板式換熱器課程設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)船舶柴油機(jī)高溫淡水冷卻器設(shè)計(jì)摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了板式換熱器的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)依據(jù)，運(yùn)用對(duì)數(shù)平 均溫差法（LMTD設(shè)計(jì)了一款船舶柴油機(jī)高溫淡水板式換熱器，并對(duì)其進(jìn)行熱力和阻力校 核。關(guān)鍵詞：板式換熱器 對(duì)數(shù)平均溫差板片流程污垢系數(shù)目錄第1章板式換熱器基本構(gòu)造 31.1整體結(jié)構(gòu)31.2流程組合方式41.3半片形式及其性能51.3.1常用形式.51.3.2特種形式.51.4密封墊片5第2章板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用 62.1優(yōu)點(diǎn)62.2缺點(diǎn)72.3應(yīng)用7第3章 板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算 83.1確定總傳熱系數(shù)的途徑 83.2總傳熱系數(shù)的計(jì)算 83

2、.3傳熱系數(shù)的計(jì)算113.4垢阻的確定11第4章 計(jì)算類型及工程設(shè)計(jì)一般原則 124.1計(jì)算的類型124.2工程設(shè)計(jì)、計(jì)算的一般原則 13第5章板式換熱器熱力計(jì)算實(shí)際應(yīng)用 1520第1章板式換熱器基本構(gòu)造1.1整體結(jié)構(gòu)板式換熱器的結(jié)構(gòu)相對(duì)丁板翅式換熱器、殼管式換熱器和歹0管式換熱器比較簡(jiǎn)單，它 是由板片、密封墊片、固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板、壓緊螺柱和螺母、上下導(dǎo)桿、前支柱等 零部件所組成，如圖1-1所示：板片為傳熱元件，墊片為密封元件，墊片粘貼在板片的墊片槽內(nèi)。粘貼好墊片的板片， 按一定的順序（如圖1-1所示，冷暖板片交義放置）置丁固定壓緊板和活動(dòng)壓緊板之間， 用壓緊螺柱將固定壓緊板、板片、活動(dòng)

3、壓緊板夾緊。壓緊板、導(dǎo)桿、壓緊裝置、前支柱統(tǒng) 稱為板式換熱器的框架。按一定規(guī)律排列的所有板片，稱為板束。在壓緊后，相鄰板片的 觸點(diǎn)互相接觸，使板片間保持一定的間隙，形成流體的通道。換熱介質(zhì)從固定壓緊板、活 動(dòng)壓緊板上的接管中出入，并相問(wèn)地進(jìn)入板片之間的流體通道，進(jìn)行熱交換。圖1-1所示板式換熱器為可拆式板式換熱器， 其原理就是在上導(dǎo)桿處安裝了活動(dòng)滑輪、 頂壓裝置，在增減板片的時(shí)候，可以通過(guò)該滑輪調(diào)節(jié)換熱器內(nèi)可安裝板片數(shù)量，頂壓裝置 加固整體結(jié)構(gòu)牢固性；而對(duì)丁一些小型的板式換熱器，則沒(méi)有該裝置，而是直接地將固定 壓緊板和活動(dòng)壓緊板通過(guò)導(dǎo)桿固定連接起來(lái)，這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有活洗空間，活洗、檢查時(shí)，板片不能

4、掛在導(dǎo)桿上，雖然這樣的結(jié)構(gòu)輕便簡(jiǎn)易，但對(duì)大型的、需經(jīng)?；钕吹陌迨綋Q熱器不太適用。對(duì)丁要進(jìn)行兩種以上介質(zhì)換熱的板式換熱器，則需要設(shè)置中間隔板。1.2流程組合方式為了使流體在板束之間按一定的要求流動(dòng)，所有板片的四角均按要求沖孔，墊片按要求粘貼，然后有規(guī)律地排列起來(lái)，形成流體的通道，稱為流程組合。（圖1-2a、b、c 是典型的排列方式）流程組合的表示方式為：MXNX + MaN2 +» + 區(qū)孔m1n1 + m2n2 + + 14式中：M, M, , M :從固定壓緊板開(kāi)始，甲流體側(cè)流道數(shù)相等的流程數(shù);N 1, N, , N : M, M, , M中的流道數(shù)；m 1, m, , m ：從固

