熱交換器原理與設(shè)計(jì)課件

PrincipiaandDesignofHeatExchangerDevice熱交換器原理與設(shè)計(jì)山東大學(xué)·能源與動(dòng)力工程學(xué)院杜文靜電話:8839900-2511PrincipiaandDesignofHeat2四、管翅式換熱器第三章緊湊式熱交換器2四、管翅式換熱器第三章緊湊式熱交換器334主要結(jié)構(gòu)和原理這類換熱器用于氣液熱交換。氣側(cè)換熱系數(shù)通常比液側(cè)低（一個(gè)數(shù)量級(jí)），所以翅片在氣側(cè)。優(yōu)點(diǎn)：高傳熱系數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，高表面密度，承壓性好缺點(diǎn)：制造困難，不易清理和檢修。結(jié)構(gòu)：管箱，翅片管、框架。翅片管由基管和翅片組合而成，基管通常為圓管，也有扁平管和橢圓管。分類：翅片管按其在管子上排列方式，可分為縱向和橫向（徑向）翅片兩大類。4主要結(jié)構(gòu)和原理52.設(shè)計(jì)計(jì)算

1）傳熱量基于翅片管光管外表面積F0基于翅片管外表面積Ff，包括翅片面積和無(wú)翅部分面積。2）傳熱系數(shù)a.單層翅片管以光管外表面積為基準(zhǔn)時(shí)以翅片管外表面為基準(zhǔn)時(shí)52.設(shè)計(jì)計(jì)算基于翅片管光管外表面積F02）傳熱系數(shù)以翅片6Ko以光管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)Kf以翅片管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)Ff翅片管外表面積Fi光管內(nèi)表面積Fo光管外表面積β翅化比β=Ff/Fi

η翅片壁面總效率ηf翅片效率Fb’以翅片根部直徑為基準(zhǔn)的無(wú)翅片部分表面積Ff’翅片管上翅片的表面積Lf翅片管的長(zhǎng)度6Ko以光管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)7b）復(fù)合翅片管（翅片與基管為不同材料）以光管外表面積（去掉翅片后）為基準(zhǔn)以翅片管外表面積為基準(zhǔn)，包括翅片面積和無(wú)翅部分的管子面積。c）濕工況（伴有結(jié)露的空氣冷卻過(guò)程即減濕冷卻過(guò)程）在管外流體的對(duì)流換熱熱阻項(xiàng)上乘以析濕系數(shù)（最后一項(xiàng)）空氣進(jìn)出口的焓和溫度7b）復(fù)合翅片管（翅片與基管為不同材料）以翅片管外表面積為基83）對(duì)流換熱系數(shù)a.空氣橫向流過(guò)圓管外環(huán)形翅片管束高翅片管束Y、H—翅片的間距、高度G—最小流通截面處質(zhì)量流速kg/m2·hb.空氣橫向流過(guò)圓管外橫向矩形翅片管束c.外螺紋管束4）壓力損失計(jì)算83）對(duì)流換熱系數(shù)高翅片管束Y、H—翅片的間距、高度b.空95）空冷器設(shè)計(jì)要考慮的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)a.b.c.d.e.f.95）空冷器設(shè)計(jì)要考慮的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)a.b.c.d.e.f.106）翅片管式熱交換器的設(shè)計(jì)程序a確定設(shè)計(jì)參數(shù)：比如設(shè)計(jì)溫度，流程，鼓風(fēng)還是吹風(fēng)，等等。b估算傳熱系數(shù)c計(jì)算最佳溫升d估算傳熱面積e計(jì)算平均溫差f估算傳熱面積g選型：管排數(shù)，管程數(shù)，迎風(fēng)面積等

