傳熱換熱器解析PPT課件

1、三、工業(yè)換熱器的類型三、工業(yè)換熱器的類型換熱器：用于熱量交換的設(shè)備。換熱器：用于熱量交換的設(shè)備。載熱體：參與換熱的兩種流體。載熱體：參與換熱的兩種流體。 熱載熱體（熱流體）：加熱劑（水蒸熱載熱體（熱流體）：加熱劑（水蒸載熱體載熱體 汽）汽） 冷載熱體（冷流體）：冷卻劑（水、冷冷載熱體（冷流體）：冷卻劑（水、冷 凍鹽水、空氣）凍鹽水、空氣）第1頁/共69頁 1.1.間壁式：冷熱流體通過間壁傳遞熱量；間壁式：冷熱流體通過間壁傳遞熱量； 特點：兩種流體不直接混合，保持原狀態(tài)；特點：兩種流體不直接混合，保持原狀態(tài)；2.2.混合式：冷熱兩種流體直接混合；混合式：冷熱兩種流體直接混合； 特點：傳熱速度快；

2、特點：傳熱速度快； 適用于：廢熱回收；適用于：廢熱回收；3.3.蓄熱式蓄熱式4.4.中間載熱體式換熱器：熱管；中間載熱體式換熱器：熱管；第2頁/共69頁第3頁/共69頁第4頁/共69頁第5頁/共69頁分類: 按用途：加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器、蒸發(fā)器 按傳熱特征 直接接觸式：冷、熱流體直接混合 蓄熱式： 4.6 換熱器間壁式：冷、熱兩流體由金屬壁隔開，不直接接觸冷流體熱流體熱流體冷流體 蓄熱式換熱器示意圖 第6頁/共69頁 1、夾套式換熱器、夾套式換熱器 結(jié)構(gòu)及用途：在容器外壁安裝夾套制成。主要用于反應(yīng)過程反應(yīng)過程的加熱或冷卻。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 缺點：傳熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)小。 為

3、提高傳熱系數(shù)，可在釜內(nèi)安裝攪拌器安裝攪拌器。 夾 套 式 換 熱 器加熱蒸汽釜冷凝水物料物料攪拌器第7頁/共69頁第8頁/共69頁2、沉浸式蛇管換熱器、沉浸式蛇管換熱器 結(jié)構(gòu)：這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應(yīng)的情況，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。 蛇 管 的 形 狀第9頁/共69頁 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。 缺點：由于容器體積比管子的體積大得多，因此管外流體的對流傳熱系數(shù)較小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。 第10頁/共69頁3、噴淋式換熱器、噴淋式換熱器 結(jié)構(gòu)：將蛇管成排地固定于鋼架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動，冷卻水由管上方的噴淋裝置中均勻淋下，故又稱噴淋式冷

4、卻器。直管水槽 噴 淋 式 冷 卻 器 優(yōu)點：傳熱推動力大，傳熱效果好，便于檢修和清洗 缺點：噴淋不易均勻第11頁/共69頁第12頁/共69頁4、套管式換熱器、套管式換熱器 優(yōu)點：進行熱交換時使一種流體在內(nèi)管流過，另一種則在套管間的環(huán)隙中通過。流速高，傳熱系數(shù)大，逆流流動，平均溫差最大，結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用方便。 外管內(nèi)管套 管 式 換 熱 器 結(jié)構(gòu)：將兩種直徑大小不同的直管裝成同心套管，并可用U形肘管把管段串聯(lián)起來，每一段直管稱作一程。 缺點：介質(zhì)流量較小，熱負荷不大。第13頁/共69頁第14頁/共69頁第15頁/共69頁5、列管式換熱器、列管式換熱器 列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，

