板式換熱器熱力計(jì)算及分析整合

1、第一章概論綜述板式換熱器開展簡史目前板式換熱器已成為高效、緊湊的熱交換設(shè)備,大量地應(yīng)用于工業(yè)中.它 的開展已有一百多年的歷史.德國在1878年創(chuàng)造了板式換熱器,并獲得專利,到1886年,由法國首次設(shè) 計(jì)出溝道板板式換熱器,并在葡萄酒生產(chǎn)中用于滅菌.APV公司白在1923年成功地設(shè)計(jì)了可以成批生產(chǎn)的板式換熱器,開始時(shí)是運(yùn)用很多鑄造青銅板片組合在 一起,很像板框式壓濾機(jī).1930年以后,才有不銹鋼或銅薄板壓制的波紋板片 板式換熱器,板片四周用墊片密封,從此板式換熱器的板片,由溝道板的形式跨 入了現(xiàn)代用薄板壓制的波紋板形式,為板式換熱器的開展奠定了根底.與此同時(shí),流體力學(xué)與傳熱學(xué)的開展對(duì)板式換熱器的

2、開展做出了重要的貢獻(xiàn),也是板式換熱器設(shè)計(jì)開發(fā)最重要的技術(shù)理論依據(jù).如：19世紀(jì)末到20世紀(jì)初,雷諾(Reynolds)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了層流和紊流的客觀存在,提出了雷諾數(shù)一一 為流動(dòng)阻力和損失奠定了根底.止匕外,在流體、傳熱方面有杰出奉獻(xiàn)的學(xué)者還有 瑞利(Reyleigh )、普朗特(Prandtl )、庫塔(Kutta )、儒可夫斯基(爾ykobck h錢學(xué)森、周培源、吳仲華等.通過廣泛的應(yīng)用與實(shí)踐,人們加深了對(duì)板式換熱器優(yōu)越性的熟悉,隨著應(yīng)用 領(lǐng)域的擴(kuò)大和制造技術(shù)的進(jìn)步,使板式換熱器的開展加快,目前已成為很重要的 換熱設(shè)備.近幾十年來,板式換熱器的技術(shù)開展,可以歸納為以下幾個(gè)方面.1:研究高效的

3、波紋板片.初期的板片是銃制的溝道板,至三四十年代,才 用薄金屬板壓制成波紋板,相繼出現(xiàn)水平平直波紋、階梯形波紋、人字形波紋等 形式繁多的波紋片.同一種形式的波紋,又對(duì)其波紋的斷面尺寸一一波紋的高度、 節(jié)距、圓角等進(jìn)行大量的研究,同時(shí)也開展了一些特殊用途的板片.2:研究適用于腐蝕介質(zhì)的板片、墊片材料及涂(鍍)層.3:研究提升使用壓力和使用溫度.4:開展大型板式換熱器.5:研究板式換熱器的傳熱和流體阻力.6:研究板式換熱器提升換熱綜合效率的可能途徑.我國設(shè)計(jì)制造應(yīng)用情況我國板式換熱器的研究、設(shè)計(jì)、制造,開始于六十年代.1965年,蘭州石油化工機(jī)器廠根據(jù)一些資料設(shè)計(jì)、制造了單板換熱器面積 為的水平平

4、直波紋板片的板式換熱器,這是我國首家生產(chǎn)的板式換熱器,供造紙 廠、維尼綸廠等使用.八十年代初期,該廠又引進(jìn)了公司的板式換熱器制造技術(shù), 增加了板式換熱器的品種.1967年,蘭州石油機(jī)械研究所對(duì)板片的六種波紋型式作了比照試驗(yàn),肯定 了人字形波紋的優(yōu)點(diǎn),并于1971年制造了我國第一臺(tái)人字形波紋板片單板換 熱面積為的板式換熱器,這對(duì)于我國板式換熱器采用波紋型式的決策起了重要 的作用.1983年,蘭州石油機(jī)械研究所組織了板式換熱器技術(shù)交流會(huì),對(duì)板片 的制造材料、板片波紋型式、單片換熱面積、板式換熱器的應(yīng)用等方面進(jìn)行了討 論,促進(jìn)了我國板式換熱器的開展.國家石油鉆采煉化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)測中央還對(duì)板 式換熱器的

5、性能進(jìn)行了大量的測定.清華大學(xué)于八十年代初期,對(duì)板式換熱器的換熱、流體阻力和優(yōu)化等方面進(jìn) 行了理論研究,認(rèn)為板式換熱器的換熱,以板間橫向繞流作為換熱物理模型, 該 校還對(duì)板式換熱器的熱工性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及板式換熱器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行了 研究.近幾十年來,他們還作了大量的國產(chǎn)板片的性能測定.河北工學(xué)院就板式換熱器的流體阻力問題進(jìn)行了研究,認(rèn)為只有當(dāng)板片兩側(cè)的壓差相等或壓差很小時(shí),板片以自身的剛性使板間距保持在設(shè)計(jì)值上, 否那么板 片會(huì)發(fā)生變形,致使板間距發(fā)生變化,出現(xiàn)受壓通道和擴(kuò)張通道.其次,他們把 板式換熱器的流體阻力分解為板間流道阻力和角孔道阻力包括進(jìn)、出口管進(jìn)行整理,得到一種新的流體阻力計(jì)算

6、公式.天津大學(xué)對(duì)板式換熱器的兩相流換熱及其流體主力計(jì)算進(jìn)行了大量的研究, 得出考慮因素比擬全面的換熱計(jì)算公式.近年來,研制了非對(duì)稱型的板式換熱器, 進(jìn)行了國產(chǎn)板式換熱器的性能測定及優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作.華南理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等高等院校和科研單位,也對(duì)板式換熱器的換 熱、流體阻力理論或工程應(yīng)用方面作了很多有益的工作.進(jìn)入二十一世紀(jì)以來,我過的板式換熱器研究取得了長足的進(jìn)步,在借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),也逐漸形成了自己的一套設(shè)計(jì)開發(fā)模式, 與世界領(lǐng)先技術(shù)的 差距進(jìn)一步縮小.我國板式換熱器的制造廠家有四五十家、年產(chǎn)各種板式換熱器 數(shù)千臺(tái)計(jì),但是我國的板式換熱器的應(yīng)用遠(yuǎn)不及國外, 這與人們對(duì)板式換熱器的

