大的流体走壳程好。因为壳程流道截面和方向都在不断交化且可设置折流板,Re＞100即达湍流；从减小压降的角度来看也是Re小的走壳程有利，但如果能通过来用多管程等措施而且压降又不超出容许值时，也可以走管程。(2）对于刚性结构的换热器，若两流体温差很大，因壁面温度与换热系数大的介质温度接近,宜使换热系数大者走壳程以减小管束与壳体的差胀；但当两流体温差小，而换热系数值相差很大时，宜使换热系数大者走管程因为在管外加翅或螺纹比在管内方便。（3)与外界温差大的流体走管程，与外界温差小的走壳程，这样对壳体受力条件和减少热损失有利．（4）饱和蒸汽冷凝时宜走壳程.因为它对流速和清洗无甚要求，且易于排除冷凝液,一般情况走壳程换热系数大。（5）易结垢、有沉淀及杂物的不清洁流体宜走管程，因为管程清洗较壳程方便，如冷凝器。 流体温度和终温的确定:（1)热端温差≮20℃；（2）冷端温差≮5℃,（3)冷却或冷凝器中，冷流体的初温应高于热流体的凝固点;对于含有不凝结气体的冷凝,冷流体的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃;(4)空冷式热交换器热流体出口和空气进口之间的温差，从经济上考虑应不低于20℃；（5）多管程热交换器应尽量避免温度交叉，必要时可将较小一端温差加大到20℃以上。 管子直径的选择原则：管径的选择要视所用材料和操作条件等而定，总的趋向是采用小直径的管子，但要考虑胀管的要求。采用小管径有利方面：1.在其它条件相同的情况下,采用小管径可使传热得到增强,但其影响不是很大.2.小直径管子能使单位体积的传热面大，因而在同样体积内可布置更多的传热面。或者说，传热面一定时，采用小管径可使管子长度缩短。3.承压能力强。不利方面：1.减小管径将使流动阻力增加。2。管径减小将增加管数,这就使管子与管板连接处的泄漏的可能性增大;3。管径越小，越易积垢，不清洁流体时易堵塞. 5 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 流体流速的选择原则：1。由生产条件所需压降来限制流速，在允许压降的范围内,尽量使流体达到湍流。2.根据技术经济比较来确定最佳流速，使设备的投资费用与运行费用之和最低.3.此外要考虑机械条件的限制（流速的提高应当避免发生水力冲击、振动以及冲蚀等现象）和结构的要求（当速度提得很高时,所需的管数少了，这时为了要保证所需的传热面积，就必须增大管子的长度或增加程数）。4.实际上所选用的流速常低于最佳流速。. 温差应力：在热交换器中，出了由压力产生的应力之外，还会由于壳体,管子所接触的流体温度不等，使壳体,管束的伸长受到约束，从而在轴向产生拉应力或压应力。这种由温差引起的力称温差应力. 热补偿:当管子和壳体温差大于30～50℃时，就应该采取补偿措施。工艺措施：设法减小管束与壳体间的温差：换热系数大的流体走壳程。结构措施:1采用膨胀节2使管束和壳体均能自由膨胀U行管式，浮头式，填料函式3弹性管板补偿。4双套管补偿。 思考题： 管壳式热交换器中常采用多程折流、交叉流方式,是出于什么考虑？ 答:采用多程折流,交叉流等方式，把管内管外分为若干流程，提高了流速，增加了流体的扰动，增加了传热系数. 管壳式热交换器设计过程中，F0”/F0小于1。1（或者大于1。2）,你会做何调整？其调整会对传热计算及阻力计算带来什么影响？答：6 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 (1）若F0”/F0小于1。1时，说明实际换热面积小。若略小于1.1，则可以微调：当壳侧换热系数换热系数比管侧小时,减少折流板间距并把折流板缺口减少，此时可增加壳侧换热系数,使F0减少，满足等于1。1的要求，该调整过程使壳侧流通截面积减小，壳侧传热计算和阻力传热计算中折流板缺口校正因子以及进出口折流板间距不等校正因子需重新设定，使阻力增大.当壳侧换热系数换热系数比管侧大时，增加1-2根管子数，增大实际换热面积，此时管程截面积变化，传热计算和阻力计算重新设定,壳程不变。若远小于1。1，则需要调整流动方式和流动空间等，以前设计需要重新进行.(2）若F0"/F0大于1。