第四傳熱第5節(jié)

1、O返回 2021-5-4 一、換熱器一、換熱器(傳熱設(shè)備統(tǒng)稱傳熱設(shè)備統(tǒng)稱)的分類：的分類： 按換熱方式分類：按換熱方式分類： 1) 1)直接接觸式：直接接觸式： 冷熱流體直接冷熱流體直接 接觸換熱接觸換熱 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 3) 3)間接式換熱器：間接式換熱器： 冷熱流體在固體壁隔冷熱流體在固體壁隔 兩側(cè)進(jìn)行換熱。兩側(cè)進(jìn)行換熱。 2) 2)蓄熱式蓄熱式 換熱器換熱器： O返回 2021-5-4 間壁式換熱器：間壁式換熱器：冷、熱流體不混合，在換熱器壁兩側(cè)冷、熱流體不混合，在換熱器壁兩側(cè) 換熱。換熱。( (工業(yè)上應(yīng)用此類型換熱器居多，為重點(diǎn)內(nèi)容工業(yè)上應(yīng)用此類型換

2、熱器居多，為重點(diǎn)內(nèi)容) ) 1、夾套式換熱器、夾套式換熱器 反應(yīng)釜外加夾套，反應(yīng)釜外加夾套， 夾套中可以用蒸汽加熱。夾套中可以用蒸汽加熱。 例：保溫式反應(yīng)器等。例：保溫式反應(yīng)器等。 設(shè)反應(yīng)釜的加熱面積為設(shè)反應(yīng)釜的加熱面積為 S S，則則S/VS/V較小，但很適用。較小，但很適用。 二、間壁式換熱器的分類：二、間壁式換熱器的分類： O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 2、噴林式換熱器、噴林式換熱器 O返回 2021-5-4 3、沉浸式蛇管換熱器：、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。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。例：發(fā)酵罐

3、中的蛇管等。 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 4、套管式換熱器：、套管式換熱器： 直徑不等的兩根管套在直徑不等的兩根管套在 一起。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，一起。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單， 可嚴(yán)格的逆流；可調(diào)節(jié)流可嚴(yán)格的逆流；可調(diào)節(jié)流 速；可根據(jù)需求放幾節(jié)套管。速；可根據(jù)需求放幾節(jié)套管。 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 5、列管式換熱器、列管式換熱器管殼式換熱器：管殼式換熱器： n n根管束并聯(lián)的形式。此類換熱器最多。根管束并聯(lián)的形式。此類換熱器最多。( (重點(diǎn)重點(diǎn)) ) O返回 2021-5-4 分類分類 固定管板式固定

4、管板式 浮頭式浮頭式 O返回 2021-5-4 固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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花板之間，兩個花板也被固定。用焊接法將列管固定在兩個花板之間，兩個花板也被固定。 因此花板間的距離固定不變。因此花板間的距離固定不變。 O返回 2021-5-4 浮頭式換熱器與固定管板式結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別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；殼分開； 便于清洗等。便于清洗等。 O返回 2021-5-4 兩種列管式換熱器結(jié)構(gòu)的特征共性：兩種列管式換熱器結(jié)構(gòu)的特征共性

5、： 有兩個空間：有兩個空間：平行排列的細(xì)管內(nèi)稱為管程平行排列的細(xì)管內(nèi)稱為管程( (管內(nèi)管內(nèi)) )，流體均，流體均 勻地分配在每根管內(nèi)勻地分配在每根管內(nèi); ;管與管之間稱為殼程管與管之間稱為殼程, , 冷、熱兩種流體間壁式流動。冷、熱兩種流體間壁式流動。 管內(nèi)流體在管內(nèi)流動，流經(jīng)分配室，在封頭兩側(cè)進(jìn)、出口。管內(nèi)流體在管內(nèi)流動，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，流體在管間流動。殼程流體在管外流動，流體在管間流動。 O返回 2021-5-4 例：管程例：管程當(dāng)流體條件一定時，流體的流速當(dāng)流體條件一定時，流體的流速uu，則，則 ； 進(jìn)一步進(jìn)一步K ,Q K ,Q 。 問題：問題：當(dāng)

