換熱器教學課件-10

1、2021-12-26 3.2 3.2 3.2 板式熱交換器板式熱交換器板式熱交換器板式熱交換器板式熱交換器板式熱交換器2021-12-263.2.13.2.13.2.1構造及原理構造及原理構造及原理構造及原理構造及原理構造及原理2021-12-261固定壓緊板2連接口3墊片4板片5活動壓緊板6下導桿7上導桿8夾緊螺栓9支柱 由多個帶有波紋的薄不銹鋼換熱片重疊壓緊形成的換熱器。2021-12-26 板板 式式 換換 熱熱 器器 的的 組組 成成2021-12-262021-12-26 板式換熱器由一組幾何結構相同的平行薄板疊加組成，兩相鄰平板之間用特殊設計的密封墊片隔開形成通道，冷熱流體相間地在

2、各自的通道動。為強化傳熱并增強薄板的剛度，在平板上壓出各種波紋。2021-12-26 換熱片與換熱片之間沿四周用橡膠圈密封，并保證兩片之間有一定的間隙。在每片的四個角上，各開一個孔口，借助環(huán)形橡膠圈的密封作用，使四個孔中的兩個孔與換熱片的一側孔口相通，另外兩個孔口與換熱片另一側的流道相通。換熱器工作時，冷熱流體沿換熱片的兩側流動，通過換熱片進行熱交換。2021-12-26板式換熱器工作原理示意圖板式換熱器工作原理示意圖2021-12-262021-12-26傳熱板片是板式熱交換器的關鍵元件。它的設計主要考慮兩方面因素:使流體在低速下發(fā)生強烈湍流，以強化傳熱;提高板片剛度，能耐較高的壓力。202

3、1-12-26 傳熱板片是用不銹鋼薄板沖壓而成。傳熱板片是用不銹鋼薄板沖壓而成。 傳熱板片的加工與安裝要求：傳熱板片的加工與安裝要求： 傳熱板片的厚傳熱板片的厚度一般為度一般為12mm，片與片之間的流道間隙為，片與片之間的流道間隙為210mm。這就決定了液層的厚度。這就決定了液層的厚度。 若安裝時不注意，在垂直方向產(chǎn)生相對位移，若安裝時不注意，在垂直方向產(chǎn)生相對位移，這樣可能會造成兩片接觸，或使縫隙變的很窄，這樣可能會造成兩片接觸，或使縫隙變的很窄，則流體無法通過，所以要求在安裝時各片在導桿則流體無法通過，所以要求在安裝時各片在導桿上的上的垂直位置垂直位置（上下位置），誤差（上下位置），誤差0

4、.20.25mm。2021-12-26 傳熱板片的波紋形式不同對傳熱及流動阻力有較大影響，為滿足不同傳熱場合的影響，現(xiàn)已研制出多種多樣的波紋板片。應用最廣的有人字形波紋板和水平平直波紋板。2021-12-26斜波紋片斜波紋片雙人字波紋片人字波紋片它的斷面形狀常為三角形，人字形之間夾角通常120度。2021-12-26 流體從板片一端的一個角孔流入，可從另一端同一側的角孔流出(稱之“單邊流”)，或另一端另一側的角孔流出(稱之“對角流”) 2021-12-26 根據(jù)各種板片的對比試驗表明。人字形波紋板片不僅剛性好，傳熱性能也較好。經(jīng)國內(nèi)改進的人字形板式熱交換器傳熱系數(shù)達7000W/m2)以上（水一

5、水，無垢阻)，壓力降也得到了改善。一般，人字形板的流阻較大，不適用于含顆?；蚶w維的流體。2021-12-26 圖中為一種斷面形狀為等腰三角形的水平平直波紋板 。它的傳熱和流體力學性能均較好，傳熱系數(shù)5800w/(m2 ) （水一水，無垢阻)。2021-12-26 不論何種板片，它們都具有以下共同部分:強化傳熱的凹凸形波紋;板片四周及角孔處的密封槽;流體進出孔(角孔，一般為圓形，大型冷凝器板片角孔常為三角形):懸掛用缺口 。2021-12-26作用：防止流體的外漏和兩流體之間內(nèi)漏。2021-12-26 它安裝于密封槽而且受著工作流體的侵蝕，對橡膠質(zhì)量的要求除了耐蝕、耐溫外，此外在多次拆裝后還要求

