強(qiáng)化傳熱與換熱器

1、化工原理根據(jù)傳熱基本方程 傳熱強(qiáng)化 mtKAQ飽和水蒸氣加熱時(shí)，蒸汽壓力，蒸汽溫度；用水冷卻時(shí)，水溫溫差；在冷熱流體進(jìn)出口溫度固定不變時(shí)，可采用逆流操作以增加傳熱溫差，等等。 物料溫度一般由工藝條件給定，不能任意變動(dòng)，而加熱劑(或冷卻劑)的進(jìn)口溫度往往也不能改動(dòng)，如冷卻水的初溫決定于環(huán)境氣候，而出口溫度雖可通過(guò)增大水流量而降低，但會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力的迅速增加，操作費(fèi)用升高。 由熱力學(xué)第二定律，傳熱溫差越大，有效能的損失越大。為了降低有效能損失，應(yīng)設(shè)法減小溫差。 化工原理(1) 提高冷熱流體的兩個(gè)給熱系數(shù)；(2) 降低間壁熱阻和污垢熱阻。金屬壁的導(dǎo)熱一般不構(gòu)成主要熱阻；垢層熱阻隨使用時(shí)間而變大，常成

2、為控制傳熱速率的主要因素，應(yīng)防止結(jié)垢和經(jīng)常除垢； 間壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱熱阻，若兩個(gè) 存在數(shù)量級(jí)的差別時(shí)，應(yīng)設(shè)法增加小的 (薄弱環(huán)節(jié))，若兩個(gè) 數(shù)值相近，應(yīng)同時(shí)予以提高。強(qiáng)化對(duì)流傳熱應(yīng)致力于減薄滯流底層的厚度，增強(qiáng)邊界層的湍動(dòng)程度。2121111ssRRkK化工原理2121111ssRRK(1) 提高流體速度 hu0.8。如列管式換熱器，可增加管程數(shù)來(lái)提高流速；增加折流擋板數(shù)來(lái)提高殼程流速。但pu2，用增加流速的方法來(lái)強(qiáng)化傳熱，是以增大泵耗為代價(jià)的，強(qiáng)化具有局限性。(2) 改變流動(dòng)狀態(tài) 通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的傳熱壁面不斷改變流體的流動(dòng)速度和方向，從而增強(qiáng)邊界層的擾動(dòng)，如：粗糙換熱表面；管內(nèi)表面上加工螺紋槽

3、，制成螺紋管或螺旋槽管，管內(nèi)安裝插入物 (麻花紐帶) 等。(3) 引入機(jī)械振動(dòng) 使傳熱表面振動(dòng)，或使流體振動(dòng)，或是施加電場(chǎng)作用，目的是加強(qiáng)滯流底層的湍動(dòng)。沸騰和冷凝傳熱的給熱系數(shù)已相當(dāng)高，也有相應(yīng)的強(qiáng)化傳熱理論和技術(shù)。 化工原理增加傳熱面積的方法：用螺紋管或螺旋槽管代替光管；在園管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加工軸向肋片。由于擴(kuò)展表面的溫度低于基管的溫度，傳熱量的增加率低于傳熱面積的增加率。強(qiáng)化傳熱面：能導(dǎo)致 KA 增加的換熱表面。 化工原理利用保溫隔熱材料對(duì)高溫和低溫設(shè)備進(jìn)行保溫隔熱，以減少設(shè)備與環(huán)境間的熱交換。保溫材料：導(dǎo)熱系數(shù)很低，導(dǎo)熱熱阻很大的材料。判斷熱力管道保溫效果的方法：Q0

4、單位長(zhǎng)度裸管的散熱量，W/m；Q 單位長(zhǎng)度保溫層厚度為 的管子的散熱量，W/m。00QQQ 保溫效率保溫技術(shù)的一個(gè)重要方面，就是選擇合適的保溫材料，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況加以選用。 化工原理常用保溫材料 材料名稱主要成分密度k W/(mK)特性碳酸鎂石棉85%石棉纖維15%碳酸鎂18050, 0.090.12保溫用涂抹材料耐溫300碳酸鎂磚 38036050, 0.070.12泡化堿粘結(jié)劑耐溫300碳酸鎂管 28036050, 0.070.12泡化堿粘結(jié)劑耐溫300硅藻土材料SiO2,Al2O3 , Fe2O32804500.23耐溫800泡沫混凝土 3005700.23耐溫250-30