精確計(jì)算：h計(jì)算管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)i選取污垢熱阻j計(jì)算管壁熱阻k計(jì)算管外換熱系數(shù)，如以光管外表面積為基準(zhǔn)。l計(jì)算傳熱系數(shù)m計(jì)算傳熱系數(shù)n計(jì)算傳熱面積，和估算值進(jìn)行比較106）翅片管式熱交換器的設(shè)計(jì)程序11五、熱管換熱器11五、熱管換熱器121.熱管換熱器的主要結(jié)構(gòu)熱管是最基本元件，從外觀上看通常是一根有翅片或無(wú)翅片的普通圓管它由管殼、毛細(xì)多空材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽通道）構(gòu)成。2.熱管換熱器的工作原理熱管沿軸向分成蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段。蒸發(fā)段受熱。工作液體蒸發(fā)。蒸汽流向冷凝段；蒸汽在冷凝段冷卻凝結(jié)成液體，液體沿吸液芯靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)端。3.優(yōu)點(diǎn)：很高的導(dǎo)熱性能；優(yōu)良的等溫性；運(yùn)行可靠性（沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件）；熱流密度可變性；熱流方向的可逆性；環(huán)境的適應(yīng)性（熱管的形狀可以變化）121.熱管換熱器的主要結(jié)構(gòu)134.熱管換熱器的分類a.按照工作溫度分類，低溫?zé)峁埽?273~0℃常溫?zé)峁埽?00~250℃中溫?zé)峁埽?50~450℃高溫?zé)峁埽?gt;450℃b.按照凝液回流的作用力分類，有芯熱管兩相閉式虹吸管，又稱重力熱管重力輔助熱管旋轉(zhuǎn)熱管磁流體動(dòng)力熱管c.按照管殼—工作介質(zhì)的材料分類，銅-水熱管碳鋼-水熱管銅剛復(fù)合-水熱管鋁-氨熱管不銹鋼-鈉熱管

134.熱管換熱器的分類145.熱管的工作特性吸液芯中凹形的氣液界面的形成屬于毛細(xì)現(xiàn)象。氣液兩側(cè)存在壓差ΔP，稱為毛細(xì)頭。加熱段和冷卻段的毛細(xì)頭分別為ΔPe’和ΔPc’，則熱管兩端毛細(xì)壓差ΔPc：熱管正常工作的必要條件：當(dāng)加熱段（蒸發(fā)段）處于半球狀凹面，冷卻段（冷凝段）處于平面時(shí)，毛細(xì)壓差達(dá)到最大值，145.熱管的工作特性吸液芯中凹形的氣液界面的形成屬于毛156.熱管的傳熱極限156.熱管的傳熱極限

PrincipiaandDesignofHeatExchangerDevice熱交換器原理與設(shè)計(jì)山東大學(xué)·能源與動(dòng)力工程學(xué)院杜文靜電話:8839900-2511PrincipiaandDesignofHeat17四、管翅式換熱器第三章緊湊式熱交換器2四、管翅式換熱器第三章緊湊式熱交換器18319主要結(jié)構(gòu)和原理這類換熱器用于氣液熱交換。氣側(cè)換熱系數(shù)通常比液側(cè)低（一個(gè)數(shù)量級(jí)），所以翅片在氣側(cè)。優(yōu)點(diǎn)：高傳熱系數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，高表面密度，承壓性好缺點(diǎn)：制造困難，不易清理和檢修。結(jié)構(gòu)：管箱，翅片管、框架。翅片管由基管和翅片組合而成，基管通常為圓管，也有扁平管和橢圓管。分類：翅片管按其在管子上排列方式，可分為縱向和橫向（徑向）翅片兩大類。4主要結(jié)構(gòu)和原理202.設(shè)計(jì)計(jì)算

1）傳熱量基于翅片管光管外表面積F0基于翅片管外表面積Ff，包括翅片面積和無(wú)翅部分面積。2）傳熱系數(shù)a.單層翅片管以光管外表面積為基準(zhǔn)時(shí)以翅片管外表面為基準(zhǔn)時(shí)52.設(shè)計(jì)計(jì)算基于翅片管光管外表面積F02）傳熱系數(shù)以翅片21Ko以光管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)Kf以翅片管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)Ff翅片管外表面積Fi光管內(nèi)表面積Fo光管外表面積β翅化比β=Ff/Fi