5、定壓緊板開(kāi)始，乙流體側(cè)流道數(shù)相等的流程數(shù);n 1, ni : : m, m, , m中的流道數(shù)。圖1-2典型的流程組合1.3板片形式及其性能板片是板式換熱器的核心元件，冷、熱流體的換熱發(fā)生在板片上，所以它是傳熱元件, 此外它乂承受兩側(cè)的壓力差。從板式換熱器出現(xiàn)以來(lái)，人們構(gòu)思出各種形式的波紋板片， 以求得換熱效率高、流體阻力低、承壓能力大的波紋板片。1.3.1常用形式板片按波紋的幾何形狀區(qū)分，有水平平直波紋、人字形波紋、斜波紋等波紋板片；按 流體在板間的流動(dòng)形式區(qū)分，有管狀流動(dòng)、帶狀流動(dòng)、網(wǎng)狀流動(dòng)的波紋板片。1.3.2特種形式為了適應(yīng)各種工程的需要，在傳統(tǒng)板式換熱器的基礎(chǔ)上相繼發(fā)展了一些特殊的板

6、片及 特殊的板式換熱器。1:便丁裝卸墊片的板片2:用丁冷凝器的板片3:用丁蒸發(fā)器的板片4:板管式板片5:雙層板片6:石墨材料板片7:寬窄通道的板片1.4密封墊片板式換熱器的密封墊片是一個(gè)關(guān)鍵的零件。板式換熱器的工作溫度實(shí)質(zhì)上就是墊片能 承受的溫度；板式換熱器的工作壓力也相當(dāng)程度上受墊片制約。從板式換熱器結(jié)構(gòu)分析，密封周邊的長(zhǎng)度(m)將是換熱面積(m2)的68倍，超過(guò)了任何其它類型的換熱器第2章板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用2.1優(yōu)點(diǎn)1：傳熱系數(shù)高管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)，從強(qiáng)度方面看是很好的，但從換熱角度看并不理想，因?yàn)榱黧w 在殼程中流動(dòng)時(shí)存在著折流板一殼體、折流板一換熱管、管束一殼體之間的旁路。通過(guò)這

7、些旁路的流體，并沒(méi)有充分地參與換熱。而板式換熱器，不存在旁路，而板片的波紋能使 流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流。所以板式換熱器有較高的傳熱系數(shù)，一般情況下是管殼式 換熱器的35倍。2:對(duì)數(shù)平均溫差大在管殼式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流的流動(dòng)方式。如果進(jìn)一步分析，殼程為混合流動(dòng)，管程是多股流動(dòng)，所以對(duì)數(shù)平均溫差都應(yīng)采用修正系 數(shù)。修正系數(shù)通常較小。流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)，總體上是并流或逆流的流動(dòng)方式， 其溫差修正系數(shù)一般大丁 0.8，通常為0.95。3:占地面積小板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式換熱器的25倍，也不像管殼式換熱器那樣需要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)

8、地，因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱任務(wù)時(shí)，板式換熱器的 占地面積約為管殼式換熱器的1/51/10。4:重量輕板式換熱器的板片厚度僅為0.60.8mm,管殼式換熱器的換熱管厚度為2.02.5mm；管 殼式換熱器的殼體比板式換熱器的框架重得多。在完成同樣的換熱任務(wù)的情況下，板式換 熱器所需要的換熱面積比管殼式換熱器的小。5:價(jià)格低在使用材料相同的前提下，因?yàn)榭蚣芩枰牟牧陷^少，所以生產(chǎn)成本必然要比管殼 式換熱器低。6:末端溫差小管殼式換熱器，在殼程中流動(dòng)的流體和換熱面交錯(cuò)并繞流，還存在旁流，而板式換熱 器的冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行丁換熱面，且無(wú)旁流，這樣使得板式換熱器的末端溫差很小，對(duì)丁水一水換熱

