板式換熱器的計算方法

板式換熱器的計算方法板式換熱器的計算是一個比較復雜的過程，當前比較流行的方法是對數(shù)均勻溫差法和NTU法。在計算機沒有普及的時候，各個廠家大多采納計算參數(shù)近似估量和流速-總傳熱系數(shù)曲線估量方法。當前，愈來愈多的廠家采納計算機計算，這樣，板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、正確。以下簡要說明無相變時板式換熱器的一般計算方法，該方法是以傳熱和壓降準則關系式為基礎的設計計算方法。以下五個參數(shù)在板式換熱器的選型計算中是一定的：總傳熱量（單位：kW）.一次側、二次側的出入口溫度一次側、二次側的同意壓力降最高工作溫度最大工作壓力假如已知傳熱介質的流量，比熱容以及出入口的溫度差，總傳熱量即可計算得出。溫度T1=熱側入口溫度 * A3F7 y&G7S+QT2=熱側出口溫度 3 s'_% s5s.T"D0q4bt1=冷側入口溫度 & L8~: |;B:t2M2w$zt2=冷側出口溫度熱負荷熱流量衡算式反應兩流體在換熱過程中溫度變化的互相關系，在換熱器保溫優(yōu)秀，無熱損失的狀況下，關于穩(wěn)態(tài)傳熱過程，其熱流量衡算關系為：0BN/I"A+m0z'H9~(熱流體放出的熱流量)=(冷流體汲取的熱流量)在進行熱衡算時，對有、無相變化的傳熱過程其表達式又有所差異。(1)無相變化傳熱過程式中Q——冷流體汲取或熱流體放出的熱流量， W；#Q/p3p:I4~0N'I)Wmh,mc 熱、冷流體的質量流量，kg/s； +Z:I9b-h9h"r3P){/Cph,Cpc 熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/(kg?K)；6L8t6b3o&m/nT1,t1 熱、冷流體的入口溫度，K；T2,t2 熱、冷流體的出口溫度，K。(2)有相變化傳熱過程兩物流在換熱過程中，此中一側物流發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其熱流量衡算式為：&w3v)j4I4R一側有相變化1Y#e$B6c&z%C3W-W*J雙側物流均發(fā)生相變化，如一側冷凝另一側沸騰的傳熱過程式中可編寫可改正r,r1,r2 物流相變熱，J/kg；D,D1,D2 相變物流量，kg/s。關于過冷或過熱物流發(fā)生相變時的熱流量衡算，則應按以上方法分段進行加和計算。對數(shù)均勻溫差(LMTD)對數(shù)均勻溫差是換熱器傳熱的動力，對數(shù)均勻溫差的大小直接關系到換熱器傳熱難易程度 .在某些特別狀況下沒法計算對數(shù)均勻溫差，此時用算術均勻溫差取代對數(shù)均勻溫差，介質在逆流情況和在并流狀況下的對數(shù)均勻溫差的計算方式是不一樣的。在一些特別狀況下，用算術均勻溫差代替對數(shù)均勻溫差。熱長(F)熱長和一側的溫度差和對數(shù)均勻溫差有關系。 F=dt/LMTD以下四個介質的物理性質影響的傳熱：密度、粘度、比熱容、導熱系數(shù)總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)是用來權衡換熱器傳熱阻力的一個參數(shù)。傳熱阻力主假如由傳熱板片資料和厚度、污垢和流體自己等要素組成。單位：W/m2°Corkcal/h,m22.壓力降壓力降直接影響到板式換熱器的大小，假如有較大的同意壓力降，則可能減少換熱器的成本，但會損失泵的功率，增添運轉花費。一般狀況下，在水水換熱狀況下，同意壓力降一般在20-100KPa是能夠解接受的。污垢系數(shù)和管殼式換熱器對比，板式換熱器中水的流動是處于高湍流狀態(tài)，同一種介質的有關于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在沒法確立水的污垢系數(shù)的狀況下，在計算時能夠保存3可編寫可改正10%的富饒量。