5、是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，應(yīng)用廣泛。 優(yōu)點：單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。大型裝置中普遍采用。 常見的類型有：固定板式換熱器、U形管換熱器、浮頭式換熱器。第16頁/共69頁第17頁/共69頁第18頁/共69頁（1）列管式換熱器的結(jié)構(gòu)）列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程殼程。管束的壁面即為傳熱面。 管束結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意第19頁/共69頁 單程：單程： 流體在管內(nèi)每通過管束一次 一管程一管程 流體在管外

6、每通過殼體一次 一殼程一殼程 多程：多程： 多管程：封頭內(nèi)設(shè)置分程隔板，單管程多管程 多殼程： 相當(dāng)于單殼程串聯(lián)，傳熱面積增大單管程固定管板換熱器t1t2T1T2第20頁/共69頁雙管程固定管板換熱器單雙AA21ndAi24單LdnAA0單雙流通截面積：傳熱面積：管程數(shù)，流通截面積，管內(nèi)流速，i，可強化傳熱第21頁/共69頁單管程換熱器管、殼程流體流動第22頁/共69頁雙管程換熱器內(nèi)的流體流動第23頁/共69頁常用形式：弓形、圓盤形折流擋板折流擋板作用：提高殼程流體湍動程度( (Re100 湍流),),增大0 0，強化傳熱。沖刷沉積物，減小污垢熱阻；對殼體起支撐作用。代價：殼體阻力，系統(tǒng)動力消

7、耗第24頁/共69頁 弓形圓盤形第25頁/共69頁單殼程圓盤形折流板管殼式換熱器流體在殼內(nèi)的流動單殼程圓盤形折流板管殼式換熱器流體在殼內(nèi)的流動第26頁/共69頁（2） 分類及特點分類及特點 管、殼溫度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)t50時，管彎曲、斷裂或管板變形，為此，采用各種補償辦法消除或減小熱應(yīng)力。固定管板式 安裝膨脹節(jié)U形管式 本身具有補償能力浮頭式 本身具有補償能力根據(jù)所采取的溫差補償措施，列管式換熱器可分為：第27頁/共69頁a）固定管板式換熱器）固定管板式換熱器特點： 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，殼程不易機械清洗；適用： 殼程流體不易結(jié)垢或容易化學(xué)清洗，殼體與傳 熱管壁溫度之差小

8、于50 C，否則加膨脹節(jié)。單管程固定管板換熱器第28頁/共69頁帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器第29頁/共69頁第30頁/共69頁第31頁/共69頁第32頁/共69頁b）U形管換熱器形管換熱器特點：具有溫度補償作用，管程不易清洗。適用：可用于高溫高壓，適用于管程為潔凈而不易結(jié)垢的流體。結(jié)構(gòu):第33頁/共69頁U U型管換熱器內(nèi)的流體流動第34頁/共69頁 c）浮頭式換熱器）浮頭式換熱器 結(jié)構(gòu):第35頁/共69頁浮頭式換熱器特點：消除了溫差應(yīng)力、便于清洗和檢修；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 成本高，但應(yīng)用廣泛。第36頁/共69頁6、其他類型換熱器、其他類型換熱器（1）各種板式換熱器）各種板式換熱器優(yōu)點：傳熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)

9、緊湊、操作靈活性大、金屬材料消耗量低、加工容易、檢修清洗方便。缺點：允許操作壓力比較低、操作溫度不能太高、處理量不大。板式換熱器的板片和板面波紋形狀板式換熱器流向示意圖第37頁/共69頁螺旋板式換熱器 第38頁/共69頁（2）熱管換熱器）熱管換熱器新型傳熱元件熱 管優(yōu)點：傳熱能力大、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠適用：尤其適用于某些等溫性要求較高的場合第39頁/共69頁 二、二、 列管式換熱器的設(shè)計和選用列管式換熱器的設(shè)計和選用 要求：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計或選擇合適的換熱器 ( (計算傳熱面積，確定管、殼程數(shù)，管規(guī)格、管排布等） 1、列管式換熱器設(shè)計和選用應(yīng)考慮的問題、列管式換熱器設(shè)計和選用應(yīng)考慮