2时，说明实际换热面积大。若略大于1.2，则可以微调：当壳侧换热系数换热系数比管侧小时，增加折流板间距甚至减少折流板数量，此时可降低壳侧换热系数,使F0略用增加，该调整过程使壳侧流通截面积增大，壳侧传热计算和阻力传热计算中折流板缺口校正因子以及进出口折流板间距不等校正因子需重新设定，使阻力减小。当壳侧换热系数换热系数比管侧大时,减少1—2根管子数，减少实际换热面积，此时管程截面积变化，若为防止壳侧流体短路，需增加挡流板，使壳侧流速稍有增加,阻力增大，这样传热计算和阻力计算都需要重新设定。若远大于1。2,需重新初选传热系数数值,调整流动方式和流动空间等，以前设计需要重新进行. 管壳式热交换器设计过程中，长径比L/D小于规定值应如何调整？其调整会对传热计算及阻力计算带来什么影响？ 答：长径比小于规定值时，说明管长不够而壳体直径过大,调整方法：当与规定值相差不大时，假定的传热系数减小，加长管子长度,保持管子数不变，此时管程流速不变，对流换热系数不变，管程加长，流动阻力增大；当与规定值相差较大时,重新选定流动方式、假定传热系数K。 螺旋板式热交换器 “I”型结构：两个螺旋流道的两侧完全焊接密封，所以也称为不可拆结构。两流体在流道中均作螺旋流动。冷流体从外向中心,热流体从中心向外周，完全是逆流。由于流体是在单流道中流动,流动分布情况良好.6 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 这种形式主要用于液体与液体。 “II”型结构:一种流体在螺旋流道中进行螺旋流动，另一种则在另一螺旋流道中进行轴向流动。所以轴向流道的两侧是敞开的,螺旋流道两侧则焊接密封.这种型式适用于两种介质流率差别很大的情况,常用作冷凝器、气体冷却器等 “III”型结构：一种流体是螺旋流动，另一种是轴向流动和螺旋流动的组合。适用于蒸汽的冷凝冷却，蒸汽先进入轴流部分，当冷凝后体积减少时，才转入螺旋流道以进一步冷却。 流道密封形式:1。螺旋板两端开放，利用头盖和垫片压紧螺旋形断面的两端。拆下头盖即可清洗．但垫片损坏会使两种流体温合,除了两种流体混合不会带来危害的场合外很少采用;2。螺旋断面两端完全焊接密封．不会发生两种流体混合，但拆洗检修困难,只能用化学方法清洗,除清洁流体外很少采用。3。螺旋断面两端交错焊接密封，即每一流道有一端是焊接密封的,而另一端则依靠头盖和垫片密封。不会发生两种流体的混合,垫片不坏也不会造成同一种流体短路，打开头盖即可检修或用机械清洗流道，故是一种常用的密封型式;4.一个流道两端焊接密封，另一流道两端开放借助头盖垫片密封。不会造成两种流体的混合，但焊接密封的那一流道检修困难，只能用化学清洗. 螺旋板式换热器的优点：1由于流体在螺旋形流道内的流动所产生的离心力使流体在流道内外侧之间形成了二次环流,增加了扰动，在较低的雷诺数下就能达到湍流。2流动阻力比管翘式小，流速大，传热系数比管翘式提高0。5～1倍。3结构紧凑4传热温差小，两种传热介质可进行全逆流热交换。57 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 对于污垢的沉积具有一定的自洁作用. 螺旋板式换热器的缺点:1操作压力和温度不能太高。一般压力不超过2Mpa，温度不超过300～400℃。2不易检修。因整个换热器已卷制焊接为一整体，一旦发生中间泄露或其他故障,就很难检修。3单台流量比较小。因流道较窄,单台换热器的流量受限。 思考题 为什么说螺旋板式热交换器可以实现纯逆流换热？答：简单论述I型结构的工作原理即可。 板式热交换器（三个主要部件:传热板片,密封垫片，压紧装置。其他一些部件)传热板片：厚度为0.5～1.5mm,通常为1mm左右。通常压制成各种波纹形状，既增加刚度，又使流体分布均匀，加强湍动，提高传热系数.人字波纹（较光滑板片可强化传热高达80%）,平直波纹。密封垫片：用来密封和布置流体通道，实现“单边流"或“对角流”.压紧装置:固定压紧板，活动压紧板，压紧螺栓,垫片等。 流程组合：串联、并联、混联流程数×流道数（串联×并联) 板式换热器的特点：优点：1总传热系数高，板式换热器的板间流道,是一个横截面多变、曲折的流道。