計算方法熱負荷能夠用下式表示:Q=m?cp?dtQ=k?A?LMTDQ=熱負荷(kW)0s〃f$\8]〃11J$F)(m=質量流速(kg/s)cp=比熱(kJ/kg°C)dt=介質的出入口溫度差(C)#A6n%p-伊yk=總傳熱系數(shù)(W/m2C)A=傳熱面積(m2)LMTD=對數(shù)均勻溫差總的傳熱系數(shù)用下式計算：此中：k=總傳熱系數(shù)(W/m2C)a1=一次測的換熱系數(shù)(W/m2C)a2=一次測的換熱系數(shù)(W/m2C):r!r.f+v#w;r;C5=傳熱板片的厚度(m);f8X-L/]0h-~〃s3"9e入成片的導熱系數(shù)(W/mC)4可編寫可改正R1、R2分別是雙側的污垢系數(shù)(m2°C/W)a1、a2能夠用努賽爾準則式求得。板式換熱器選型計算板式換熱器是一種高效緊湊型熱互換設施，它擁有傳熱效率高、阻力損失小、構造緊湊、拆裝方便、操作靈巧等長處，當前寬泛應用于冶金、機械、電力、石油、化工、制藥、紡織、造紙、食品、城鎮(zhèn)小區(qū)集中供熱等各個行業(yè)和領域，所以掌握板式換熱器的選型計算對每個工程設計人員都是特別重要的。當前板式換熱器的選型計算一般分為手工簡略算法、手工標準算法及計算機算法三種，以下就三種算法的特色進行簡要的說明。一、手工簡略算法 計算公式：F=Wq/(K*△T)式中F—換熱面積m2Wq—換熱量WK 一傳熱系數(shù)W/m2?C△T—均勻對數(shù)溫差C依據(jù)選定換熱系統(tǒng)的有關參數(shù)，計算換熱量、均勻對數(shù)溫差，設定傳熱系數(shù)，求出換熱面積。選定廠家及換熱器型號，計算板間流速，經過廠家樣本供給的傳熱特征曲線及流阻特征曲線，查出實質傳熱系數(shù)及壓降。若實質傳熱系數(shù)小于設定傳熱系數(shù)，則應降低設定傳熱系數(shù)，從頭計算。若實質傳熱系數(shù)大于設定傳熱系數(shù)，而實質壓降大于設定壓降，則應進一步降低設定傳熱系數(shù)，增大換熱面積，從頭計算。經過頻頻校核，直到計算結果知足換熱系統(tǒng)的要求，最后確立換熱器型號及換熱面積大小。這類算法的長處是計算簡單，步驟少，時間短；弊端是結果不正確，應用范圍窄。造成結果不正確的原由主假如樣本所供給的傳熱特征曲線及流阻特征曲線是必定工況條

可編寫可改正件下的曲線，而設計工況可能與之不符。別的樣本所供給的傳熱特征曲線及流阻特征曲線僅為水一水換熱系統(tǒng)，在使用中有很大的限制性。以下給出佛山顯像管廠總裝廠房低溫冷卻水及 40C熱水兩套換熱系統(tǒng)實例加以說明采納手工簡略算法得出的計算結果與實測結果的差異:BR35F=36m2 北京市華都換熱設施廠卻水系統(tǒng)流量m/h進水溫度C出水溫度C壓降MPa流量m/h進水溫度C出水溫度C壓降MPa計算結m BB m592817130611果實測結果BR05F=5i63m2北22二京市華都17換熱設施廠2172240C熱水系統(tǒng)工藝水高溫水流量3m/h進水溫度C出水溫度C壓降MPa流量3m/h進水溫度C出水溫度C壓降MPa計算結果6104099070實測結果10333919036工藝水冷凍水、手工標準算法計算方法與步驟（一）工藝條件熱介質出入口溫度°CTh1Th2流量3/hQh壓力損失（同意值）出入口溫度°CTh1Th2流量3/hQh壓力損失（同意值）MPa△Ph冷介質出入口溫度CTc1Tc2流量3/hQc流量3/hQc可編寫可改正壓力損失(同意值)MPaAPc(二)物性參數(shù)物性溫度 °CTh=(Th1+Th2)/2Tc=(Tc1+Tc2)/2介質重度Kg/m3YhYc介質比熱KJ/kg.CCph Cpc導熱系數(shù)W/m.C入h入c運動粘度m2/svhvc普朗特數(shù)PrhPrc均勻對數(shù)溫差(逆流)△T=((Th1-Tc2)-(Th2-Tc1))/ln((Th1-Tc2)/(Th2-Tc1))或^T=((Th1-Tc2)+(Th2-Tc1))/2 (分子等于零)計算換熱量Wq二Qh* Yh*Cph*(Th1-Th2)=Qc*Yc*Cpc*(Tc2-Tc1)W設施選型依據(jù)樣本供給的型號聯(lián)合流量定型號，主要依照于角孔流速。即:Wl=4*Q/(3600*n*Dz) W?sWl 一角孔流速m/sQ 一介質流量m3/hD一角孔直徑m(六)定型設施參數(shù)(樣本供給)單板換熱面積sm2單通道橫截面積fm2板片間距l(xiāng)m均勻當量直徑dem(d ^2*l)傳熱準則方程式Nu=a*Re b*Prm壓降準則方程式Eu=x*ReyNu—努塞爾數(shù)Eu—歐拉數(shù)—板形有關參數(shù)、指數(shù)

Re一雷諾數(shù)Pr—普朗特數(shù)m一指數(shù)熱介質m= 冷介質m=(七)制定板間流速初值Wh或WcWc=Wh*Qc/Qh（純逆流時）W取?s（八）計算雷諾數(shù)Re二W*de/vW—計算流速 m/sde—當量直徑mv—運動粘度m2/s（九）計算努塞爾數(shù)Nu=a*Reb*Prm（十）計算放熱系數(shù)a=Nu*入/dea一放熱系數(shù)W/m2?C入一導熱系數(shù)W/m.C分別得出ah、ac熱冷介質放熱系數(shù)（十）計算傳熱系數(shù)K=1/(1/a+1/a+r+r+r)W/m2.°Ch cp h cr—板片熱阻P?C/Wr一熱介質污垢熱阻h??C/Wr—冷介質污垢熱阻c—?C/W（十二）計算理論換熱面積Fm=Wq/(K*△T)（十三）計算換熱器單組程流道數(shù)n=Q/(3600*f*W)（圓整為整數(shù)）Q—流量m3/h

一單通道橫截面積 m2—板間流速 m/s（十四）計算換熱器程數(shù)（十四）計算換熱器程數(shù)N=(Fm/s+1)/(2*n)（十五）（十六）一單板換熱面積計算實質換熱面積F=(2*N*n-1)*s計算歐拉數(shù)m2（十五）（十六）一單板換熱面積計算實質換熱面積F=(2*N*n-1)*s計算歐拉數(shù)m2（純逆流）Eu=x*Rey（十七）計算壓力損失（十七）計算壓力損失- -6△P=Eu*Y*W*N*10MPaY—介質重度Kg/m3—板間流速 m/sN一換熱器程數(shù)選定廠家，依據(jù)角孔流速確立換熱器型號，從手冊查出在設計工況下冷、熱介質的各樣物理參數(shù)，依據(jù)廠家樣本供給的傳熱經驗公式及流阻經驗公式，初步設定流體的板間流速，求出雷諾數(shù)，經計算得出傳熱系數(shù)及壓力損失，在實質換熱面積不小于理論換熱面積的前提下，若壓力損失大于許用值，則應進一步降低初定的板間流速，從頭計算。經過頻頻校核，直到計算結果知足換熱系統(tǒng)的要求，最后確立換熱器型號及換熱面積大小。這類算法的長處是計算結果正確，應用范圍廣；弊端是計算復雜，步驟多，時間長。三、計算機算法利用計算機進行板式換熱器選型計算，充足發(fā)揮了計算機運算速度快的專長，一個計算在微機上幾秒鐘內就能達成，且結果的正確性是手算難以達到的。板換廠家選型計算軟件中存貯了計算所需的不一樣水溫時水的各樣物理參數(shù)及板式換熱器定型設施的全部參數(shù)，設計人員在計算機長進行計算時只要輸入工藝條件（如水量、水溫、壓降等）就能立刻得出計算結果，這為設計人員供給了極大的方便。計算人員還能夠輸入不一樣的工藝條件（如水量、水溫同樣，壓降不一樣樣）或改換換熱器型號以得出不一樣的計算結果，經過對結果的比較、優(yōu)化，最后選定既經濟合理又性能靠譜的板式換熱器。