10、的問題 (1)選擇流程選擇流程 一般原則：不潔凈或易結(jié)垢的液體、腐蝕性流體 壓力高的流體 走管程走管程飽和蒸汽、流量小而粘度大的流體、對流傳熱系數(shù)大的流體、需要冷卻的流體走殼程走殼程第40頁/共69頁(2) 流速的選擇流速的選擇 流速影響對流傳熱系數(shù)和污垢熱阻的大小。 流速減小，流體中顆粒沉積，甚至堵塞管路 流速增大，流體阻力增大。 （表4-12、4-13） (3) 流動方式的選擇流動方式的選擇 對于同樣的進、出口條件，傳熱量相同， A逆A并 管程或殼程，對流傳熱系數(shù)，但同時流動阻力，tm ，應(yīng)權(quán)衡確定 (4) 換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管規(guī)格和排列的選擇 換熱管規(guī)格：等，5 . 238225

11、2195 . 225管子長度：1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m64DL一般情況下：第41頁/共69頁 (5) 折流擋板折流擋板管子在管板上的排列：擋板間距：一般取殼體內(nèi)徑的0.21.0倍正三角形排列正方形排列正三角形錯列擋板切除對流動的影響第42頁/共69頁2、流體通過換熱器時阻力的計算、流體通過換熱器時阻力的計算 （1）管程阻力）管程阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力計算式求得。piiNfppp)(21管程總阻力：221iiudlp每程直管阻力：2322iup每程回彎阻力：5 . 12194 . 15 . 225iitffF結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，3PiNp 說明：第43頁/共69頁（2）殼程阻

12、力）殼程阻力 對于殼程阻力的計算，由于流動狀態(tài)比較復(fù)雜，計算公式多，計算結(jié)果相差較大。埃索法：ssiposNFppp)(殼程總阻力：212oBTCoouNNFfp）（管束阻力：225 . 32oBpiuDBNp）（折流板缺口阻力：3)1(Bpo說明：表4-14 列管式換熱器允許的壓降范圍第44頁/共69頁3、管殼式換熱器設(shè)計和選用的計算步驟、管殼式換熱器設(shè)計和選用的計算步驟（1）初選換熱器的規(guī)格尺寸）初選換熱器的規(guī)格尺寸 初步選定換熱器的流動方式，保證溫差校正系數(shù)大于0.8，否則應(yīng)改變流動方式，重新計算。 計算熱流量Q及平均傳熱溫差tm，根據(jù)經(jīng)驗估計總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A估。 選取管程

13、適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長度及排列。 （2）計算管、殼程阻力）計算管、殼程阻力 計算管、殼程流速和阻力，判斷是否合理。 第45頁/共69頁（4）計算傳熱面積并求裕）計算傳熱面積并求裕度度 一般應(yīng)使所選用或設(shè)計的實際傳熱面積AP大于需要的傳熱面積A0 20%左右為宜， 即裕度為20%左右。裕度的計算式為：%10000AAAHP（3）核算總傳熱系數(shù)）核算總傳熱系數(shù) 求出總傳系數(shù)K計，并與估算時所取用的傳熱系數(shù)K估進行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。 第46頁/共69頁三、三、換熱器的傳熱強化途徑換熱器的傳熱強化途徑mtKAQ 強化方法：提高K、A或tm 目 的：傳熱