7、了解程度、使用習(xí)慣以及國內(nèi)產(chǎn)品的水平有關(guān). 七十年代,板式換熱器主要應(yīng)用 于食品、輕工、機(jī)械等部門；八十年代也僅僅是應(yīng)用到民用建筑的集中供熱；八 十年代中期開始,在化工工藝流程中較苛刻的場合也出現(xiàn)了板式換熱器的身影. 由于人們對(duì)板式換熱器工作原理、 熱力計(jì)算、校驗(yàn)等不熟悉的原因,使得板式換 熱器在開發(fā)到應(yīng)用的時(shí)間跨度上,花費(fèi)了較多的時(shí)間.國外著名廠家及其產(chǎn)品現(xiàn)在,世界上各工業(yè)興旺國家都制造板式換熱器,其產(chǎn)品銷往世界各地.最著名的廠家有英國 APS司、瑞典ALFA-LAVA公司、德國GE心司、美國OMEXEL 公司、日本日阪制作所等.一：英國APV司.APV公司的Richard Seligman

8、 博士于1923年就成 功設(shè)計(jì)了第一臺(tái)工業(yè)性的板式換熱器. 其在國外有20個(gè)聯(lián)合公司,普及美、德、 法、日、意、加等國.Seligman設(shè)計(jì)的板式換熱器板片為塞里格曼溝道板.三 十年代后期,英國人Goodma提出的階梯形斷面的平直波紋,性能并不十分優(yōu)越. 目前APV公司生產(chǎn)的板式換熱器稱為 Paraflow ,其波紋多屬人字形波紋,最大 單板換熱面積為,單臺(tái)換熱器最大流量為2500m3/h.換熱器最高使用溫度為260C、最大使用壓力為、最大的單臺(tái)換熱面積為1600m2 APV公司換熱器產(chǎn)品情況如表1-1:表1-1 APV公司主要的板式換熱器板式換熱器型號(hào)最高工作壓力(MPa)單板換熱面積(m2

9、)半片外型尺寸長X寬(mm X mm)單臺(tái)最多板 片數(shù)長管尺寸(mmSR1570X21015038HMB1114X31818751SR351152X39241475R401150X445409102,127,152R551156X416362102R561156X416350102R1061984X712427300R2352739X1107729400板式換熱器型號(hào)最高工作壓力(MPa)單板換熱面積(m2)半片外型尺寸長X寬(mm X mm)單臺(tái)最多板 片數(shù)長管尺寸(mm表1-1續(xù)(二)：ALFA-LAVA公司.ALFA-LAVA公司制造的板式換熱器,具銷售遍布99個(gè)國家,從該公司于1930

10、年生產(chǎn)的第一臺(tái)板式巴氏滅菌器開始,已有 60多 年的歷史.公司在1960年就采用了人字形波紋板片；1970年開展了釘焊板式換熱器；1980年對(duì)葉片的邊緣做了改造,以增強(qiáng)抗壓水平.該公司的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品性 能：最高工作壓力；最高工作溫度 250C；最大單臺(tái)流量3600島h;總傳熱系數(shù) 35007500W/每臺(tái)換熱面積2200吊；最大接管尺寸450mm(三)：GEA AHLBORN司.該公司現(xiàn)有 Free-Flow 和Vahtherm 兩個(gè)系列 產(chǎn)品.前者抗壓水平差,后者為人字形波紋片. Free-Flow為弧形波紋板片,其 結(jié)構(gòu)特殊,板片的斷面是弧狀,而且分割成幾個(gè)獨(dú)立的流道,相鄰兩板波紋之間無支點(diǎn),

11、靠分割流道的墊片作支撐,以抗壓力差.顯而易見,這種板片的承壓能力較低.Vahtherm為人字形波紋板片,一般情況下,同一外形尺寸和墊片中央線位置的板片,有縱向人字形和橫向人字形兩種形式.GEA AHLBOR的板式換熱器技術(shù)特性如表1-2:表1-2 GEA AHLBORN公司主要板式換熱器技術(shù)特性型號(hào)板片最局工作壓力(MPa)最局工作溫 度(C)取大流量3(m /h)波紋型式外形尺寸長x寬(mm)單板換熱面積(吊)Free-Flow157一列弧形670X250一一5159二列弧形1065X330一一15161三列弧形一一一30Varitherm4P縱人字形510X1282601510縱人字形78

12、1X2132503520縱/橫人字形992X33625010040縱/橫人字形1392X424250220402縱/橫人字形654X424250220405縱/橫人字形1091X42425022080縱/橫人字形1754X610250500805縱/橫人字形1194X610250500130縱/橫人字形2195X81025015001306縱/橫人字形1635X81025015001309縱/橫人字形2021X8102501500注：縱/橫人字形,指有縱向人字形和橫向人字形兩種波紋板片.四：公司.公司早期生產(chǎn)截球形波紋片sigma-20,因性能欠佳已不再 生產(chǎn).該公司的Sigma板片,除小面積

13、的為水平平直波紋外,都為人字形波紋, 而且同一單板面積和同一外形尺寸、墊片槽尺寸的板片有兩種人字角的人字形波 紋,增加了組合形式,以適應(yīng)各種工況的需要.公司的板式換熱器,一般工作壓 力為,最小的單板換熱面積為、最大的單板換熱面積為.五：HISAKA日阪制作所公司.在1954年,公司研究成功EX-2型板片; 現(xiàn)在,該公司有水平平直波紋板和人字形波紋板兩種. 具板式換熱器技術(shù)特性見 表 1-3 :表1-3 HISAKA公司板式換熱器技術(shù)特性型號(hào)單位換熱面 積m2處理量3(m /h)最局,作壓 力MPa最局,作溫 度C取人單d換熱面積m2備注水平平直波紋板片EX-12320015EX-1514020