9、可以低丁1C,而管殼式換熱器大約為 5C,這對(duì)丁回收低溫位的熱能是很有利的。7:污垢系數(shù)低板式換熱器的污垢系數(shù)比管殼式換熱器的污垢系數(shù)小得多，其原因是流體的劇烈湍流，雜質(zhì)不宜沉積；板間通道的流通死區(qū)??；不銹鋼制造的換熱面光滑、且腐蝕附著物少，以 及活洗容易。8:多種介質(zhì)換熱如果板式換熱器安裝有中間隔板，則一臺(tái)設(shè)備可以進(jìn)行三種或三種以上介質(zhì)的換熱。9:活洗方便板式換熱器的壓緊板卸掉后，即可松開(kāi)板束，卸下板片，進(jìn)行機(jī)械活洗。10:容易改變換熱面積或流程組合只需要增加（或減少）板片，即可達(dá)到需要增加（或減少）的換熱面積。2.2缺點(diǎn)1:工作壓力在2.5MPa以下板式換熱器是靠墊片進(jìn)行密封的，密封的周邊

10、很長(zhǎng)，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，所以目前板式換熱器的最高工作壓力僅為2.5MPa；單板面積在1擊以上時(shí)，其工作壓力往往低丁 2.5MP&2:工作溫度在250 C以下板式換熱器的工作溫度決定丁密封墊片能承受的溫度。用橡膠類彈性墊片時(shí)，最高工作溫 度在200C以下；用壓縮石棉絨墊片（Caf）時(shí)，最高工作溫度為250260C。3:不宜丁進(jìn)行易堵塞通道的介質(zhì)的換熱板式換熱器的板間通道很窄，一般為35mm當(dāng)換熱介質(zhì)中含有較大的固體顆?；蚶w維 物質(zhì)，就容易堵塞板間通道。對(duì)這種換熱場(chǎng)合，應(yīng)考慮在入口安裝過(guò)濾裝置，或采用再生 冷卻系統(tǒng)。2.3應(yīng)用板式換熱器早期只應(yīng)用丁

11、牛奶高溫滅菌、果汁加工、啤灑釀造等輕工業(yè)部門(mén)。隨著制造技術(shù)的提高，出現(xiàn)了耐腐蝕的板片材料和耐溫、 耐腐蝕的墊片材料，板片也逐漸大型化。 現(xiàn)代的板式換熱器廣泛地應(yīng)用丁各種工業(yè)中， 進(jìn)行液一液、氣一液、汽一液，換熱和蒸發(fā)、 冷凝等工藝過(guò)程。諸如：化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、冶金工業(yè)、石油工業(yè)、電站、核電站、海洋石油平臺(tái)、機(jī)械工業(yè)、污水處理、民用建筑工業(yè)等。第3章板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算熱力計(jì)算的目的在丁使所設(shè)計(jì)的換熱器在服從傳熱方程式的基礎(chǔ)撒謊能夠滿足熱負(fù) 荷所應(yīng)具有的換熱面積、傳熱系數(shù)、總傳熱系數(shù)、平均溫差等綜合方面的計(jì)算。3.1確定總傳熱系數(shù)的途徑在設(shè)計(jì)計(jì)算板式換熱器時(shí)，總傳熱系數(shù)的確定可通過(guò)兩條途徑