6、它具有良好的彈性。還要求其他物理性能滿足下列要求:根據(jù)使用壓力不同，硬度一般應在65一90邵氏硬度，壓縮永久變形量不大10%，抗拉強度8MPa，延伸率 200%。 要求2021-12-26 它包括固定與活動的壓緊板、壓緊螺栓。它用于將墊片壓緊，產(chǎn)生足夠密封力，使得熱交換器在工作時不發(fā)生泄漏，通過旋緊螺拴來產(chǎn)生壓緊力。2021-12-26適用于相變換熱(蒸發(fā)或冷凝)的板式熱交換器，全焊式、半焊式、非對稱型的板式熱交換器等。2021-12-262021-12-261）傳熱系數(shù)高：由于平板式換熱器中板面有波紋或溝槽，可在低雷諾數(shù)（Re=200左右）下即達到湍流。而且板片厚度又小，故傳熱系數(shù)大。例如水

7、對水的傳熱系數(shù)可達15004700W/（m2.）。2）結構緊湊：一般板間距為46mm，單位體積設備可提供的傳熱面為2501000m2/m3（列管式換熱器只有40150 m2/m3）。平板式換熱器的金屬消耗量可減少一半以上。板式換熱器的特點：板式換熱器的特點：2021-12-26 缺點： 密封周邊太長，滲漏的可能性大，承壓能力低（一般低于一般低于1500kPa，最高也，最高也不超過不超過2000kPa ），使用溫度受密封墊片材料耐熱性能的限制不易過高（一般一般對合成橡膠墊圈不超過對合成橡膠墊圈不超過130，壓縮石棉，壓縮石棉墊圈低于墊圈低于50 ），流道狹窄，易堵塞，處 理 量 小 ， 流 動

8、阻 力 大 。2021-12-261）流程組合）流程組合 為了滿足傳熱和壓力降的要求，對于板式熱交換器可進行多種流程和通道數(shù)的安排：流體的流動可以是串聯(lián)、并聯(lián)(這時形成純 逆流)和混聯(lián)2021-12-26并聯(lián)流程：并聯(lián)流程：流體分別流入平行的流道，然后匯成一股流至出口，總流體分別流入平行的流道，然后匯成一股流至出口，總的流向和單流隙中均為逆流。的流向和單流隙中均為逆流。 2021-12-262021-12-26并并 聯(lián)聯(lián) 流流 程程2021-12-26串聯(lián)流程：串聯(lián)流程： 流體在經(jīng)過每一垂直流道后，接著就改變方向，冷熱流體在經(jīng)過每一垂直流道后，接著就改變方向，冷熱兩流體的主體流向是逆流，但兩種

9、流體在相鄰流隙中有逆兩流體的主體流向是逆流，但兩種流體在相鄰流隙中有逆流也有并流。流也有并流。 2021-12-262021-12-26串串 聯(lián)聯(lián) 流流 程程2021-12-26混聯(lián)流程：混聯(lián)流程： 是串聯(lián)和并聯(lián)組合，冷熱兩流體的主體是逆流，流體是串聯(lián)和并聯(lián)組合，冷熱兩流體的主體是逆流，流體在同組的并聯(lián)板隙中流過，然后再流入另一組并聯(lián)的板隙，在同組的并聯(lián)板隙中流過，然后再流入另一組并聯(lián)的板隙，它既有組內(nèi)板隙間的并聯(lián)，也有組與組間的串聯(lián)。它既有組內(nèi)板隙間的并聯(lián)，也有組與組間的串聯(lián)。 2021-12-262021-12-26流程可以是單流程或多流程，兩流體的流程數(shù)可以相等或不相等。兩流體的流程中通