14、060EX-16240200150EX-11460200150EX-12883200260人字形波紋板片UX-01362005UX-20140200100UX-40540200250UX-609001200500UX-8015201200800注：為有兩種不同人字角的板片.六：OMEXEL瞰梅塞爾公司.OMEXEL公司提供的板式換熱器包含拼裝 式、釬焊式、“寬間隙自由流、雙壁式、半焊式、多段式等系列,作為一家成 功的板式換熱器公司,所提供的交換熱方案也是綜合性的.公司所生產(chǎn)的產(chǎn)品符合壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量保證體系：美國ASME日本JIS標(biāo)準(zhǔn)美國3A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中國 GB16409-1996ISO900

15、1/14001/18000OMEXEL公司產(chǎn)品提供的材料、材質(zhì)特性表 1-4、表 1-5、表 1-6、表 1-7 :表1-4板片材質(zhì)不銹鋼 AISI304/316/316L凈水、河川水、食用油、礦物質(zhì)SM0254稀硫酸、無機(jī)水溶液鈦及鈦耙海水、鹽水、鹽化銀高溫、高濃度苛性鈉哈氏合金濃硫酸、鹽酸、磷酸鋁稀硫酸、無機(jī)水溶液石墨鹽酸、中濃度硫酸、磷酸、氟酸表1-5墊片材質(zhì)丁睛橡膠水、海水、礦物質(zhì)、鹽水110-140 C三元乙丙膠熱水、蒸汽、酸、堿150-170 C氟橡膠高溫水、酸、堿、有機(jī)溶劑180C氯丁橡膠酸、堿、礦物質(zhì)、潤滑油130C硅橡膠食品、油、脂肪、酒精180-220 C石棉260 c表1

16、-6框架材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)碳鋼特殊包/、銹鋼/全不銹鋼表1-7接口材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)SS不銹鋼村套特殊定情橡膠三元乙丙膠哈氏合金鈦及其他合金藉由各國公司的開展情況不難發(fā)現(xiàn), 板式換熱器的整個(gè)開展,其最終目的都 是圍繞著如何提升熱交換效率.早期的開展由于技術(shù)限制,主要開展的就是結(jié)構(gòu)、 板型,通過優(yōu)化、熱力計(jì)算及分析,這些優(yōu)化的方法都是可行的.進(jìn)入現(xiàn)代以后, 板式換熱器的開展著重于材料的選擇以及結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)優(yōu)化.板式換熱器根本構(gòu)造整體結(jié)構(gòu)板式換熱器的結(jié)構(gòu)相對(duì)于板翅式換熱器、殼管式換熱器和列管式換熱器比擬 簡單,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

17、示：圖1-1板式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖板片為傳熱元件,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,冷暖板片交叉放置置于固定壓緊板 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)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

18、時(shí)候,可以通過該滑輪調(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)于一些小型的板式換熱器,那么沒 有該裝置,而是直接地將固定壓緊板和活動(dòng)壓緊板通過導(dǎo)桿固定連接起來,這種結(jié)構(gòu)沒有清洗空間,清洗、檢查時(shí),板片不能掛在導(dǎo)桿上,雖然這樣的結(jié)構(gòu)輕便 簡易,但對(duì)大型的、需經(jīng)常清洗的板式換熱器不太適用.對(duì)于要進(jìn)行兩種以上介質(zhì)換熱的板式換熱器,那么需要設(shè)置中間隔板.在乳品加工的巴氏滅菌器中,為了增加在滅菌溫度下乳品的停留時(shí)間,通常 需要在滅菌器的特定位置上安裝延遲板.為了節(jié)約占地面積,AP公司和ALFA-LAVA公司開發(fā)應(yīng)用了一種雙框架結(jié)構(gòu), 該結(jié)構(gòu)有兩種形式,第一種是公用一個(gè)檢修空間,左右各

19、設(shè)一個(gè)固定壓緊板,中 間設(shè)兩個(gè)活動(dòng)壓緊板；第二種是共用中間的固定壓緊板, 左、右各設(shè)一個(gè)活動(dòng)壓 緊板.雙框架的結(jié)構(gòu),可視為兩臺(tái)板式換熱器裝在一起.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,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：式中：M, M,M :從固定壓緊板開始,甲流體側(cè)流道數(shù)相等的流程數(shù);N 1, N, N : M, M,乂中的流道數(shù)；m 1, m,m :從固定壓緊板開始,乙流體側(cè)流道數(shù)相等的流程數(shù);n 1, n2,ni : : m, m,m中的流道數(shù).圖1-2典型

20、的流程組合半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,此外它又承受兩側(cè)的壓力差.從板式換熱器出現(xiàn)以來,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、承壓水平大的波紋板片.一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.二特種形式為了適應(yīng)各種工程的需要,在傳統(tǒng)板式換熱器的根底上相繼開展了一些特殊 的板片及特殊的板式換熱器1:便于裝卸墊片的板片2:用于冷凝器的板片3:用于蒸發(fā)器的板片4:板管式板片5:雙層板片6:石墨材料板片7

21、:寬窄通道的板片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,密封周邊的長度m將是換熱面積m2的68倍,超過了任何 其它類型的換熱器.焊接式板式換熱器一半焊式板式換熱器半焊式板式換熱器的結(jié)構(gòu)是每兩張波紋板焊接在一起,然后將它們組合在一 起,彼此之間用墊片進(jìn)行密封.焊接在一起的板間通道走壓力較高的流體,用墊 片密封的板間通道走壓力較低的流體,所以這種板式換熱器提升了其中一側(cè)的工 作壓力.二全焊接式板式換熱器為了使板式換熱器適用于高溫、高壓下工作,將板片互相焊接在一起,在六 十年代