12、：（一）選用經(jīng)驗(yàn)公式有設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或從有關(guān)參考書(shū)籍、有關(guān)性能測(cè)定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，選用與工藝條件 相仿、設(shè)備類型類似的換熱器的總傳熱系數(shù)值作為設(shè)計(jì)依據(jù)。表3-1列出了一般情況下板式換熱器的總傳熱系數(shù)值。表3-1板式換熱器的經(jīng)驗(yàn)總傳熱系數(shù)K值物料水一水水蒸氣一油冷水一油油油氣一水K(W/m2. C)280046508709304005801753502858（二）計(jì)算確定在設(shè)計(jì)計(jì)算中，常常需要知道比較準(zhǔn)確的總傳熱系數(shù)值，這可以通過(guò)總傳熱系數(shù)的計(jì) 算確定。但由丁計(jì)算傳熱系數(shù)的公式有一定誤差及污垢熱阻也不容易準(zhǔn)確估計(jì)等原因，計(jì) 算得到的總傳熱系數(shù)值與實(shí)際情況也會(huì)有出入。3.2總傳熱系數(shù)的計(jì)算（一）由熱

13、阻關(guān)系求解在板式換熱器中，熱量從高溫物體傳向低溫物體的過(guò)程中，通常存在著五項(xiàng)熱阻：板 片熱側(cè)流體傳熱熱阻1/仇，污垢層熱阻Rsi,板片熱阻a/,入板片冷側(cè)流體傳熱熱阻1/a, 污垢層熱阻Rs2。它們之和即為總熱阻，總熱阻的倒數(shù)也就是總傳熱系數(shù)，故其計(jì)算式為：K=（£+RZ；+Rq+S）（二）由傳熱方程求解傳熱的基本方程式為Q=K t m由此可求得總傳熱系數(shù)K=Q/(AA tm)。1:換熱量Q的計(jì)算換熱量Q的計(jì)算可根據(jù)具體情況，分別在下列各式中選用:單相流體的吸、放熱Q=qmCp(t -t )或Q=qm(i -i )2：平均溫差 m的求解平均溫差m的求解通常采用修正逆流情況下對(duì)數(shù)平均溫

14、差 m的辦法，即先按逆流考慮再進(jìn)行修正: m=小 Aim按逆流考慮時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差為式中Atfax、Mmm 分別為逆流時(shí)端部溫差中的最大值和最小值。修正系數(shù)小隨冷、熱流體的相對(duì)流動(dòng)方向的不同組合而異，在申聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)時(shí)可 分別由圖2-4、圖2-5來(lái)確定：(也可以采用由Marriott實(shí)驗(yàn)求得的修正系數(shù)，見(jiàn)圖2-6)圖2-4串聯(lián)時(shí)，板式換熱器的溫差修正系數(shù)板式挽熱器愁力計(jì)算及分析圖(24 )板數(shù)板式換熱器熱方計(jì)尊及分析(S12-5 )圖2-6 NTU法板式換熱器的溫差修正系數(shù)如果流體的溫度沿傳熱面的變化不太大，例如當(dāng) 此心/加蕓2時(shí)，可采用算術(shù)平均 溫差代替對(duì)數(shù)平均溫差，即:采用上式計(jì)算出的平

15、均溫差與采用對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算的結(jié)果相比較，其誤差在二4%范 圍之內(nèi)，這在工程計(jì)算上是允許的。3：流體比熱容或傳熱系數(shù)變化時(shí)的平均溫差當(dāng)流體的比熱容不隨溫度變化時(shí)，流體溫度的變化與吸收或放出的熱量成正比，即成 線性關(guān)系當(dāng)流體的比熱容變化不大時(shí)，可取某一溫度時(shí)的比熱容作為平均比熱容。如果在設(shè)計(jì) 的溫度范圍內(nèi)，比熱容隨溫度的變化顯著（大丁 23倍），則用對(duì)數(shù)平均溫差的誤差很大, 應(yīng)改用積分平均溫差。4:換熱面積A的計(jì)算在板式換熱器的計(jì)算中，換熱面積A應(yīng)采用有效換熱面積（Ao為單板的有效換熱面積, Ae為總的有效換熱面積，Ne為總的有效傳熱板片數(shù)）Ae=NeAo3.3傳熱系數(shù)的計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)流體在板