14、面積 ，使設(shè)備費用降低1、提高、提高K值值000000111smisiiiRddddRddK（1）降低污垢熱阻）降低污垢熱阻（2）提高對流傳熱系數(shù)）提高對流傳熱系數(shù) 若i 0，提高小( i)的一側(cè) 兩側(cè)相近，應(yīng)同時提高兩側(cè)流體的第47頁/共69頁 提高對流傳熱系數(shù)提高對流傳熱系數(shù)的方法的方法 無相變傳熱無相變傳熱 a）提高管內(nèi)流速提高管內(nèi)流速2 . 08 . 0iidCu2 . 08 . 0iiidu，8 . 00uKii，則如果npiiiCudd8 . 0023. 0缺點：缺點：流動阻力，動力消耗，操作費用 經(jīng)濟優(yōu)化：經(jīng)濟優(yōu)化：選擇適宜流速，使總費用最低優(yōu)點：優(yōu)點：總傳熱系數(shù)，傳熱面積，設(shè)備

15、投資費第48頁/共69頁流速非工藝物流：流量工藝物流：流通截面積 殼程：折流擋板數(shù)管程：單管程 雙(多)管程 b）制造人工粗造表面）制造人工粗造表面促進邊界層分離，減薄層流底層，強化傳熱c）加設(shè)擾流元件）加設(shè)擾流元件 管內(nèi)裝入麻花鐵、螺旋圈或金屬絲片；增強湍動，破壞層流底層。第49頁/共69頁 有相變傳熱有相變傳熱 冷凝 ：1）采用滴狀冷凝 2）及時排放不凝氣體 3）氣、液流向一致 4）合理布置冷凝面 5）利用表面張力 （溝槽 ，金屬絲） 沸騰： 1）保持核狀沸騰 2）制造人工表面，增加汽化核心數(shù) 2、提高傳熱推動力、提高傳熱推動力 限制：兩側(cè)均為工藝物流時，溫度不能任意改動 適用：一側(cè)為公用

16、工程物流(加熱蒸汽、冷凝水)時， 其進口溫度可調(diào)。第50頁/共69頁例：提高冷卻水用量 tc2， tm 提高加熱蒸氣壓力 P ，ts ， tm 蒸發(fā)、閃蒸P ，ts ， tm 3、增加傳熱面積、增加傳熱面積 改善傳熱表面，增加單位體積設(shè)備的傳熱面積 如采用：不同異形管 開槽及加翅片折流形式多孔、高效傳熱面第51頁/共69頁波紋管式傳熱管第52頁/共69頁縱向翅片管橫向翅片管螺旋槽紋管 縮放管 第53頁/共69頁翅 片 管 的 截 面第54頁/共69頁小結(jié) 1、理解列管式換熱器的結(jié)構(gòu)、特點、工藝計算及選型 2、了解其他類型換熱器的結(jié)構(gòu)和特點 3、理解強化傳熱的途徑第55頁/共69頁本章小結(jié)：第5

17、6頁/共69頁第57頁/共69頁熱輻射（了解）第58頁/共69頁傳熱復(fù)習(xí)題: 1.1.傳熱的基本方式為_._._._._。 2.2.工業(yè)上的換熱方法有_._._._._._._。 3.3.稱為_，其物理意義為_._. _，提高管內(nèi)值的有效方法_._.提高管外值的有效方法_。 4.4.傳熱一般采用逆流操作，但為_._._ 時采用并流操作。 5.5.用二種厚度相同的材料保溫時，往往把_ _ 的材料包在內(nèi) 層，以達到好的保溫效果。 6.6.金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大都隨其純度的增加而_，隨其溫度的升高_。 7.7.對流傳熱的熱阻主要集中在_,_,因_強化對流傳熱的重要途徑。 8.8.一熱流體將熱量通過壁面?zhèn)鹘o

18、冷流體的過程是_ _._._._. 9.9.固定管板式列管式換熱器中，壓力高、腐蝕性以及不清潔的物料應(yīng)走_程。 10.10.一根暴露在外的熱管子以_._._散發(fā)熱量。一.填空題第59頁/共69頁11.11.式中兩個準數(shù)=_=_，Pr=_. Pr=_. 若液體被冷卻時n=_n=_。12.12.在平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程中，通過三層厚度相同的材料，三層間的溫度差變化 是依次降低，則三層材料的導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序_。13.13.沸騰傳熱可分為三個區(qū)域，它們是_、_、_ _ 。應(yīng)維持在_區(qū)內(nèi)操作。14.14.用飽和蒸汽加熱水，經(jīng)過一段時間后，發(fā)現(xiàn)傳熱阻力迅速加大，這可能是由于_所引起的。15.15.溫度差損失