22、就有此類產(chǎn)品.ALFA-LAVA公司生產(chǎn)的Lamalla板式換熱器就是屬于全 焊接式板式換熱器.但是這種結(jié)構(gòu)制造困難,板片破損后也無法修復(fù).再生式冷卻系統(tǒng)再生式冷卻系統(tǒng),就板式換熱器本身而言,和普通的板式換熱器沒有差異, 只是在管線上增加了換向閥,并進(jìn)行自動(dòng)限制,變換兩流體的流向,使之反洗,以消除積存在板片上的雜質(zhì).板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)人們通過科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)板式換熱器的特點(diǎn)有了深刻的了解,并總 結(jié)出一系列優(yōu)缺點(diǎn),通常是和管殼式換熱器加以比擬,共歸納為以下幾點(diǎn)：一優(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, 由于流體在殼程中流動(dòng)時(shí)存在著折

23、流板一殼體、折流板一換熱管、管束一殼體之 間的旁路.通過這些旁路的流體,并沒有充分地參與換熱.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)一般大于,通常為.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

24、不像管殼式換熱器那樣需要預(yù)留抽出管束的檢修場地,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,管殼式換熱器的換熱管厚度為；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,由于框架所需要的材料較少,所以生產(chǎn)本錢必然 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)平行于換熱面,且無旁流,這樣使得板式換熱器的末端溫差很小

25、,對(duì)于水一水換熱可以低于1C,而管殼式換熱器大約為5C,這對(duì)于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,以及清洗容易.8:多種介質(zhì)換熱如果板式換熱器安裝有中間隔板,那么一臺(tái)設(shè)備可以進(jìn)行三種或三種以上介質(zhì) 的換熱.9:清洗方便板式換熱器的壓緊板卸掉后,即可松開板束,卸下板片,進(jìn)行機(jī)械清洗.10:容易改變換熱面積或流程組合只需要增加或減少板片,即可到達(dá)需要增加或減少的換熱面積.二缺點(diǎn)1:工作壓力在以下板式換熱器是靠墊片進(jìn)行密封的,密封的周邊很長

26、,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；單板面積在1m以上時(shí),其工作壓力往往低于.2:工作溫度在250 c以下板式換熱器的工作溫度決定于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 200 c以下；用壓縮石棉絨墊片Caf時(shí),最高工作溫度為250-26OC.3:不宜于進(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 顆粒或纖維物質(zhì),就容易堵塞板間通道.對(duì)這種換熱場合,應(yīng)考慮在入口安裝過 濾裝置,或采用再生冷卻系統(tǒng).應(yīng)用板式換熱器早期只應(yīng)用于牛奶高溫滅菌、果汁加工、啤酒釀造等

27、輕工業(yè)部門.隨著制造技術(shù)的提升,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)用于各種工業(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.產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)生的問題板式換熱器的零部件品種少,標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度高,所以制造工藝很容易 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化.國外大型的板式換熱器制造廠都有自己的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),但均不公開對(duì)外.目前 尚無板式換熱器制造的國際標(biāo)準(zhǔn)或通用的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn).這就給產(chǎn)品的質(zhì)量限制帶來了問題.我國根據(jù)自己的生產(chǎn)、使用實(shí)踐,并分析了國

28、外產(chǎn)品的質(zhì)量,制定了專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),即：ZBJ74001-87?可拆卸板式換熱器技術(shù)條件?、JB/TQ540-87?可拆卸板 式換熱器性能測試方法?、JB/TQ538-87?可拆卸板式換熱器質(zhì)量分等?.適用于 輕工、醫(yī)藥、食品、石油、化工、機(jī)械、冶金、礦山、電力及船舶等部門.綜上所述,對(duì)板式換熱器的主要制造技術(shù)要求是：一、制造材料我國板式換熱器主要零部件的制造材料參見表1-6、表1-7.二、半片質(zhì)量1:外表不允許超過厚度公差的凹坑、劃傷、壓痕等缺陷,沖切毛刺必須清除干凈.2:食品工業(yè)用的板片,沖壓后其工作外表的粗糙度應(yīng)不低于原板材.3:波紋深度偏差應(yīng)不大于,墊片槽深度偏差也不應(yīng)大于.4:成型減薄量應(yīng)

29、不大于原實(shí)際板厚的 30%5:任意方向的基面平行度不大于 371000mm三、墊片質(zhì)量1:外表不允許有面積大于 3m吊深度大于的氣泡、凹坑及其它影響密封性 能的缺陷.2:物理性能和使用溫度應(yīng)符合表 1-8的規(guī)定：表1-8墊片性能要求和使用溫度工程氯丁橡膠丁睛橡膠三元乙丙橡膠硅橡膠氟橡膠石棉纖維板扯斷強(qiáng)度(MPa)S . 00孑g tx孑9 003 7 0(* 10.00扯斷伸性長率(%)> 300> 250e25d> 200> 200一硬度能(邵氏A)75 ± 275 ± 200 ± 560 ± 280 ± 5一永久壓縮

30、變形(%)< 20W 20W 25W 25W 25一使用溫度-40100-20120-50150-65230-2020020350四、換熱性能板片的性能,在水一水換熱、逆流運(yùn)行、熱側(cè)定性溫差為 40C、兩側(cè)流速為s條件下的總傳熱系數(shù),對(duì)水平平直波板片,應(yīng)大于 2210W/;對(duì)于人字形波紋板片,應(yīng)大于2908W/,在第二章及以后章節(jié),將會(huì)對(duì)板式換熱器的熱力計(jì)算進(jìn)行重點(diǎn)、綜合的研究.五、液壓試驗(yàn)以水為實(shí)驗(yàn)液體,兩側(cè)應(yīng)分別進(jìn)行單側(cè)壓力試驗(yàn),試驗(yàn)壓力為倍設(shè)計(jì)壓力.試壓后應(yīng)排除積水,吹干或晾干,然后再夾緊.第二章板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算傳熱過程板式換熱器中冷、熱流體之間的換熱一般都是通過流體的對(duì)流