16、式換熱器的通道中流動(dòng)時(shí)，在湍流條件下，通常用下面的關(guān)聯(lián)式計(jì)算流體沿整個(gè)流程的平均對(duì)流傳熱系數(shù)UfNuf = CRef Pr1在計(jì)算Re數(shù)值時(shí)，所米用的當(dāng)量直徑de應(yīng)該按下式計(jì)算4Afl d = e S式中As一通道截面積（m2）； S一參與傳熱的周邊長(zhǎng)（m）。在一般情況下，常用下式計(jì)算當(dāng)量直徑4Ab 4bdd. - < = 26* S 2b式中b一板間的通道寬度（m） ； S一板間距（m）。對(duì)丁某些特殊結(jié)構(gòu)的板式換熱器，板片兩側(cè)的通道截面積并不相同（稱為非對(duì)稱型結(jié) 構(gòu)），這是兩側(cè)的當(dāng)量直徑應(yīng)分別計(jì)算。3.4垢阻的確定投入運(yùn)行的板式換熱器都將因與流體的接觸而在板片上結(jié)垢。由丁垢層的導(dǎo)熱都比

17、較 差，所以污垢的形成即使其厚度很薄，也對(duì)傳熱會(huì)有較大的削弱，特別是在結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo) 致通道部分被堵塞的情況下將會(huì)使傳熱大大的惡化。為了衡量污垢對(duì)傳熱的影響，常用污 垢熱阻Rs或其倒數(shù)一污垢系數(shù) 免來(lái)度量，即Ss_ 1K %污垢熱阻的大小和流體種類、流體流速、運(yùn)行溫度、流道結(jié)構(gòu)、傳熱表面狀況、傳熱 面材料等多種因素有關(guān)。污垢在傳熱面上沉積速率一般都是先積垢較快，而后較慢，最后 趨向丁某一穩(wěn)定數(shù)。由丁板式換熱器中的高端流度、一方面可使污垢的聚集量減小，同時(shí)還起到?jīng)_刷活洗 作用，所以板式換熱器中垢層一般都比較薄。美國(guó)傳熱研究公司對(duì)水冷卻塔所用的板式和 管殼式換熱器結(jié)垢的實(shí)驗(yàn)研究表明，板式換熱器的污垢

18、熱阻不到管殼式的一半。板式換熱 器中的具體污垢熱阻值，詳見(jiàn)表 2-2所示：表2-2板式換熱器中的污垢熱阻值液體名稱污垢熱阻(m2. C /W)液體名稱污垢熱阻(m2. C /W)軟水或烝儲(chǔ)水0.000009機(jī)器夾套水0.000052城市用軟水0.000017潤(rùn)滑油水0.000009-0.000043城市用硬水（加熱時(shí)）0.000043植物油0.000007-0.000052處理過(guò)的冷卻水0.000034有機(jī)溶劑0.000009-0.000026沿海海水或港灣水0.000043水蒸氣0.000009大洋的海水0.000026工藝流體、一般流體0.000009-0.000052河水、運(yùn)河水0.00

19、0043第4章 計(jì)算類型及工程設(shè)計(jì)一般原則4.1計(jì)算的類型1：設(shè)計(jì)計(jì)算通常，兩側(cè)流體的流量及四個(gè)進(jìn)、出口溫度中的任意三個(gè)已給定，要求計(jì)算出在滿足 一定壓力限制條件下的有效傳熱面積與流程、通道排列組合方式。2:校核計(jì)算與設(shè)計(jì)計(jì)算相反，換熱面積以及流道布置都已經(jīng)已知的，而且冷、熱流體的流量以及 進(jìn)出口溫度也為已知值，要求核算在該通道布置方案下，流體出口溫度能否達(dá)到預(yù)定目標(biāo) 及壓力降是否滿足要求值。對(duì)丁上述的兩種不同類型的計(jì)算所依據(jù)的基本原理是完全一致的，但是他們?cè)谟?jì)算方 法或步驟上存在著很大的差別。事實(shí)上，在作某一換熱場(chǎng)合的工程設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往需要 兩種類型的計(jì)算均要用到。即先用設(shè)計(jì)計(jì)算算法求出換