η翅片壁面總效率ηf翅片效率Fb’以翅片根部直徑為基準(zhǔn)的無(wú)翅片部分表面積Ff’翅片管上翅片的表面積Lf翅片管的長(zhǎng)度6Ko以光管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)22b）復(fù)合翅片管（翅片與基管為不同材料）以光管外表面積（去掉翅片后）為基準(zhǔn)以翅片管外表面積為基準(zhǔn)，包括翅片面積和無(wú)翅部分的管子面積。c）濕工況（伴有結(jié)露的空氣冷卻過(guò)程即減濕冷卻過(guò)程）在管外流體的對(duì)流換熱熱阻項(xiàng)上乘以析濕系數(shù)（最后一項(xiàng)）空氣進(jìn)出口的焓和溫度7b）復(fù)合翅片管（翅片與基管為不同材料）以翅片管外表面積為基233）對(duì)流換熱系數(shù)a.空氣橫向流過(guò)圓管外環(huán)形翅片管束高翅片管束Y、H—翅片的間距、高度G—最小流通截面處質(zhì)量流速kg/m2·hb.空氣橫向流過(guò)圓管外橫向矩形翅片管束c.外螺紋管束4）壓力損失計(jì)算83）對(duì)流換熱系數(shù)高翅片管束Y、H—翅片的間距、高度b.空245）空冷器設(shè)計(jì)要考慮的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)a.b.c.d.e.f.95）空冷器設(shè)計(jì)要考慮的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)a.b.c.d.e.f.256）翅片管式熱交換器的設(shè)計(jì)程序a確定設(shè)計(jì)參數(shù)：比如設(shè)計(jì)溫度，流程，鼓風(fēng)還是吹風(fēng)，等等。b估算傳熱系數(shù)c計(jì)算最佳溫升d估算傳熱面積e計(jì)算平均溫差f估算傳熱面積g選型：管排數(shù)，管程數(shù)，迎風(fēng)面積等

精確計(jì)算：h計(jì)算管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)i選取污垢熱阻j計(jì)算管壁熱阻k計(jì)算管外換熱系數(shù)，如以光管外表面積為基準(zhǔn)。l計(jì)算傳熱系數(shù)m計(jì)算傳熱系數(shù)n計(jì)算傳熱面積，和估算值進(jìn)行比較106）翅片管式熱交換器的設(shè)計(jì)程序26五、熱管換熱器11五、熱管換熱器271.熱管換熱器的主要結(jié)構(gòu)熱管是最基本元件，從外觀上看通常是一根有翅片或無(wú)翅片的普通圓管它由管殼、毛細(xì)多空材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽通道）構(gòu)成。2.熱管換熱器的工作原理熱管沿軸向分成蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段。蒸發(fā)段受熱。工作液體蒸發(fā)。蒸汽流向冷凝段；蒸汽在冷凝段冷卻凝結(jié)成液體，液體沿吸液芯靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)端。3.優(yōu)點(diǎn)：很高的導(dǎo)熱性能；優(yōu)良的等溫性；運(yùn)行可靠性（沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件）；熱流密度可變性；熱流方向的可逆性；環(huán)境的適應(yīng)性（熱管的形狀可以變化）121.熱管換熱器的主要結(jié)構(gòu)284.熱管換熱器的分類a.按照工作溫度分類，低溫?zé)峁埽?273~0℃常溫?zé)峁埽?00~250℃中溫?zé)峁埽?50~450℃高溫?zé)峁埽?gt;450℃b.按照凝液回流的作用力分類，有芯熱管兩相閉式虹吸管，又稱重力熱管重力輔助熱管旋轉(zhuǎn)熱管磁流體動(dòng)力熱管c.按照管殼—工作介質(zhì)的材料分類，銅-水熱管碳鋼-水熱管銅剛復(fù)合-水熱管鋁-氨熱管不銹鋼-鈉熱管