31、換熱 或相變 換熱、垢層及板片的導(dǎo)熱來完成的,由于參與傳熱的流體通常都是液體而不是 氣體,故不存在輻射換熱.一對(duì)流換熱對(duì)流和導(dǎo)熱都是傳熱的根本方式. 對(duì)于工程上的傳熱過程,流體總是和固體 壁面直接相接觸的.因此,熱量的傳遞一方面是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的不斷運(yùn)動(dòng)的混合, 即所謂的對(duì)流作用；另一方面依靠由于流體和壁面以及流體各處存在溫差面造成 的導(dǎo)熱作用.這種對(duì)流和導(dǎo)熱同時(shí)存在的過程,稱為對(duì)流換熱.由于引起流體流動(dòng)的原因不同而使對(duì)流換熱的情況有很大的差異,所以將對(duì)流換熱分為兩大類.一類是自然對(duì)流或稱自由流動(dòng)換熱,即因流體各局部溫 度不同引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)換熱, 如：空氣沿散熱器外表的自然對(duì)流換 熱

32、；另一類是強(qiáng)制對(duì)流或稱為強(qiáng)迫流動(dòng)換熱,即流體在泵或風(fēng)機(jī)等外力作用 下流動(dòng)時(shí)的換熱,如：熱水在泵的驅(qū)動(dòng)下,在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的換熱.一般情況下, 強(qiáng)制流動(dòng)時(shí),流體的流速高于自由流動(dòng)時(shí),所以強(qiáng)制流動(dòng)的對(duì)流換熱系數(shù)高.如:空氣的自由流動(dòng)換熱系數(shù)約為525W/ ( m2. C),而它的強(qiáng)制流動(dòng)傳熱系數(shù)為10100W(m2. C).影響對(duì)流換熱的因素很多,如流體的物性(比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度 等),換熱器外表形狀、大小,流體的流動(dòng)方式,都會(huì)影響對(duì)流換熱,而且情況 很復(fù)雜.在傳熱計(jì)算上為了方便,建立了以下的對(duì)流換熱量的計(jì)算公式 (牛頓冷 卻公式)：Q=a (twrt f) A或 q=a (t w-t f)

33、有該公式可見,影響對(duì)流換熱的因素都被歸結(jié)到對(duì)流換熱系數(shù)中,對(duì)流換熱 系數(shù)數(shù)值上的大小反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)弱.(二)相變換熱在對(duì)流換熱中發(fā)生著蒸汽的凝結(jié)或液體的沸騰 (或蒸發(fā))的換熱過程,統(tǒng)稱 為相變換熱.由于在這類換熱過程中,同時(shí)發(fā)生著物態(tài)的變化,情況要比單相流 體中的對(duì)流換熱復(fù)雜得多,所以,相變換熱問題成為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域, 而一 般的對(duì)流換熱問題也就僅指單相流體而言.1:凝結(jié)換熱蒸汽和低于相應(yīng)壓力下飽和溫度的壁面相接觸,在壁面上就會(huì)發(fā)生凝結(jié).蒸 汽釋放出汽化潛熱而凝結(jié)成液體,這種放熱現(xiàn)象稱為凝結(jié)換熱.根據(jù)蒸汽在壁面上的凝結(jié)形式不同,可分為兩種凝結(jié).一種為膜狀凝結(jié),即 凝結(jié)液能很好地潤濕壁面

34、,凝結(jié)液以顆粒狀液珠的形式附著在壁面上, 如水蒸汽 在有油的壁面上凝結(jié)情況.膜狀凝結(jié)時(shí)所釋放出來的潛熱必須通過凝結(jié)膜才能供 給較低溫度的壁面,顯然,這層液膜成為一項(xiàng)熱阻.而珠狀凝結(jié)時(shí),換熱是在蒸 汽與液珠外表和蒸汽與裸露的冷壁間進(jìn)行的,所以膜狀凝結(jié)傳熱系數(shù)要比珠狀凝 結(jié)傳熱系數(shù)低,如：水蒸汽在大氣壓下,膜狀凝結(jié)傳熱系數(shù)約為 600010/(m2. C),而珠狀凝結(jié)時(shí)那么為4*(104106)亞/時(shí)2.).但是在工業(yè)過程中, 一般都是腹?fàn)钅Y(jié),除非對(duì)壁面進(jìn)行預(yù)處理或在蒸汽中參加促進(jìn)劑.對(duì)于單一介質(zhì),在層流膜狀凝結(jié)情況下,不考慮液膜內(nèi)流體的對(duì)流,那么液膜層中的溫度p和速度分布如圖2-1所示：圖2-

35、1層流凝結(jié)液膜中的速度和溫度分布蒸汽流速對(duì)凝結(jié)換熱的影響很大,當(dāng)蒸汽以一定的速度運(yùn)動(dòng)時(shí),蒸汽和液膜 間會(huì)產(chǎn)生一定的力的作用.假設(shè)蒸汽和液膜的流動(dòng)方向相同,這種力的作用將使凝 結(jié)液膜減薄,并促使液膜產(chǎn)生一定的波動(dòng),故使凝結(jié)傳熱增強(qiáng).當(dāng)蒸汽和液膜流 向相反時(shí),力的作用會(huì)阻礙液膜流動(dòng),使液膜增厚,導(dǎo)致傳熱惡化.但是,當(dāng)這 種力的作用超過重力時(shí),液膜會(huì)被蒸汽帶動(dòng)面脫離壁面,反而使傳熱系數(shù)急劇增 大.在板式換熱器中,由于流道狹窄,蒸汽的流動(dòng)方向宜于自上而下,并且應(yīng)單 程布置,以便減小壓峰和有利于凝液的排除.由于冷卻介質(zhì)與蒸汽在板式換熱器 的通道中是平行地流動(dòng),兩者相對(duì)的流動(dòng)方向不同影響到凝結(jié)過程的不同.