20、熱面積與通道布置，再利用校核計(jì) 算程序核定這個(gè)面積與布置是否完成預(yù)定的換熱任務(wù)。4.2 工程設(shè)計(jì)、計(jì)算的一般原則在設(shè)計(jì)、計(jì)算一臺(tái)換熱器的時(shí)候，應(yīng)分析其設(shè)計(jì)壓力、涉及溫度、介質(zhì)特性、經(jīng)濟(jì)性 等因素，并和其他換熱器設(shè)備進(jìn)行一定程度上的比較（如：板式換熱器與管殼式換熱器的 一般比較）。確定采用板式換熱器后，具體的設(shè)計(jì)計(jì)算的原則為下面幾個(gè)方面：（一）選擇板片的波紋型式板片的波紋型式只要有人字形波紋和水平平直波紋兩種。人字形波紋板的承壓能力可 高丁 1.0MPa,水平平直波紋板片的承壓能力一般都在 1.0MPa左右；人字形波紋板片的傳 熱系數(shù)和流體阻力都高丁水平平直波紋板片。選擇板片的波紋型式，主要考慮

21、板式換熱器 的工作壓力、流體的壓力降和傳熱系數(shù)。如果工作壓力在1.6MPa以上，則別無(wú)選擇的要采用人字形波紋板片；如果工作壓力不高，乂特別要求阻力降低，則選用水平平直波紋板 片較好一些；如果由丁安裝位置所限，需要較高的換熱效率以減少換熱器占地面積，而阻 力降可以不受限制，則應(yīng)選用人字形波紋板片。（二）單板面積的選擇單板面積過(guò)小，則板式換熱器的板片數(shù)多，也使得占地面積增大，程數(shù)增多，導(dǎo)致阻 力降增大；反之，雖然占地面積和阻力降減小了，卻難以保證板間通道必要的流速。單板 面積可按流體流過(guò)角孔的速度為 6m/s左右考慮。按角孔中速度為6m/s時(shí)，則各種單板面 積組成的板式換熱器處理量見(jiàn)表 3-3。表

22、3-3單臺(tái)最大處理量參考值單板面積（宿）0.10.20.30.50.81.02.0角孔直徑（mm4050658080100125150175200200250400單臺(tái)取大流通能力（m/h）274271.413710317026438152067867810602500（三）流速的選取流體在板間的流速，影響換熱性能和流體的壓力降，流速高雖然換熱系數(shù)高，但是流 體的阻力降也增大；反之的情況則相反。一般板問(wèn)平均流速為0.20.8m/s （主流線上的流速要比平均值高45倍）。流速低丁 0.2m/s時(shí)流體就達(dá)不到湍流狀態(tài)且會(huì)形成較大的死角 區(qū)，流速過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致阻力降劇增。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以先確定一個(gè)流速

23、，計(jì)算其阻力降是 否在給定的范圍內(nèi)；也可按給定的壓力降求出流速的初選值。（四）流程的選取對(duì)丁一般對(duì)稱型流道的板式換熱器，兩流體的體積流量大致相當(dāng)時(shí)，應(yīng)盡可能按等程 布置；如果兩側(cè)流量相差懸殊時(shí)，則流量小的一側(cè)可采取多流程布置。相變板式換熱器的 相變一側(cè)一般均為單程。多程換熱器，除非特殊的需要，一般對(duì)同一流體在各程中應(yīng)采取 相同的流道數(shù)。在給定的總允許壓降下，多程布置使每一程對(duì)應(yīng)的允許壓降變小，迫使流速降低，對(duì)換熱不利。此外，不等程的多程布置是平均傳熱溫差減小的重要原因之一，應(yīng)盡可能避免。（近年來(lái)國(guó)產(chǎn)的板式換熱器出現(xiàn)了非對(duì)稱通道的板式換熱器，國(guó)外則采取“熱混合”的板片組合方式，即允許熱量一流量一