5、0大規(guī)模保溫礦 渣 棉高爐渣制成棉2003000.08耐溫700大面積保溫填料膨脹蛭石鎂鋁鐵含水硅酸鹽602500.07耐溫1000蛭石水泥管 4305000.090.14耐溫800蛭石水泥板 4305000.090.14耐溫100 即可達(dá)到湍流。以上各點(diǎn)往往不可能同時(shí)滿足，應(yīng)抓住主要矛盾進(jìn)行選擇，例如，首先從流體的壓力、腐蝕性及清洗等方面的要求來(lái)考慮，然后再考慮滿足其他方面的要求。 化工原理?yè)Q熱管規(guī)格及排列 ：管徑：d，單位體積設(shè)備內(nèi)的A，但更容易堵塞。目前我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用252.5mm, 192mm兩種規(guī)格的管子。管長(zhǎng)的選擇以清洗方便和合理使用管材為準(zhǔn)，我國(guó)生產(chǎn)的鋼管長(zhǎng)度多為6米，國(guó)家

6、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用的管長(zhǎng)有1.5、2、3、6米四種規(guī)格，以3米和6米最為普遍。 換熱管的排列方式：等邊三角形排列比正方形排列更為緊湊，管外流體的湍動(dòng)程度高，給熱系數(shù)大，但正方形排列的管束清洗方便，對(duì)易結(jié)垢流體更為適用，如將管束旋轉(zhuǎn)45度放置，也可提高給熱系數(shù)?；ぴ碚哿鲹醢?：作用：提高管外的給熱系數(shù)；形狀：園缺型、園盤型、分流型等；擋板的形狀和間距必須適當(dāng)，方能取得良好效果。以弓形為例，缺口的高度一般取為殼體內(nèi)徑的10-40%，常見(jiàn)的是20-25%。缺口方向可水平和垂直排列。擋板間距過(guò)大，流速小，不能保證流體垂直流過(guò)管束，管外h ；間距過(guò)小，流動(dòng)阻力增加，且不便于檢修。我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的擋板間距

7、：固定管板式：150、300 和 600 mm 三種規(guī)格；浮頭式：150、200、300、480 和 600 mm 五種規(guī)格?；ぴ?1) 確定流動(dòng)路徑，由傳熱任務(wù)計(jì)算Q，確定流體進(jìn)、出口溫度，選定換熱器形式，計(jì)算定性溫度，查取流體物性，計(jì)算平均溫差，根據(jù) 0.8 的原則，確定殼程數(shù)。(2) 依據(jù)K的經(jīng)驗(yàn)值，或按生產(chǎn)實(shí)際情況選定K估，由傳熱基本方程估算A估。參照系列標(biāo)準(zhǔn)選定換熱器的基本尺寸，如管徑、管長(zhǎng)、管數(shù)及管子的排列等；若是選用，可在系列標(biāo)準(zhǔn)中選擇適當(dāng)?shù)膿Q熱器型號(hào)。(3) 根據(jù)初選的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管、殼程流體的流速和壓降，檢查是否合理或滿足工藝要求，若不符合，需調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折

8、流擋板間距，或選擇另一規(guī)格的設(shè)備，重新計(jì)算壓力降直至滿足要求為止。(4) 計(jì)算管、殼程的 h1 和 h2，確定 Rs1 和 Rs2, 計(jì)算 K計(jì)，A計(jì)，比較 A估 和 A計(jì)，若 A估/A計(jì)=1.151.25，則初選的設(shè)備合適，否則需另設(shè) K估 值，重復(fù)以上步驟。 化工原理板式換熱器：化工原理板式換熱器：1.固定壓緊板 2.夾緊螺栓 3.前端板4.換熱板片 5.密封墊片 6.后端板7.下導(dǎo)板 8.后支柱 9.活動(dòng)壓緊板10.上導(dǎo)板化工原理結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小很小的空間即可提供較大的換熱面積，不需另外的拆裝空間；相同使用環(huán)境下，其占地面積和重量是其他類型換熱器的1/31/5。傳熱系數(shù)高 雷諾準(zhǔn)數(shù)1