36、 逆流 時(shí)因通道的下部溫差大,所以蒸汽凝結(jié)大局部發(fā)生在通道下部,而順流時(shí)那么相反. 見圖2-2所示：圖2-2順、逆流時(shí)流體沿程的溫度變化所以,逆流時(shí)蒸汽的壓降要比順流時(shí)大, 相應(yīng)的飽和溫度下降較多,從而影 響到冷凝換熱效果.因此,在滿足熱負(fù)荷的條件下,應(yīng)該首先考慮選擇使用順流 布置.蒸汽的壓力對(duì)凝結(jié)換熱也有一定的影響,天津大學(xué)的研究說明,在同養(yǎng)殖量 的流速下,壓力的提升使密度增大.從而使凝結(jié)換熱得到改善,并降低壓降.蒸汽中不凝性氣體的存在,即使含量很小,傳熱系數(shù)也將大大降低.例如：水蒸汽中不凝性氣體容積的含量僅為 哪寸,傳熱系數(shù)就下降50%在板式換熱器 的運(yùn)行系統(tǒng)中,應(yīng)考慮到不凝性氣體的排除.

37、2:沸騰換熱液體在受熱情況下產(chǎn)生的沸騰或蒸發(fā)吸熱過程, 稱為沸騰換熱,這是一種流 體由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟膿Q熱過程.液體在受熱外表上的沸騰可分為大空間沸騰 池沸騰和有限空間沸騰強(qiáng) 迫對(duì)流沸騰.不管哪種沸騰,又都有過冷沸騰和飽和沸騰之分.過冷沸騰是在 液體主流溫度低于相應(yīng)壓力下的飽和溫度而加熱壁面溫度已超過飽和溫度的條 件下所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象.飽和沸騰那么是液體的主流溫度超過了飽和溫度,從加熱 壁面產(chǎn)生的氣泡不再被液體重新凝結(jié)的沸騰.飽和沸騰時(shí),壁溫與液體飽和溫度之差q=tw-t s稱為沸騰溫差,設(shè)沸騰傳 熱系數(shù)為a b,那么有：q=a bt w-t s在板式換熱器內(nèi)所發(fā)生的飛騰過程屬于有限空間沸騰,

38、流體是在外力驅(qū)動(dòng)下 的流動(dòng)過程中因受熱而發(fā)生的沸騰, 故也稱為強(qiáng)迫對(duì)流沸騰,它的沸騰點(diǎn)與流體 在垂直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的沸騰狀況根本相同,見圖 2-3.開始時(shí)是過冷沸騰,隨著溫 度的提升,產(chǎn)生愈來愈多的氣泡,于是相繼產(chǎn)生泡狀、塊狀、氣塞狀、環(huán)狀以至 霧狀的流動(dòng)沸騰.在蒸汽中的液滴蒸發(fā)完后,流體的加熱就屬于單相流的強(qiáng)制換 熱了,蒸汽得到過熱.圖2-3垂直管內(nèi)沸騰時(shí)流型圖回Ga過冷湃牌b泡狀流G塊狀流d氣塞狀流e壞膚波f重狀減板式換蒸器熱力時(shí)算及分析圖2-3 三導(dǎo)熱在板式換熱器中,板片及垢層的傳熱均屬于導(dǎo)熱.由于板片及垢層的厚度和 板面尺寸相比很小,所以導(dǎo)熱過程可認(rèn)為是沿厚度方向的一維導(dǎo)熱, 其計(jì)算公式

39、為：式中 入八人山、入分別為板材、一側(cè)垢層及另一側(cè)垢層的熱導(dǎo)率 W/m. C;6 口、*、6分別為板材、一側(cè)垢層及另一側(cè)垢層的厚度m如果板片外表有非金屬涂層,那么還應(yīng)考慮通過涂層的導(dǎo)熱,其計(jì)算式為：式中人房一涂層熱導(dǎo)率W/m.C;tg 涂層外表溫度C；.一涂層與板壁面接觸處溫度C；6啦涂層厚度m o熱力計(jì)算熱力計(jì)算的目的在于使所設(shè)計(jì)的換熱器在服從傳熱方程式的根底撒謊能夠 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.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)確實(shí)定可通過兩條途徑：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)參考書籍、有關(guān)性能測定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

40、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2-1列出了一般情況下板式換熱器的總傳熱系數(shù)值.表2-1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2-K(W/m. C)2800465087093040058017535028-58(二)計(jì)算確定在設(shè)計(jì)計(jì)算中,常常需要知道比擬準(zhǔn)確的總傳熱系數(shù)值, 這可以通過總傳熱系數(shù)的計(jì)算確定.但由于計(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.總傳熱系數(shù)的計(jì)算 (一)由熱阻關(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程中, 通常存在著

41、五項(xiàng) 熱阻：板片熱側(cè)流體傳熱熱阻1/ai,污垢層熱阻Ri,板片熱阻6/入,板片冷 側(cè)流體傳熱熱阻1/ a2,污垢層熱阻R2.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：為了解決腐蝕問題,有的換熱器的板片表層涂有防腐蝕涂層,因而存在涂層熱阻Roi、R02,總傳熱系數(shù)的計(jì)算式那么為：/ 151 - 1K=1一十R"十Rw十f十艮；+R際+ 涂層的厚度雖然一般僅為幾十微米,但涂層的導(dǎo)熱系數(shù)很小,一般為(m.C),所以涂層熱阻相當(dāng)大,絕對(duì)不能忽略.(二)由傳熱方程求解傳熱的根本方程式為由此可求得總傳熱系數(shù)K=Q/(AA t m).1:換熱量Q的計(jì)算換熱量Q的計(jì)算可根據(jù)具