24、壓降三者之間的不匹配的問(wèn)題，同時(shí)節(jié)省換熱面積）（五）流體的選取單相換熱時(shí)，逆流具有最大的平均傳熱溫差。在一般換熱器的工程設(shè)計(jì)中都盡量把流 體布置為逆流。對(duì)板式換熱器來(lái)說(shuō)，要做到這一點(diǎn)，兩側(cè)必須為等程。若安排為不等程， 則順逆流需交替出現(xiàn)，此時(shí)的平均傳熱溫差將明顯小丁純逆流時(shí)。在相變換熱時(shí)順流布置與逆流布置平均溫差的區(qū)別比單相換熱時(shí)小，但由丁這時(shí)牙尖 大小與流向有密切關(guān)系，所以相對(duì)流向的選擇將主要考慮壓降因素，其次才是平均溫差。 其中要特別注意的是，有相變的流體除不宜采用多程外，還要求要從板片的上部進(jìn)，下部 出，以便排除冷凝液體。（六）并聯(lián)流道數(shù)的選取一程中并聯(lián)流道數(shù)的數(shù)目視給定流量及選取的流速

25、而定， 流速的高低受制丁允許壓降， 在可能的最大流速以內(nèi)，并聯(lián)流道數(shù)目取決丁流量的大小。（七）選擇半片材料根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性能來(lái)選擇板片的材料。國(guó)外制造板片的材料品種繁多，有較大的選 擇余地（見(jiàn)表1-4）。我國(guó)制造板片的材料主要有不銹鋼和鈦等，在選擇的耐腐蝕材料基礎(chǔ)上，在輔以增加板片厚度或防腐處理來(lái)延長(zhǎng)板片的使用壽命。(八) 墊片材料的選擇所選擇墊片的材料主要考慮耐溫和耐腐蝕兩個(gè)因素。(九) 其他1:板式換熱器一般不適用丁氣體的熱交換。2:進(jìn)行易爆、易燃介質(zhì)換熱的板式換熱器的設(shè)計(jì)壓力，至少要比介質(zhì)的工作壓力高出一個(gè)公稱級(jí)別以上。而墊片的耐溫、耐腐蝕性能必須可靠。3:進(jìn)行強(qiáng)腐蝕介質(zhì)(如：硫酸)換熱

26、的板式換熱器，其板束周圍宜設(shè)置一個(gè)防護(hù)罩。4:對(duì)雜質(zhì)較多的介質(zhì)進(jìn)行換熱時(shí)，介質(zhì)的進(jìn)口管道上最好設(shè)置過(guò)濾器，單程排列。此 外還應(yīng)盡可能選用通道間隙較大的板片。5:對(duì)工作壓力和工作溫度都較高的工況，可拆式板式換熱器無(wú)法適應(yīng)時(shí)，應(yīng)采用焊接式板式換熱器。第5章板式換熱器熱力計(jì)算實(shí)際應(yīng)用初始條件：(1) 高溫淡水進(jìn)口水溫為：83C；(2) 高溫淡水出口水溫為：60C；(3) 高溫冷卻淡水流量為：55nVh ;(4) 低溫淡水進(jìn)口水溫為：35C；(5) 低溫淡水出口水溫為：55C；(6) 允許最大壓力降：0.1Mpa；(7) 冷卻器結(jié)構(gòu)類型：板式換熱器。熱水的平均溫度為：(83+60)/2=71.5 C物