有效地使流体产生湍流，降低了液膜的热阻；板片用薄板制造，降低了壁面的热阻，也不会出现像管壳式换热器那样的旁路流。同样流速下,板式换热器的总传热系数约为管壳式换热器的3～5倍。2结构紧凑、占地面积小、金属耗量低：板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积约为管壳式换热器的3倍.用于同-工况下的板式换热器的占地面积,约为管壳式换热器的五分之一左右.3可实现多种介质换热：在一台板式换热器中,只要设置中间隔板，就可以进行多种介质的换热。4热损失小:由于只有板片周边与垫圈暴露在大气中，所以热损失一股只有0。1％左右,因此不需要采用保温层。5末端温差小：末端温7 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 差指一流体出口与另一流体入口的温差。板式换热路的流道是相互平行的，程与程之间不会有短路、旁路等现象，流体在流道内的运动不会有任何影响末端温差的现象。6使用方便：只要拆下压紧螺柱,即可取出板片或移开板束，进行清洗、维修更改流程组合都十分方便.缺点：1承受压力低:板式换热器的每张板片上都有一个弹性材料制造的密封垫圈，密封周边很长，密封系统刚性差承受不了较高的工作压力。国内一般只能用于0.6MPa以下的压力，新型的可达到1。6Mpa。2操作温度受限：板式换热器的工作温度,决定于密封垫圈材料所能承受的温度，国内一般使用温度控制在120～150℃。3处理量较小:受角孔和狭窄流道的限制，板式热交换器的流量有限，一般处理量最大700t/h，不适应处理气体换热.4密封周边长：一台设备的密封垫片往往达到成百米甚至上千米，渗漏机会大。5不宜于处理特别容易结垢和堵塞的物料:由于板间流道的平均间隙为3～5mm,且流道曲折多变,当换热介质中含有较大的颗粒或纤维时，流通很容易堵塞。 板翅式热交换器（基本单元：隔板、翅片、封条)将许多个这样的单元体根据流体流动方式的布置起来，钎焊成一体组成板束,板束是板翅式热交换器的核心,配以必要的封头、接管、支承等就组成了板翅式热交换器。 隔板：作用在于分隔并形成流道，同时承受压力，隔板尚起着一次传热表面的作用。故其厚度应在满足承压能力的前提下尽可能减薄。 翅片：是板翅式换热器的基本元件—8 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 二次传热表面,板翅式换热器中的传热过程主要是通过翅片的热传导以及翅片与流体之间的对流换热来完成的。作用：(1)扩大传热面积，提高换热器的紧凑性,翅片可看成隔板的延伸与扩展，同时由于翅片具有比隔板大得多的比表面积，因而使紧凑性明显增大；（2)提高传热效率,由于翅片的特殊结构，流体在流道中形成强烈扰动，使边界层不断破裂、更新，从而有效地降低了热阻，提高了传热效率；（3）提高了换热器的强度和承压能力,由于翅片起着加强肋的作用，使板束形成牢固的整体，所以尽管翅片与隔板很薄但都能承受一定的压力. 翅片的类型：平直翅片：主要作用是扩大传热面。换热系数、阻力系数较小,强度较高.宜用于液相或相变等传热性能好的场合锯齿翅片：促进流体湍流，破坏热边界十分有效,传热性能好。用于需要强化传热(尤其气侧）的场合。多孔翅片：开孔率5％-10％.孔使热边界层不断破裂、更新，提高了传热效果；开孔使流体在翅片中分布更加均匀，对流体中杂质颗粒的冲刷排除有利。但高Re数时，会出现噪音和振动。主要用于导流片及流体中夹杂颗粒或相变换热的场合。波纹翅片：弯曲通道促进流体的湍动、分离或破坏热边界层。波纹越密,波幅越大，传热性能越好。 封条（侧条）：位于通道的四周，起到分割、封闭流道的作用，使流体在单元体内的流道内流动而不向两侧外流。具有斜度约为3%的斜面，形成楔形缝隙，便于钎接焊料渗入,形成饱满的焊缝。 导流片（位于流通的两端,结构与多孔翅片相同，但翅距、翅厚和小孔直径比多孔翅片大）:作用(1）为了引导由进口管经封头流入板束的流体，使之均匀地分布于流道之中，或是汇集从流道流出的流体使之经过封头由出口管排出；（2）保护翅片，避免通道被钎剂堵塞. 