第12章 熱交換器

1、112.1 熱交換器簡(jiǎn)介熱交換器簡(jiǎn)介12.2 對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差12.3 熱交換器的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算熱交換器的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算2 兩種或者兩種以上溫度不相同的流體在其中進(jìn)行熱量交兩種或者兩種以上溫度不相同的流體在其中進(jìn)行熱量交換的設(shè)備稱為換的設(shè)備稱為 熱交換器熱交換器 。 熱交換器是對(duì)導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱方式的綜合運(yùn)用，熱交換器是對(duì)導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱方式的綜合運(yùn)用，尤其側(cè)重對(duì)流換熱，同時(shí)它又是展示強(qiáng)化換設(shè)備或元件尤其側(cè)重對(duì)流換熱，同時(shí)它又是展示強(qiáng)化換設(shè)備或元件傳熱性能的重要舞臺(tái)。傳熱性能的重要舞臺(tái)。 12.1 熱交換器簡(jiǎn)介熱交換器簡(jiǎn)介12.1.1 熱交換器的分類和型式熱交換器的分類和型式

2、按基本工作原理劃分：按基本工作原理劃分：間壁式間壁式、混合式混合式和和蓄熱式蓄熱式 間壁式間壁式：火力發(fā)電站的給水加熱器，化工企業(yè)中的冷：火力發(fā)電站的給水加熱器，化工企業(yè)中的冷卻器、冷凝器，集中供熱系統(tǒng)中的汽卻器、冷凝器，集中供熱系統(tǒng)中的汽-水換熱器，冰箱及水換熱器，冰箱及大型制冷機(jī)組的蒸發(fā)器、冷凝器等大型制冷機(jī)組的蒸發(fā)器、冷凝器等 按流體的相對(duì)流動(dòng)方向：按流體的相對(duì)流動(dòng)方向：順流順流、逆流逆流、混合流混合流和和交叉流交叉流 312.1.2 換熱器的總傳熱系數(shù)換熱器的總傳熱系數(shù) 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) 與第三類邊界條件下的與第三類邊界條件下的總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)的區(qū)別的區(qū)別 換熱器熱計(jì)算需要先確

3、定該換熱器熱計(jì)算需要先確定該平均傳熱溫差平均傳熱溫差 還要考慮換熱表面結(jié)垢、腐蝕、生銹，甚至穿孔泄漏等問(wèn)還要考慮換熱表面結(jié)垢、腐蝕、生銹，甚至穿孔泄漏等問(wèn)題題 注意正確區(qū)分核算面積，尤其對(duì)肋化表面注意正確區(qū)分核算面積，尤其對(duì)肋化表面 mkA t412.1.3 污垢熱阻污垢熱阻 換熱器的換熱器的污垢污垢通常指含有各種雜質(zhì)、污物及化學(xué)成分的工通常指含有各種雜質(zhì)、污物及化學(xué)成分的工藝流體或冷卻水在換熱表面上沉積形成的一層固態(tài)物質(zhì)藝流體或冷卻水在換熱表面上沉積形成的一層固態(tài)物質(zhì) 污垢種類很多，影響因素非常復(fù)雜污垢種類很多，影響因素非常復(fù)雜 污垢的形成機(jī)理十分復(fù)雜，尚無(wú)法對(duì)垢阻的數(shù)值做出準(zhǔn)確污垢的形成機(jī)

4、理十分復(fù)雜，尚無(wú)法對(duì)垢阻的數(shù)值做出準(zhǔn)確的理論預(yù)測(cè)的理論預(yù)測(cè)0f11kkR5 簡(jiǎn)化假設(shè)：簡(jiǎn)化假設(shè)： (1) 兩側(cè)流體的熱容量（質(zhì)量流量與比熱容之乘積）沿?fù)Q熱兩側(cè)流體的熱容量（質(zhì)量流量與比熱容之乘積）沿?fù)Q熱面保持常數(shù)；面保持常數(shù)； (2) 總傳熱系數(shù)沿?fù)Q熱面保持常數(shù)；總傳熱系數(shù)沿?fù)Q熱面保持常數(shù)； (3) 換熱器沒(méi)有散熱，即熱流體的放熱等于冷流體的吸熱；換熱器沒(méi)有散熱，即熱流體的放熱等于冷流體的吸熱； (4) 忽略換熱器壁面的軸向?qū)?，也不考慮流體進(jìn)出口的動(dòng)忽略換熱器壁面的軸向?qū)?，也不考慮流體進(jìn)出口的動(dòng)能和位能變化。能和位能變化。 6maxminmmaxminln(/)ttttt7 逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平

5、均溫差大于順流逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差大于順流 逆流時(shí)冷流體的終溫可能超過(guò)熱流體終溫逆流時(shí)冷流體的終溫可能超過(guò)熱流體終溫 逆流換熱可能出現(xiàn)熱容量恰好相等的情況逆流換熱可能出現(xiàn)熱容量恰好相等的情況 既可用于單相傳熱，也可用于相變傳熱。但在既有單相，既可用于單相傳熱，也可用于相變傳熱。但在既有單相，又有相變換熱時(shí)，又有相變換熱時(shí)， 必須必須 分兩段各自計(jì)算其平均溫差分兩段各自計(jì)算其平均溫差 兩種流體均不混合的交叉流，只要一方的折流次數(shù)高于兩種流體均不混合的交叉流，只要一方的折流次數(shù)高于4次，可按純逆流或者純順流計(jì)算次，可按純逆流或者純順流計(jì)算 8 交叉流換熱器交叉流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差一般介于順流和逆