27、性參數(shù)為：密度；h = 976.9kg/ m3比熱容 Cph = 4.188kJ/(kg- K)運(yùn)動(dòng)粘度 vh = 0.408 X 10* m2/s熱導(dǎo)率-h = 0.669 W/(m K)普朗特?cái)?shù)Prh=2.50冷卻水的平均溫度為：(35+55) /2=45 C物性參數(shù)為：密度：c = 990.15kg/m3比熱容 Cpc = 4.174kJ/(kg- K)運(yùn)動(dòng)粘度 vc =0.607 X 10-6 m2/s c熱導(dǎo)率，c = 0. 642 W/(m K)普朗特?cái)?shù)Prc=3.93(1)計(jì)算熱負(fù)荷Q = RVhCph (垢-虹)=976.9 X 55- 3600X4.188 X (83-60)

28、= 1438KJ(2)計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差及冷卻水流量取修正系數(shù)W = 0.942 ,=中 史3 =0.942 X (83-55)-(60 -35) =24.9 Cln(Lt/_t2)ln(83 - 55) / (60 -35)根據(jù)熱負(fù)荷計(jì)算冷卻水流量：Gc=Q =1438 3600=62012kg/hCpc(tco-tci)4.174 (55 -35)(3) 初選產(chǎn)品型號(hào)及板型根據(jù)流量，取管問(wèn)流速v = 4m/s ,計(jì)算換熱器角孔通徑4Vhd=，3600兀、U55'，3600 兀 4=0.07m選用通用性較強(qiáng)的人字形波紋。初選型號(hào)為BR0.3的板式換熱器，單片面積As=0.27m2 ,通

29、徑為d=100mm當(dāng)量直徑為de=0.008m,流道截面積為f =1.26 x 10-3 m2,板 片厚度取a = 0.6mmo準(zhǔn)則方程為:Nuh =0.2288Rei°.6461 Prh°.3( 3700<Re<12000)Nuc =0.2288Re ；6461 Pr；4 ( 2600<Re<8000)-°.°3°2Euh =54R&(3700<Re<12000)重新計(jì)算管問(wèn)流速:Vc都在可接受的范圍內(nèi)。EucVh-0.1817=199Re c4Vh3600二d24Gcc(2600<Re<

30、;8000)4 55 2 =1.95m/s 3600 3.14 0.124 620122 2 =2.22m/s3600"二d23600 990.15 3.14 0.12(4)計(jì)算板間流速 2根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及BR0.3型板式換熱器的特性，預(yù)估換熱系數(shù) K0=3000 W/(m - K)。對(duì)一般人 字形波紋，可預(yù)估 K值為30003500 W/(mf - K)換熱面積估算為：1438 103 =18.1 m23000 26.5換熱板片數(shù)量為:A0AS18.1680.27預(yù)選流程組合為 空，校核板間流速:1 3455=；=0.36m / s3600fn 3600 1.26 1034Gc3600

31、 ；c fnc620123= 0.41m/s3600 990.15 1.26 1034(5)計(jì)算雷諾數(shù)Reh'hdeRec-h cde0.36 0.008 .百=70590.408 100.41 0.008 八 6 = 54040.607 10均在準(zhǔn)則方程適用范圍內(nèi)。(6) 計(jì)算努塞爾數(shù)Nuh =0.2288Reh°.6461 Pf3 =0.2288 70590.6461 2.50.3 =92Nuc =0.2288Rec°.6461 P/' =0.2288 54040.6461 3.930.4 =102(7) 計(jì)算傳熱系數(shù)NUh h92 0.6692 i八=7694W/ (m K)de0.008Nuc c 102 0.642de2= 8186W/(m2 .K) 0.008(8)計(jì)算總換熱系數(shù)取冷熱兩側(cè)污垢熱阻和為 R =0.52X10-4 m - K/W,K =10.6 10+16.876941'410.52 108186= 2943W/(