42、體情況,分別在以下各式中選用:(1)單相流體的吸、放熱Q=qcp(t -t )或Q=qm(i -i )(2)流體的沸騰吸熱或凝結(jié)放熱Q=qr或Q=qmx(i -i )以上式子表示產(chǎn)生qmx公斤的蒸汽所需要的沸騰吸熱量或 qmx公斤蒸汽凝結(jié) 所放出的熱量.如果在板式冷凝器中產(chǎn)生過冷或板式蒸發(fā)器中發(fā)生過熱, 那么總熱量為凝結(jié)段 放熱量與過冷段放熱量之和,或?yàn)檎舭l(fā)段吸熱量與過熱段吸熱量之和.過冷段的 熱量可用(1)中的式子進(jìn)行計(jì)算.2：平均溫差A(yù)tm的求解平均溫差A(yù) t m的求解通常采用修正逆流情況下對(duì)數(shù)平均溫差A(yù) t m的方法,即先按逆流考慮再進(jìn)行修正：A t m=巾 A t im按逆流考慮時(shí)的對(duì)

43、數(shù)平均溫差為& tmax - Attrib二rz trra*I n-A % inmin一分別為逆流時(shí)端部溫差中的最大值和最小值.修正系數(shù)也隨冷、熱流體的相對(duì)流動(dòng)方向的不同組合而異,在串聯(lián)、并聯(lián) 或混聯(lián)時(shí)可分別由圖2-4、圖2-5來確定：(也可以采用由Marriott實(shí)驗(yàn)求得的 修正系數(shù),見圖2-6)圖2-4串聯(lián)時(shí),板式換熱器的溫差修正系數(shù)板式換熱篙燎力計(jì)算及分析圖2 4 圖2-5并聯(lián)時(shí),板式換熱器的溫差修正系數(shù)板數(shù)板式換熱蠹鼎力計(jì)算及力標(biāo)圖2e圖2-6 NTU法板式換熱器的溫差修正系數(shù)向M%加L 一板式撰建器熱力計(jì)茸用分析2-6 如果流體的溫度沿傳熱面的變化不太大,例如當(dāng) tmjdtg

44、n W 2時(shí),可 采用算術(shù)平均溫差代替對(duì)數(shù)平均溫差,即： % =式 tx- tmi/采用上式計(jì)算出的平均溫差與采用對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算的結(jié)果相比擬,其誤差在土 4啜圍之內(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于 23倍,那么用對(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,A

45、e為總的有效換熱面積,M為總的有效傳熱板片數(shù)A=NA傳熱系數(shù)的計(jì)算一對(duì)流傳熱系數(shù)流體在板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 = CRe?Pr7如果流體的粘度變化很大,那么可采用 Sieder-Tate的關(guān)聯(lián)式的形式:Ndf - CRe?Pr7(-)Marriott 指出,當(dāng)流體被加熱時(shí) m=被冷卻時(shí),m= C=, n=, x=指粘度修正項(xiàng)上的指數(shù)對(duì)于牛頓型層流換熱時(shí),可采用下面關(guān)聯(lián)式:Uf xNuf - C (RefPrf") )L上式中 C=7 n=； x=過渡流時(shí)所得出的關(guān)聯(lián)式比擬復(fù)雜,故通常可根據(jù)Re的數(shù)值,

46、由板式換熱器的特性圖線查得.對(duì)流傳熱系數(shù)的求解也可利用表達(dá)傳熱因子與 Re的關(guān)聯(lián)式計(jì)算：Jh = a式中八一柯爾朋傳熱因子,即jh = StPr3()式中,斯坦頓數(shù)St二a/cPP s,所以,對(duì)流傳熱系數(shù)q為:圖2-7為某種板式換熱器的柯爾朋傳熱因子和Re的關(guān)系圖:圖2-7 Jb 電關(guān)系圖板式換培器盤為H算及分析H32-7 在計(jì)算Re數(shù)值時(shí),所采用的當(dāng)量直徑de應(yīng)該按下式計(jì)算4AsJe = T式中A一通道截面積m2 ; S參與傳熱的周邊長m在一般情況下,常用下式計(jì)算當(dāng)量直徑4AS 4bd式中b一板間的通道寬度m ； 6 一板間距m.對(duì)于某些特殊結(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

47、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.二凝結(jié)傳熱系數(shù)板式冷凝器中蒸汽的流速高,凝結(jié)液膜受到蒸汽切力的作用、所以通常用于 求解沿豎避膜狀冷凝的努塞爾計(jì)算式不能用來求解板式冷凝器中的蒸汽傳熱系 數(shù).由于板式冷凝器的復(fù)雜通道結(jié)構(gòu),使得其中的蒸汽流動(dòng)凝結(jié)換熱過程很復(fù)雜, 其影響的因素有蒸汽流速、蒸汽干度、蒸汽壓力、蒸汽與冷卻介質(zhì)的相對(duì)流動(dòng)方 向等.所以雖然有專家提出過計(jì)算式,但尚未得到人們的公認(rèn),即使國外的權(quán)威 書籍?換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)?也未曾列入板式冷凝器的凝結(jié)傳熱計(jì)算式.三沸騰傳熱系數(shù)由于板式蒸發(fā)器的應(yīng)用還有較大的局限性,以及其中蒸發(fā)傳熱過程的復(fù)雜 性,所以,迄今為止,無論對(duì)于波紋型或非波紋型板