6、生產(chǎn)任務(wù)（即體積流量當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)（即體積流量V Vs s）一定，如何提高一定，如何提高u?u? 討論：討論：列管式列管式( (管板式管板式) )換熱器的換熱速率換熱器的換熱速率 Q=KSt Q=KStm m, ,其中其中S S、ttm m為定值為定值( (因工藝條件一定因工藝條件一定) )； 問題問題如何提高傳熱速率如何提高傳熱速率Q Q？ 實(shí)質(zhì)是如何提高實(shí)質(zhì)是如何提高K K值的問題。值的問題。 對于無相變的流體應(yīng)提高換熱器壁兩側(cè)的對于無相變的流體應(yīng)提高換熱器壁兩側(cè)的 1 1、 2 2的問題。的問題。 單管程單管程管內(nèi)流體流體流經(jīng)一個管長。管內(nèi)流體流體流經(jīng)一個管長。 管程如何提高流速管程如何提高

7、流速u u？ nd V u S V ss 2 4 截 式中：式中： V Vs s、d d、n n都為都為 固定值，似乎固定值，似乎u u值不能值不能 變了。變了。 O返回 2021-5-4 單雙單 加一個隔板（無隔板）u n d V u nd V u ss 2 244 22 三管程三管程兩側(cè)各放置一隔板，使流體流經(jīng)三個管長兩側(cè)各放置一隔板，使流體流經(jīng)三個管長。 單 uu3 3 m 管程的數(shù)目管程的數(shù)目 單 muu m 依此類推依此類推:有隔板的換熱器，在流量有隔板的換熱器，在流量VsVs不變的前題下，其管內(nèi)不變的前題下，其管內(nèi) 的流速提高了。的流速提高了。 雙管程雙管程換熱器的一側(cè)放置隔板，使

8、管內(nèi)流體流經(jīng)兩個管長；換熱器的一側(cè)放置隔板，使管內(nèi)流體流經(jīng)兩個管長； 稱為雙管程稱為雙管程; ;管速為單管程的管速為單管程的2 2倍。倍。 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 問題：殼程的流速如何提高？問題：殼程的流速如何提高？ 方法方法1) 1)單殼程單殼程雙殼程。雙殼程。 方法方法2) 2)放置圓缺擋板，放置圓缺擋板， 加強(qiáng)殼程流體的湍加強(qiáng)殼程流體的湍 動程度動程度, ,則提高則提高 。 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 根據(jù)工藝條件要求及換熱流體的性質(zhì)，對換熱器的速率：根據(jù)工藝條件要求及換熱流體的性質(zhì)，對換熱器的速率： Q=KS

9、Q=KStm m，對具體換熱過程，可以設(shè)計(jì)換熱器，也可以選用換對具體換熱過程，可以設(shè)計(jì)換熱器，也可以選用換 熱器（通用設(shè)備）。熱器（通用設(shè)備）。 換熱器涉及的計(jì)算：換熱器涉及的計(jì)算： 第一個問題：流體流動空間的選擇。選擇的基本原則：第一個問題：流體流動空間的選擇。選擇的基本原則： 走管程的流體一般為：走管程的流體一般為： 1 1) )不清潔的流體，易結(jié)垢的流體走管程不清潔的流體，易結(jié)垢的流體走管程( (因易清洗因易清洗) )。 2 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。覆蓋層也比較方便，并

10、容易檢查。 3) 3)壓強(qiáng)較高的流體走管程；降低殼體受壓壓強(qiáng)較高的流體走管程；降低殼體受壓。 4 4) )有毒流體走管內(nèi)（管程），避免泄漏機(jī)會增多；有毒流體走管內(nèi)（管程），避免泄漏機(jī)會增多； 5) 5)與外界溫差大的流體應(yīng)走管內(nèi)與外界溫差大的流體應(yīng)走管內(nèi)( (管程管程) )。因?yàn)榭梢詼p少熱損失。因?yàn)榭梢詼p少熱損失。 O返回 2021-5-4 進(jìn)入管間進(jìn)入管間(殼程殼程)的流體一般為：的流體一般為： 1 1) )飽和蒸汽一定走管間飽和蒸汽一定走管間殼程（管間、管外）；殼程（管間、管外）； 因?yàn)椋豪淠着懦觯灰驗(yàn)椋豪淠着懦觯?蒸汽干凈；蒸汽干凈；飽和蒸汽的飽和蒸汽的 較大，無需用提高流速增大