6、流之間的對(duì)數(shù)平均溫差一般介于順流和逆流之間 tm = tm,cf 稱為稱為溫差修正系數(shù)溫差修正系數(shù) 參變量參變量 P、R 說(shuō)明：說(shuō)明：(1) 對(duì)管殼式，只需要區(qū)分管側(cè)和殼側(cè)，無(wú)需區(qū)分對(duì)管殼式，只需要區(qū)分管側(cè)和殼側(cè)，無(wú)需區(qū)分哪種流體走管側(cè)哪種流體走管側(cè)。 (2)一側(cè)混合的交叉流換熱器指流體在與流動(dòng)垂直方一側(cè)混合的交叉流換熱器指流體在與流動(dòng)垂直方向上可以發(fā)生橫向混合。查圖線時(shí)不必區(qū)分究竟哪一側(cè)混向上可以發(fā)生橫向混合。查圖線時(shí)不必區(qū)分究竟哪一側(cè)混合合。 (3) 若一側(cè)發(fā)生相變，若一側(cè)發(fā)生相變，P、R 中必定有一個(gè)等于零，中必定有一個(gè)等于零，這時(shí)這時(shí) = 1，即相變換熱等同于逆流。即相變換熱等同于逆流

7、。9 換熱器熱計(jì)算有兩種基本類型，換熱器熱計(jì)算有兩種基本類型，設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和和 校核計(jì)算校核計(jì)算。設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)是：根據(jù)給定的介質(zhì)流量和進(jìn)出口溫度，設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)是：根據(jù)給定的介質(zhì)流量和進(jìn)出口溫度，選擇合適的換熱器型式和流道布置方案，求出總傳熱系選擇合適的換熱器型式和流道布置方案，求出總傳熱系數(shù)，從而確定所需要的換熱面積數(shù)，從而確定所需要的換熱面積 校核計(jì)算針對(duì)一臺(tái)已有的換熱器，核查它能否完成預(yù)定校核計(jì)算針對(duì)一臺(tái)已有的換熱器，核查它能否完成預(yù)定的某項(xiàng)換熱任務(wù)，即核算兩側(cè)流體的出口溫度能否達(dá)到的某項(xiàng)換熱任務(wù)，即核算兩側(cè)流體的出口溫度能否達(dá)到預(yù)期值預(yù)期值 換熱器傳熱設(shè)計(jì)的基本依據(jù)換熱器傳熱設(shè)計(jì)

8、的基本依據(jù)：m1111( )pq cttm2p222()q cttmtAk10用平均溫差方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟是用平均溫差方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟是：已知參數(shù)：兩側(cè)流體的流量或熱容量，已知參數(shù)：兩側(cè)流體的流量或熱容量，4個(gè)進(jìn)出口溫度中個(gè)進(jìn)出口溫度中的的3個(gè)，求總傳熱量、總傳熱系數(shù)和傳熱面積。個(gè)，求總傳熱量、總傳熱系數(shù)和傳熱面積。根據(jù)能量守恒計(jì)算所缺的溫度值以及總傳熱量。根據(jù)能量守恒計(jì)算所缺的溫度值以及總傳熱量。如果總傳熱系數(shù)已給定，可直接進(jìn)入下一步；若未給定則如果總傳熱系數(shù)已給定，可直接進(jìn)入下一步；若未給定則要進(jìn)行迭代計(jì)算。要首先初選流道布置方案，計(jì)算兩側(cè)流要進(jìn)行迭代計(jì)算。要首先初選流道

9、布置方案，計(jì)算兩側(cè)流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)從而確定總傳熱系數(shù)。體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)從而確定總傳熱系數(shù)。根據(jù)進(jìn)出口溫度和流道布置求平均傳熱溫差。根據(jù)進(jìn)出口溫度和流道布置求平均傳熱溫差。由傳熱方程計(jì)算換熱面積并與初選面積進(jìn)行比較。若不一由傳熱方程計(jì)算換熱面積并與初選面積進(jìn)行比較。若不一致就需要修改布局重新計(jì)算，直到兩者基本一致為止致就需要修改布局重新計(jì)算，直到兩者基本一致為止 。11校核計(jì)算的主要步驟是校核計(jì)算的主要步驟是： (1) 假設(shè)任一側(cè)流體的出口溫度，通過(guò)熱平衡方程確定另假設(shè)任一側(cè)流體的出口溫度，通過(guò)熱平衡方程確定另一個(gè)出口溫度。一個(gè)出口溫度。 (2) 根據(jù)流量、已知傳熱面積求出對(duì)數(shù)平均溫差并確定總根據(jù)流量、已知傳熱面積求出對(duì)數(shù)平均溫差