19、包括_、_、_。16 .16 .牛頓冷卻定律表達式：_。 第60頁/共69頁二.選擇題 1.1.傳熱過程中當(dāng)兩側(cè)流體的對流傳熱系數(shù)都較大時，影響傳熱過程的將是 （ ）。 A A、管壁熱阻； B B、管內(nèi)對流傳熱熱阻； C C、污垢熱阻； D D、管外對流傳熱熱阻； 2.2.下述措施中對提高換熱器殼程對流傳熱系數(shù)有效的是（ ）。 A A、設(shè)置折流擋板； B B、增大板間距； C C、增加管程數(shù)； D D、增加管內(nèi)流體的流速； 3.3.在確定換熱介質(zhì)的流程時，通常走管程的有（ ），走殼程的有（ ）。 A A、高壓流體； B B、蒸汽； C C、易結(jié)垢的流體； D D、腐蝕性流體； E E、粘度大的

20、流體； F F、被冷卻的流體；第61頁/共69頁 4.4.采用多管程換熱器，雖然能提高管內(nèi)流體的流速，增大其對流傳熱系數(shù)，但同時地導(dǎo)致（ ）。 A A、管內(nèi)易結(jié)垢； B B、殼程流體流速過低； C C、平均溫差下降； D D、管內(nèi)流動阻力增大； 5.5.增大換熱器傳熱面積的辦法有（ ）。 A A、選用粗管排列； B B、選用翅片管； C C、增加管程數(shù)； D D、增加殼程數(shù)； 6.6.關(guān)于傳熱系數(shù)K K下述說法中錯誤的是（ ）。 A.A.傳熱過程中總傳熱系數(shù)K K實際上是個平均值； B.B.總傳熱系數(shù)K K隨著所取的傳熱面不同而異； C.C.總傳熱系數(shù)K K可用來表示傳熱過程的強弱，與冷熱流體

21、的物性無關(guān)； D.D.要提高K K值，應(yīng)從降低最大熱阻著手；第62頁/共69頁7.7.一般條件下, ,下列物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)最大的是（ ）。 A A、金屬固體 B B、非金屬固體 C C、液體 D D、氣體8.8.下列說法不正確的是（ ）。A A、由物體本身分子、原子或電子的微觀運動使熱量發(fā)生傳遞的過程稱為熱傳導(dǎo)B B、除分子運動之外，流體質(zhì)點也發(fā)生相對的隨機運動，產(chǎn)生碰撞與混合，由此引起熱量傳遞的過程稱為對流C C、任何物體，只要其溫度在絕對零度以上，都能隨溫度的不同以一定范圍波長的電磁波的形式發(fā)射能量D D、傳熱過程中，熱量都是以一種基本傳熱方式單獨完成傳遞第63頁/共69頁 9.9.下列物質(zhì)在

22、常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)最小的是（ ） A A、鋁 B B、石棉 C C、水 D D、空氣10.10.流體的平均導(dǎo)熱系數(shù)入的單位是( )( ) A A、W/m BW/m B、W CW C、W/(m oC) CW/(m oC) C、W/oCW/oC11.11.圓形直管內(nèi)強制湍流的傳熱系數(shù)計算式為（ ）A A、a=0.36a=0.36入/de (deuo/)0.55/de (deuo/)0.55（Cp/Cp/）1/31/3（/w/w）0.140.14B B、a=0.023/d (du/)0.8(Cp/)na=0.023/d (du/)0.8(Cp/)nC C、 Nu=1.86(ReNu=1.86(RePrPrd/l)1/3d/l)