导流片结构设计的原则：(1)保证流道中流体的均匀分布，流体由进、出口管到通道之间的顺利过渡;（2)在导流片中流动阻力应保持在最小的恒定值;(3)导流片的耐压强度应与整个板束的承压能力匹配；（4)便于制造。 8 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 封头:作用是聚集流体，使板束与工艺管道连接起来 流道布置：逆流（普遍)、顺流(较少）、错流（有效温差并不明显低于逆流)、错逆流（用于换热系数相差悬殊的两种流体之间的换热）、混流（采用多股流方式，多种流体同时进行换热） 组装结构:在组装体中，可采用并联组装、串联组装和串并联混合组装，并联组装用集流管及分配管将其连成一个整体。 制造工艺：非焊接的粘接，有溶剂的盐浴钎焊，无溶剂的真空钎焊，气体保护钎焊。 板翅式换热器的特点：优点1传热效率高由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂,因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片的厚度很薄,具有高导热性。所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。2结构紧凑由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积比管壳式大5倍以上,甚至几十倍。3适应性强板翅式换热器可适用于：气-气、气—液、液—液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况.通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要.工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性.4比较耐压相对板式换热器来说，承压高，使用压力范围大，可达到10MPa。5可实现多种流体换热可允许有2～9种流体同时换热.6轻巧由于紧凑且多由铝合金制造，重量约为管壳式的15％～50％。缺点1制造工艺要求严格,工艺过程复杂9 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 只有具备条件的专业制造厂才能生产,目前国内也只有屈指可数的几个厂商。2容易堵塞,不耐腐蚀，清洗检修很困难只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。3难查找和修补内部串漏隔板和翅片都由薄的铝板制成，若腐蚀而造成内部串漏,则很难准确找到漏的地方，即使找到内漏位置也很难修补。 注：同一端的温差上限必须小于200 ℃，下限为0.3℃,理想温差范围为2～50℃。 翅片效率：表示了翅片的实际传热量和理想的最大可能传热量之比。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的比值。是把二次传热面看作和一次传热面的传热温差相等时对二次传热面打的折扣. 影响翅片效率的因素：1翅片定型尺寸b越小,或翅高H越低，tm越接近于tw，翅片效率ηf就越高，所以单叠布置（单个冷热通道间隔排列)的翅片效率高于复叠(多个冷热通道间隔排列）布置.2翅片越厚,热阻越小，tm越接近于tw,翅片效率ηf越高.3翅片与流体间的换热系数越小，则沿翅片表面的散热量也越小，tm越接近于tw，翅片效率ηf越高。4翅片材料的导热性能越好，即λf越大，tm越接近于tw,翅片效率ηf越高。 翅片形式的选择和翅片参数的确定：1翅片的选择应根据最高的工作压力、传热能力、允许压力降、流体性能、有无流体的相变及冷、热两流体对流换热系数大小等因素考虑。2翅片的形状依流体的性能和设计使用的条件等来选定：3当流体之间温差较大时，宜选用平直翅片；4温差较小的情况选用锯齿形翅片；5若流体的粘度较大，如油等,宜用锯齿形翅片以增加扰动；6如在流体中含有固体悬浮物时，宜选用平直翅片;7如在传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况，宜选用平直或多孔翅片。