48、式蒸發(fā)器的沸騰傳熱計(jì)算式 已正式發(fā)表的極少.現(xiàn)對(duì)尾花英朗所推薦的Chen .的計(jì)算式稍作介紹Chen求解沸騰傳熱系數(shù)a b的計(jì)算式為：式中S核沸騰影響的系數(shù)；a ,一池沸騰傳熱系數(shù)；q一一兩相流強(qiáng)制對(duì) 流傳熱系數(shù)A t c pi 0 t Rno 口,Q:0.0工.4產(chǎn)卅式中一外表張力N/m ； Ap一對(duì)應(yīng)于At=t尉o的蒸汽壓力差Pa ; R一換算系數(shù),為oJ = 0, 023智冊(cè)P*式中e一修正系數(shù),是液體湍流一氣體湍流時(shí)馬丁尼利參數(shù) 垢阻確實(shí)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.由于垢層的導(dǎo) 熱都比擬差,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

49、嚴(yán)重,導(dǎo)致通道局部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 R或其倒數(shù)一污垢系數(shù)as來度量,即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)、傳熱外表狀況、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,最后趨向于某一穩(wěn)定數(shù).如圖 2-8所示：圖2-8污垢熱阻與時(shí)間的關(guān)系由于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 沖刷清洗作用,所以板式換熱器中垢層一般都比擬薄. 美國傳熱研究公司對(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)研究說明,板式換熱器的污垢熱阻不 到管殼式的一半.在設(shè)計(jì)選取板式換熱器的

50、污垢熱阻值時(shí),其數(shù)值應(yīng)不大于客觀 是的公開發(fā)表的污垢熱阻值的1/5.提供了板式換熱器中的具體污垢熱阻值,詳 見表2-2所?。罕?-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)水機(jī)器夾套水城市用軟水潤滑油水城市用硬水(加熱時(shí))植物油處理過的冷卻水有機(jī)溶劑沿海海水或港灣水水蒸氣大洋的海水工藝流體、一般流體河水、運(yùn)河水壁溫的計(jì)算在計(jì)算板式換熱器的液體對(duì)流傳熱系數(shù)、凝結(jié)傳熱系數(shù)及沸騰傳熱系數(shù)時(shí), 為了確定液體的粘度或溫差,都必須知道板片外表溫度.但是,由于板式換熱器 的結(jié)構(gòu)關(guān)系,無法直接測定板片外表溫度,所以必須通過計(jì)算求得.而壁溫的計(jì) 算有

51、總是與傳熱系數(shù)發(fā)生關(guān)系,故只能采用試算的方法,具體步驟如下：1:假定一側(cè)壁溫,如2：由準(zhǔn)那么關(guān)系式求該側(cè)傳熱系數(shù)ai；3:由下式計(jì)算該側(cè)單位面積上換熱量qi|;中二 a 1 (ti - twi)4:根據(jù)壁的熱阻及用下式計(jì)算另一側(cè)壁溫二 twii - qH.5:由準(zhǔn)那么關(guān)聯(lián)式求得另一側(cè)傳熱系數(shù)6:計(jì)算另一側(cè)的單位面積換量QUq2 = a - ts)如果假定的壁溫正確,那么應(yīng)有5二Q7.因此,當(dāng)Q1豐N時(shí),那么應(yīng)重新假定壁溫再進(jìn)行計(jì)算,直至Q1與口2根本相等為止.在試算中,為了使試算過程明了簡捷,可一次假定幾個(gè)壁溫,使其中最低的 一個(gè)明顯低于實(shí)際上的壁溫,而最高的一個(gè)明顯高于實(shí)際壁溫； 將計(jì)算的各

52、項(xiàng)數(shù) 據(jù)列成表格,然后以q】、q?為縱坐標(biāo),以Gi或t.2為橫坐標(biāo),即可得到兩條相交 的曲線,其交點(diǎn)即為所求的壁溫值,見圖 2-9.圖2-9試算確定壁溫板式換黑器熱力計(jì)算段分析 B82-9 如果兩側(cè)的傳熱系數(shù)只有一側(cè)與壁溫有關(guān), 另一側(cè)與壁溫?zé)o關(guān),那么試算工作 可從與壁溫?zé)o關(guān)的這一側(cè)開始,即先酸楚這一側(cè)的傳熱系數(shù),并假定該側(cè)壁溫, 然后計(jì)算出另一側(cè)的q,并使兩側(cè)的q相等為止.在試算中如考慮污垢熱阻,那么壁溫仍指與流體接觸的垢層外表溫度, 而非板 片外表溫度.為了使得問題簡化,在工程計(jì)算中一般可不考慮垢阻對(duì)壁溫的影響.換熱面積計(jì)算一平均溫差法根據(jù)傳熱的根本方程式,可求得所需的換熱面積為二傳熱單元

53、數(shù)法板式換熱器換熱面積的計(jì)算,可運(yùn)用平均溫差法,也可以運(yùn)用傳熱單元數(shù)法.傳熱單元數(shù)NTU的定義式可更廣泛地表達(dá)為:KA(NTU)二不5(NTU)2 一后二 V 1 (NTU) 1式中a、cd一分別為冷、熱流體的熱容量顯然,只要NTU C及總傳熱系數(shù)K值,換熱面積A即可由上式求得.傳熱單元數(shù)的大小和溫度效率 £及兩換熱流體的熱容量之比 v有關(guān).溫度 效率8是指參與換熱的任一流體的溫度變化與冷、熱流體的進(jìn)口溫度差之比,即：*¥ i11 - t 1E 1 二一,-"t | - t?或aP-/t S - t2E 2 二1= Y i £ i* i - ti與之相對(duì)應(yīng)的熱容量比T為ClY1力或c± 1丫2 : 5 一通過建立能量平衡方程式,可求的溫度效率和傳熱單元數(shù)、熱容量比之間的 關(guān)系,并繪制成圖線.(三)流程組合確定后換熱面積的計(jì)算無論應(yīng)用平均溫差法還是應(yīng)用 NTU&,計(jì)算換熱面積都要先設(shè)定一個(gè)流程組 合