11、較大，無需用提高流速增大; ; 飽和蒸汽的飽和蒸汽的 較大，走殼程蒸汽與殼體和列管都接觸，因此，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?。划a(chǎn)生的熱應(yīng)力??； 2 2) )被冷卻的流體走管間；便于散熱；同時減少了載熱體的用量。被冷卻的流體走管間；便于散熱；同時減少了載熱體的用量。 3 3) )黏度較大的液體易走管間；因管間的流動截面和方向都在不黏度較大的液體易走管間；因管間的流動截面和方向都在不 斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)的大。斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)的大。 4 4) )溫差變化較大及對流傳熱系數(shù)較大的流體移走管間。因管間溫差變化較大及對流傳熱系數(shù)較

12、大的流體移走管間。因管間 的流動截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱的流動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。系數(shù)比管內(nèi)的大。 O返回 2021-5-4 第二個問題：第二個問題：流體流速的選擇流體流速的選擇 增加流體在換熱器中的流速，可以增大對流傳熱系數(shù)增加流體在換熱器中的流速，可以增大對流傳熱系數(shù) ，進(jìn)一步增大總傳熱系數(shù)進(jìn)一步增大總傳熱系數(shù)K K，則換熱器的換熱速率則換熱器的換熱速率Q Q增增 大；同時可以減少管壁上的污垢，即減少了傳熱的熱阻。大；同時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阻力，但是，流體流速

13、增大后，便增大了流體的流動阻力， 增大動力的消耗。因此應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算后，選擇適宜的流增大動力的消耗。因此應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算后，選擇適宜的流 速。速。 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可選擇：經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可選擇： 一般流體：一般流體：1) 1)管程：管程：0.530.53m/sm/s；2) 2)殼程：殼程：0.21.50.21.5m/sm/s； 易結(jié)垢流體易結(jié)垢流體:1):1)管程管程:1:1m/sm/s；2) 2)殼程：殼程：0.50.5m/sm/s； 氣體：氣體： 1) 1)管程管程:5030:5030m/sm/s； 2) 2)殼程：殼程：315315m/sm/s O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回

14、 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 3、翅板式換熱器、翅板式換熱器 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 O返回 2021-5-4 /55 351280 38 5 .3645 380015. 0 58 1 1 11 1 2 00 0 CmW d d d db K im 水 卻 / 5 .1038 351280 38 5 . 3645 380015 . 0 8720

15、1 1 11 1 2 00 0 CmW d d d db K im 水 凝 ， 冷卻 1 . 9 5 15 ln 515 151530 255305 12 2 m t CtT tt O返回 2021-5-4 )( )(? 2222 22222 ttcmQ ttcmQtt ps psm 冷凝： 冷卻： 凝 卻冷凝 解得： 凝 卻 5 .26, 63500 10000 1525 25 2 2 12 22 t t tt tt Q Q 冷卻 5 .74 5 5 .68 ln 55 .68 m t 5 . 7 3 .2455 10000 2 m tK Q A m 卻卻 卻 卻 72. 6 1 . 95

16、.1038 63500 2 m tK Q A m 凝凝 凝 凝 O返回 2021-5-4 6 .1456. 604. 8 凝卻總 SSS 04. 856. 6 2 .513 .1063 1000063500) 1 ( 卻凝 卻凝 卻凝 結(jié)論： AA KK QQ 結(jié)論：結(jié)論：(1)(1)Q Q凝 凝=63500 =63500Q Q卻 卻=10000 =10000； K K凝 凝=1603.3 =1603.3K K卻 卻=51.2 =51.2 A A凝 凝=6.56 =6.56A A卻 卻=8.04 =8.04 (2)(2)溫升溫升: :t:tt:t凝凝=25-15=10=25-15=10， t t卻卻=26.5-25=1.5=26.5-25=1.5 所以：不用過熱蒸所以：不用過熱蒸 汽做加熱介質(zhì)，而汽做加熱介質(zhì)，而 用飽和蒸汽冷凝。用飽和蒸汽冷凝。 O返回 2021-5-4 2、已知換熱器面積已知換熱器面積A=3mA=3m2 2，用表壓，用表壓2kgf/cm2kgf/cm2 2飽和蒸飽和蒸 汽在管外加熱管內(nèi)的水汽在管外加熱管內(nèi)的水, ,水流量為水流量為4000kg/h,4000kg/h,從從2020加加 熱到熱到8080；列管為；列管為 25252.5mm2.5mm。求：。求： (1) (1) 加熱蒸汽耗用量；加熱蒸汽耗用量； (2)(2)