8在空分设备中，可逆式热交换器大多选用锯齿形翅片，既强化气流放热,又便于水分和二氧化碳的析出和清除，而冷凝蒸发器（主冷器)大多采用多孔翅片，以避免杂质结晶的局部集结和破坏冷凝膜的边界层。9为了有效地发9 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 挥翅片的作用,使其有较高的翅片效率或传递较多的热量，在对流换热系数大的场合，往往选用低而厚的翅片；而在换热系数小的场合，选用高而薄的翅片为宜。10当参加换热的两种流体的换热系数相差悬殊时，除了采用上述措施外，还可以采用换热系数小的一侧用两个通道，而换热系数大的一侧用一个通道的复叠布置形式。 翅片总效率：把二次传热面和一次传热面同等看待认为都处于一次传热面传热温差（tw－tf)下时对总传热面所应打的折扣。 通道的合理排列问题:尽量避免出现温度交叉和热量内耗。通道布置的原则:(1）通道布置时尽可能避免温度交叉和热量内耗，以便达到最大制冷效果.（2）冷通道和热通道之间除了做到总热量平衡外，还应基本做到局部热量平衡，以便减少热量内耗。同时在由几股冷流来冷却一股热流时热负荷大的冷通道与热通道放在一起。(3)为了强化传热过程，希望各股物流的换热系数比较接近。同时在用几股冷流来冷却一股热流时,换热系数大的冷通道与热通道放在一起为宜。(4）因为最外层受力情况较差，所以尽可能将流体压力较小的通道布置在最外层。为了减少冷量损失，应尽可能考虑流体温度与大气温度相差较小的通道布置在最外层，当压力和温度产生矛盾时视具体情况而定。（5）要考虑集气管的安排，使同一股流体通道尽可能的集中，以便利于集气管的布置。10 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 翅片管热交换器(空冷器是常见的翅片管热交换器，为了加强管外空气的换热而采用翅片。管束是空冷器中的主要部分，由翅片管、管箱和框架组成。） 翅片管类型:1按结构型式可以分为纵向和横向翅片两大类型，其他型式都是这两种类型的变形.2按制造工艺可把翅片管分类为整体翅片管、焊接翅片管、高频焊翅片管和机械连接翅片管.3根据翅片的高低可以分为：翅片管、低翅管(低肋螺纹管或螺纹管）、微细肋管（DAC管、DAE管） 翅化比β—指单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面之比。对于空冷器，因为管外介质已经确定为空气，所以翅化比的选择应根据管内介质对流换热系数大小而定。当此值小时，应选用较小翅化比。若选用的翅化比过大并不能有效地增强传热，反而会使以翅化表面积为基准的传热系数迅速降低，随着翅化比的增加，空冷器单位尺寸的换热面积将增加，但制造费用也增加。实践表明，翅化比的最佳值为17～28. 翅片管热交换器的特点:（1）因为采用了翅片管，一方面可增大换热面积，另一方面增强湍动，大大强化传热面积，所以特别适用于换热系数较低的流体。壳程流通面积可设计较大,流动阻力较小，所以对于压力较低和对压力降要求较小的流体特别适用。（2)可采用不同金属材料做翅片,减少贵重金属消耗（3)具有一定污垢自脱落能力（4）空冷器比水冷器具有很多优越性 翅片效率： 热管：是热管换热器的最基本的元件。吸液芯热管由管壳,管芯(毛细多孔材料)和蒸汽腔组成。从传热状况看,热管沿轴向可分为蒸发段，绝热段和冷凝段。管芯：是一种紧贴管壳内壁的毛细结构,通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧贴内壁以减小接触热阻,衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。应具有：1足够大的毛细抽吸压力；2较小的液体流动阻力，即有较高的渗透率;3良好的传热特性，即有较小的径向热阻。管芯的结构有多种，大致分为：1紧贴管壁的单层及多层网芯；2烧结粉末管芯。由一定10 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 目数的金属粉末或金属丝网烧结在管内壁面而成;3轴向槽道式管芯.在管壳内壁开轴向细槽，以提供毛细压头及液体回流通道，槽的截面形状可有矩形、梯形等多种；4组合管芯。