9、0時(shí)，即可產(chǎn)生劇烈湍流，一般總傳熱系數(shù)可高達(dá)30008000W/M2.K。端部溫差小 逆流換熱，可達(dá)到1的端部溫差。熱損失小 只有板片邊緣暴露，不需保溫，熱效率98%。適應(yīng)性好，易調(diào)整 通過(guò)改變板片數(shù)目和組合方式即可調(diào)節(jié)換熱能力，與變化的熱負(fù)荷相匹配。 流體滯留量小，對(duì)變化反應(yīng)迅速，拆裝簡(jiǎn)單，容易維護(hù) 板片是獨(dú)立的單元體，拆裝簡(jiǎn)單，可將密封墊密閉的板片拆開(kāi)、清洗。結(jié)垢傾向低 高度紊流、光滑板表面，使積垢機(jī)率很小，且具自清潔功能，不易堵塞。低成本 使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而成，金屬耗量低，當(dāng)使用耐蝕材料時(shí)，投資成本明顯低于其他的換熱器。化工原理缺點(diǎn)：處理能力不大，操作壓力比較低，一般不超過(guò)

10、20atm，受墊片耐熱性的限制，操作溫度不能太高，一般合成橡膠墊不超過(guò)130，壓縮石棉墊圈也不超過(guò)250。 化工原理螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板焊接在一塊分隔板上并卷制成螺旋狀而構(gòu)成的。卷制后，在器內(nèi)形成兩條相互隔開(kāi)的螺旋形通道，在頂、底部分則焊有封頭和兩流體進(jìn)出口接管。其中有一對(duì)進(jìn)出口接管是設(shè)在園周邊上，而另一對(duì)進(jìn)出口則設(shè)在園鼓的軸心上。換熱時(shí)，冷、熱流體分別進(jìn)入兩條通道，在器內(nèi)作嚴(yán)格的逆流流動(dòng)。 化工原理按流道布置和封頭形式可分為： I 型結(jié)構(gòu)：兩個(gè)螺旋通道兩側(cè)完全焊接封閉，不可拆。兩流體均作螺旋運(yùn)動(dòng)，通常冷流體由外周流入，熱流體從中心流入，形成完全逆流流動(dòng)。主要用于液體與液體之間的傳熱。

11、II 型結(jié)構(gòu)：一個(gè)螺旋通道焊接封閉，另一通道的兩側(cè)敞開(kāi)。一流體作螺旋形流動(dòng)，另一流體則作軸向流動(dòng)。適合于兩流體的流量相差很大的場(chǎng)合。常做蒸汽冷凝器、氣體冷卻器使用。III 型結(jié)構(gòu)：一流體作螺旋形流動(dòng)，另一流體則是軸向流動(dòng)和螺旋流動(dòng)的組合，適用于蒸汽的冷凝和冷卻?；ぴ砘ぴ韨鳠嵯禂?shù)高 由于離心力的作用，可在較低Re數(shù)下出現(xiàn)湍流(Re=1400-1800)，允許流速可達(dá)2m/s，故傳熱系數(shù)較高，如水對(duì)水的換熱，傳熱系數(shù)可達(dá)2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速較高，又是在螺旋流道內(nèi)流動(dòng)，能較好的發(fā)揮流體對(duì)板面的沖刷作用，因而流體中的懸浮物不易沉積下來(lái)。由于流道長(zhǎng)，可為完全逆流