10、道數(shù)不一定要相等。2021-12-261122ii1122iiMN +MN +.+MNmnmn.+mn板式熱交換器內(nèi)流程與通道的配置方式常以下列數(shù)學形式表示：2021-12-26舉例其中橫線上方(1 X 4)表示甲流體為單流程、四通道，橫線下方(2 X 2)表示乙流體為兩流程、兩通道。流程板片組合2021-12-26通常板片四角都開孔，但在實現(xiàn)流程換向(即不是單流程)的板片上應有不開孔的情況，即存在“盲孔”。此外，在兩端的端片上也有盲孔。對于“單邊流”的板片，如果甲流體流經(jīng)的角孔位置全在熱交換器的左邊，則乙流體所流經(jīng)的角孔位置應在熱交換器的右邊。同理，“對角流”的板片，甲流體如流經(jīng)一個方向的對

11、角線的角孔位置，乙流體應流經(jīng)另一方向的對角線的角孔位置。2021-12-26傳熱計算的基本方程仍是傳熱方程式。其中的傳熱面積F，并不是工程上所應用的板片面積。傳熱面積應該是扣除不參與部分（板片的角孔及密封墊片等處）后板片的展開面積，即有效傳熱面積。2021-12-26根據(jù)文獻， 值的確定，在串聯(lián)和并聯(lián)時可用下圖2021-12-26混聯(lián)時可采用管殼式熱交換器的溫差校正系數(shù)。例如：Marriott J提出在兩側體積流量比為0.7-1及NTU值不超過11時的溫差修正系數(shù)圖。2021-12-26在已知兩側對流換熱系數(shù)及垢阻條件下，仍用以往常用的公式，即板式熱交換器由于流動中的湍動較大，故比較不易結垢，

12、其污垢熱阻要比一般的管殼式小。2021-12-262021-12-26 一般在無相變情況下板片兩側都將保持傳熱相似，所以a1及a2均可按同樣的公式計算，如傳熱不相似則需分別用各自的公式計算。2021-12-26 板式熱交換器放熱計算的基本公式形式與管內(nèi)或槽道內(nèi)的對流換熱計算公式相同，湍流換熱時為2021-12-26對牛頓型流體的層流換熱，可用Sieder-Tate型式的方程式，即在計算板式熱交換器流道內(nèi)流體的Re值時，所采用的當量直徑de可按下式計算: 注意：當板片兩側冷熱流體的流通截面不等時，應按其實際的流通截面A及熱周邊U來分別計算板片兩側流道的當量直徑2021-12-26 通常，國內(nèi)制造

13、廠家對于板式熱交換器的壓力降計算是以歐拉數(shù)Eu與雷諾數(shù)Re之間準則關系式給出的duEbRe系數(shù)b和指數(shù)d隨板式換熱器的具體結構而定，指數(shù)d應為負值。2021-12-26由于2uE = P/，可得到多程時壓降為：2d2uePmEbRm m為流程數(shù)， 為工質(zhì)在流道中的流速，m/s。2021-12-26如板片兩側的流通截面不等，則應按其實際的流通截面A及濕周邊U來分別計算兩側流道的當量直徑。2021-12-26 一般情況下，冷、熱流體的流量(或熱負荷)及冷、熱流體進出口溫度中的任意三個，兩流體的允許壓降等是已知的，板式熱交換器的設計應包括確定板型、板片尺寸、流程與通道數(shù)的組合、傳熱面積等。2021-12-26 在進行設計計算時，首先可選定一種板型和板片尺寸，然后選定所用的設計計算的方法，并編制相應的計算程序進行計算。 下面的圖為用對數(shù)平均溫差法時板式換熱器的計算程序框圖。2021-12-262021-12-26計算中應注意到，設所選用的單片傳熱面積為Fp，傳熱總面積為F，則所需傳熱板片數(shù)為由于兩塊端片是不參加熱