热管的工作液选择原则:（1)与吸液芯及管壳材料的相容性；（2)良好的热稳定性；（3）对吸液芯和管壳材料的可湿性；(4）在工作温度范围内蒸气压力不致过高或过低（5)气化潜热高；(6)导热性好；(7)在液态或气态下粘度低；(8)表面张力高；(9）合适的凝结或固化点;(10)经济和安全方面的考虑等 热管的型式：1冷凝的工作液体依靠毛细多孔材料的毛细抽吸力返回到加热段的称为吸液芯热管。2工作液体的回流可依靠其本身的重力作用的是两相热虹吸管。3工作液体的回流是受离心力的分离作用的是旋转热管。4重力辅助热管(毛细力和重力） 曲率半径之差提供了使工质循环流动的毛细驱动力（循环压头），用以克服循环流动中作用于工质的重力、摩擦力及动量变化引起的循环阻力。 热管的传热极限:(1)粘性极限在蒸汽温度低时，工作流体的蒸汽在热管内的流动受粘性力支配，即热管中蒸汽流动的粘滞阻力限制了热管的最大传热能力。(2）声速极限当蒸发段温度一定，降低冷凝段温度可使蒸汽流速加大，传热量因而加大。但当蒸发段出口汽速达到声速时，进一步降低冷凝段温度也不能再使蒸发段出口处汽速超过声速，这一现象与拉伐尔喷管的喉部达到声速时一样。由于蒸发段出口汽速达到声速后不可能再增大，因面传热量也不再增加，这时热管的工作达到了声速的极限。（3）携带极限11 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 热管中蒸汽与液体的流动方向相反,在交界面上二者相互作用，有阻止对方流动的趋势。液体表面由于受逆向蒸汽流的作用产生波动,当蒸汽速度高到能把液面上的液体剪切成细滴并把它带到冷凝段时，由于液体被大量携带走，使应当通过毛细芯返回蒸发段去的液体不足甚至中断,从而造成蒸发段毛细芯干涸，使热管停止工作，这就达到了热管的携带传热极限,与此同时，由于液滴的大量被携带还会造成液滴对热管冷凝端壁面的撞击,并有可能使蒸发段的某些部位缺少液体而使管壁温度突然上升。(4)毛细极限毛细极限又称吸液极限，这是指在热管运行中，当热管中的汽体液体的循环压力降与所能提供的最大毛细压头达到平衡时，该热管的传热量也就达到了最大值。（5）沸腾极限热管工作中当其蒸发段径向热流密度很大时，将会使管芯内工作液体沸腾。当径向热流密度达到某一临界值时,对于吸液芯的热管，由于所发生的大量汽泡堵塞了毛孔，减弱或破坏了毛细抽吸作用,致使凝结液回流量不能满足蒸发要求. 热管元件各传热环节热阻：R1-环境热源对热管加热段外壁的换热过程;R2—热管加热段壳壁的导热；R3—热管蒸发段吸液芯-液体组合层的传热;R4-蒸发段汽—液界面的相变换热；R5—从蒸发段到凝结段蒸汽流动传热；R6—凝结段汽-液界面蒸汽的相变换热;R7—凝结段吸液芯—液体组合层的导热；R8-凝结段壳壁的导热；R9—冷却段壳体外壁与环境冷源间的热传递过程；R10—从加热段至冷却段壳壁的轴向导热;热管壳壁常用壳材即便是金属,R10与其它环节热阻相比，数量级也大得多;R11-通过吸液芯的轴向导热。由于吸液芯轴向热流通道比壳壁更小，R11的数量级更大。 热管换热器的特点：优点：1可以在很小温差下传递很大的热流，传热效率高;2管内没有运动部件,运行可靠；3管外常带有翅片，单位体积的换热面积大，结构紧凑；4通道简单，管外流动的压力损失较小。混合式热交换器的类型:冷水塔、气体洗涤塔、喷射式热交换器、混凝式冷凝器. 优点:结构简单、材耗较少、不存在传热面带来的热阻（包括污垢热阻）、过热或腐蚀等问题，接触面积大、传热效率高且反应灵敏,用作温度调节器很有利；缺点：冷热介质混合，对于不容许混合或混合后不易分离、两种介质的参数相差很大或因物性会产生不良反应的工艺过程均不适用. 11 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 冷水塔的主要部分：淋水装置（点滴式、薄膜式、点滴薄膜式）、配水系统（槽式、管式、池式）、通风管点滴式散热方式:水滴下落过程中水滴表面的散热、板条上溅散而成的许多小水滴表面的散热、沿板条形成的水膜的散热薄膜式散热方式:表面水膜散热、格网间隙中的水滴表面散热、溅散而成的水滴散热点滴薄膜式散热方式：水滴淋洒散热+网板水膜散热 通风管:创造良好的空气动力条件，并将排出冷却塔的湿热空气送往高空,减少或避免湿热空气回流。 