12、，便于控制溫度和利用低溫?zé)嵩?，操作時(shí)允許較低的溫度差，因此，在一些低溫差傳熱的場(chǎng)合，采用螺旋板換熱器比較合適。結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡(jiǎn)便，單位體積設(shè)備內(nèi)的傳熱面積約為列管式換熱器的3倍。 操作壓力和溫度不能太高，尤其是所能承受的壓力比較低，操作壓力只能在20atm以下，操作溫度約在300-400以下。不易檢修，整個(gè)換熱器已被卷制焊接為一個(gè)整體，一旦發(fā)生中間泄漏或其他故障，設(shè)備即告報(bào)廢。 化工原理在兩塊平行金屬板之間夾入波紋狀金屬翅片，兩邊以側(cè)條密封，組成一個(gè)單元體；將各單元體進(jìn)行不同的疊集和適當(dāng)?shù)嘏帕?，再用釬焊予以固定，形成逆流、并流和錯(cuò)流的板翅式換熱器組裝件(芯部或板束) ；將帶有進(jìn)、出口的集流箱焊

13、接到板束上。特點(diǎn)：傳熱效果更好、結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)目前最常用的翅片形式主要有光直型翅片、鋸齒型翅片和多孔型翅片?；ぴ韨鳠嵝Ч?板翅促進(jìn)湍流，破壞傳熱邊界層的發(fā)展，總傳熱系數(shù)高，同時(shí)冷、熱流體間換熱不僅以平隔板為傳熱面，而且大部分熱量通過(guò)翅片換熱，因而具有很高的傳熱速率。結(jié)構(gòu)緊湊 單位體積換熱器提供的傳熱面積一般能達(dá)到2500m2，最高可達(dá)到4300m2，而列管式換熱器只有160m2。輕巧牢固 由于結(jié)構(gòu)緊湊，通常用鋁合金制造，在相同的傳熱面積下，其重量?jī)H為列管式換熱器的十分之一，波紋翅片不僅是傳熱面，又是兩板間的支撐，故強(qiáng)度很高。適應(yīng)性強(qiáng)，操作范圍廣 由于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，特別適合于低溫

14、和超低溫條件下的換熱。 流道很小，容易堵塞而使壓降增大。換熱器內(nèi)一旦結(jié)垢，清洗和檢修困難，故處理的物料應(yīng)較清潔或預(yù)先進(jìn)行凈制。由于平隔板是用薄鋁片制成，故要求流體對(duì)鋁不發(fā)生腐蝕。 化工原理結(jié)構(gòu)：在管子外表面上裝有徑向或軸向翅片。用途：適用于兩種流體的給熱系數(shù)相差很大的場(chǎng)合，例如水蒸氣和空氣間的換熱，傳熱過(guò)程的熱阻主要集中在空氣一側(cè)，若空氣在管外流動(dòng)，則在管外裝置翅片，既可增大空氣側(cè)的傳熱面積，又可促進(jìn)空氣湍動(dòng)，使傳熱系數(shù)和傳熱面積的乘積 KA 值增大，從而提高換熱器的傳熱速率。 翅片與光管的連接應(yīng)緊密無(wú)間，否則會(huì)在連接處產(chǎn)生很大的接觸熱阻。常用的連接方法有鑲嵌、纏繞或高頻焊接，其中焊接最為密切

15、，但加工費(fèi)用較高。 化工原理結(jié)構(gòu)及工作原理：將一根金屬管的兩端密封，抽出不凝性氣體，充以一定量的某種工作液體而成。當(dāng)熱管的一端被加熱時(shí)，工作液體受熱沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽流至冷卻端冷凝放出冷凝潛熱，冷凝液沿著具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的吸液芯在毛細(xì)管力的作用下回流至加熱段再次沸騰汽化，工作介質(zhì)如此反復(fù)循環(huán)，熱量則由熱管的軸向由加熱端傳至冷卻端。 1導(dǎo)管 2吸液芯 3蒸汽 4吸熱蒸發(fā)端 5保溫層 6放熱冷凝端 化工原理熱管式CPU散熱器化工原理熱管式CPU散熱器化工原理Zalman夾心式一體化熱管顯卡散熱器化工原理AeroCool熱管散熱器DP-102將1700+超到2.2GHz以上的水平時(shí)，CPU溫度僅僅只有19度化工原理化工原理用途：給熱系數(shù)很小的氣