冷却塔的工作原理：传热机理：水的蒸发散热（潜热传递（传质传热）和气水之间的接触传热(显热传递(温差传热） 蒸发散热：单位面积水面上的表面蒸发速度受水温和蒸气分子向空气中扩散的速度控制 水温升高，水分子的平均动能增大,水分子克服分子引力束缚而逸出水面的几率增大； 空气中水分子返回水面的速度与空气中的水分浓度成正比。假如空气中的水分子浓度达到某个数值时，水分子逸出水面的速度与空气中水分子返回水面的速度相等，这时空气中水分含量达到饱和，蒸发散热将减弱或停止。所以，在温度一定时，蒸发速度取决于水分子由水面附近向空气深处的扩散速度。12 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 一般认为，当未饱和空气与水接触时,在水与气的分界面上存在极薄的一层饱和空气层,水首先蒸发到饱和气层中，然后再扩散到空气中去。 接触传热：接触传热的推动力为两者的温差(t-θ)，接触传热的热流方向可从空气流向水，也可从水流向空气，这要看两者的温度以何者为高 气水比的确定：冷却每公斤水所需的空气公斤数.气水比越大，冷却能力越大.0.8～1.5 蓄热式热交换器的特点：蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中不断地变化，而且在加热期间的变化情况与冷却期间的变化情况也不相同;除了在蓄热式热交换器的冷、热气体进口处之外，冷、热气体的温度也随时间变化。蓄热材料和流体温度变化具有周期性。 蓄热湿热交换器的优点：紧凑性很高。如,采用20-50目的金属网板作蓄热体时，每立方米容积可能容纳约传热面积为2296～6560m。而在间壁式热交换器中，即使紧凑性最高的板翅式热交换器也一般只有2000m/m左右。 223单位传热面积的价格要比间壁式便宜得多，而且易于采用耐腐蚀、耐高温的材料（如陶瓷)作传热面。 有一定的自洁作用。因为传热面周期性地受到参与换热的气体的方向相反的流动，与间壁式相比就不易存在永久性的流动停滞区，并且传热面上积灰较易自动去除。 蓄热湿热交换器的缺点：因为同一蓄热体交替地作为冷、热气体的通道和受热面，因而在回转型蓄热式热交换器中,势必导致一通道中的气体带入另一通道。两气体通道间的密封不严，将会造成冷、热气体之间某种程度的混合。在阀门切换型蓄热式热交换器中，也将由于阀门的切换而使冷、热气体之间有不同程度的混合。对于回转型蓄热式热交接器来说．密封问题比较困难，因而会造成较大的漏风．待别是在高温和低温气体之12 / 24 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除 间压差很大时。例如，在回转型空气预热器中，空气向烟气中的泄漏量约为流过的空气量的5％～10%. 传热强化的含义：通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施：提高换热设备的传热量、在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小、研究出某一方面或几个方面性能良好的热交换器 增强传热的基本途径：提高传热系数（说明,K随着对流换热系数小的一侧变化大可见,提高对流换热系数小的一侧更加有效)、扩展传热面积（翅片管、波纹管、板翅式传热面)、加大传热温差(改变冷热流体温度、改变换热流体之间的流动方式，提高平均温差） 影响对流换热的主要因素：流体的流动状态、流体的物性、换热面的性质、形状和尺寸 增大对流换热系数的方法:改变流体的流动情况、改变流体的物性、改变换热表面情况 思考题管内或管外加翅片是出于什么原因考虑的? 答：在管内外流体换热系数相差很大时，应在换热系数小的一侧加翅片，提高该侧换热系数。当关内外换热系数相差不大,但换热系数都很小时，应管内外都加翅片,目的都是出于提高总的传热系数,加强换热。 13 / 24 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/c3c8d0fe350cba1aa8114431b90d6c85ec3a88b4.html