設計人員在要求板換廠家供給板式換熱器選型計算書時，除了向板換廠家供給換熱系統(tǒng)的換熱量（或液體流量）、冷熱介質的出入水溫、壓力損失外，還應當供給污垢系數(shù)（亦稱污垢熱阻）。壓力損失、污垢系數(shù)的設定值對選型是特別重要的。壓力損失設定值過大，換熱面積減小，固然節(jié)儉了設施一次性投資，但使換熱系統(tǒng)的能量耗費增添、保護沖洗花費增添、設施運轉時間縮短；壓力損失設定值過小，換熱面積增大，造成設施一次性投資增添。要達到既節(jié)儉了一次性投資，又使能量耗費、保護沖洗花費達到一個合理值，最正確的壓力損失為。污垢系數(shù)因換熱介質不一樣而不一樣，設計人員不該為了安全而盲目將污垢系數(shù)取大，污垢系數(shù)最大不超出?°c/W。以下給出常用介質板式換熱器的污垢系數(shù)：液體的種類污垢系數(shù)（m2?C/W）軟水或蒸餾水低硬度的工業(yè)用水高硬度的工業(yè)用水辦理過的冷卻塔循環(huán)水潤滑油植物油有機溶劑以下分別給出瑞典舒瑞普企業(yè)及北京華海換熱器廠對某一換熱系統(tǒng)的計算結果，并對結果進行剖析和比較：計算條件工藝水Q=25m3/hTh1=25CTh2=20C壓力損失冷凍水Tc1=5CTc2=10C污垢系數(shù)m2?C/kW瑞典舒瑞普企業(yè)計算結果工藝水流量（m/h）冷凍水流量（m/h）工藝水入口溫度（C）冷凍水入口溫度（C）工藝水出口溫度（C）冷凍水出口溫度（C）工藝水均勻溫度（C）冷凍水均勻溫度（C）工藝水容重（Kg/皿）冷凍水容重（Kg/m3）

工藝水比熱（KJ/Kg?°C）冷凍水比熱（KJ/Kg?C）工藝水導熱系數(shù)（W/m?C）冷凍水導熱系數(shù)（W/m?C）-6 2工藝水運動粘度（10-m/s）-6 2冷凍水運動粘度（10?m/s）工藝水壓力損失（MPa）冷凍水壓力損失（MPa）工藝水角孔直徑（mm） 70冷凍水角孔直徑（mm） 70工藝水角孔流速（m/s）冷凍水角孔流速（m/s）工藝水板間流速（m/s）冷凍水板間流速（m/s）工藝水雷諾數(shù) 6190冷凍水雷諾數(shù) 4150均勻對數(shù)溫差（C） 15一… 2污垢系數(shù)（m?C/kW）換熱量（kW）……一… 2傳熱系數(shù)（W/m?C） 3847…….一 2換熱面積（m）換熱器程數(shù) 1換熱器型號 GX-12板片總數(shù) 23板片資料 AISI316板片厚度（mm）墊片資料 NBR（S）最高工作壓力（MPa）北京華海換熱器廠計算結果、 3工藝水流量（m/h）、 3冷凍水流量（m/h）工藝水入口溫度（C）冷凍水入口溫度（C）工藝水出口溫度（C）冷凍水出口溫度（C）工藝水均勻溫度（C）冷凍水均勻溫度（C）工藝水容重（Kg/血）冷凍水容重（Kg/郁）工藝水比熱（KJ/Kg?C）冷凍水比熱（KJ/Kg?C）工藝水導熱系數(shù)（W/m?C）冷凍水導熱系數(shù)（W/m?C） -6 2..工藝水運動粘度（10 ?m/s） -6 2.冷凍水運動粘度（10?m/s）工藝水壓力損失（MPa）冷凍水壓力損失（MPa）工藝水角孔直徑（mm） 70冷凍水角孔直徑（mm） 70工藝水角孔流速（m/s）冷凍水角孔流速（m/s）工藝水板間流速（m/s）冷凍水板間流速（m/s）工藝水雷諾數(shù)3278冷凍水雷諾數(shù)828均勻對數(shù)溫差（°C）污垢熱阻（m2?C/kW）換熱量（kW）……一… 2傳熱系數(shù)（W/m?C）2251山rr—4 / 2、換熱面積（m）換熱器程數(shù)1換熱器型號BR20板片總數(shù)35板片資料SUS304板片厚度（mm）墊片資料EPNM最高工作壓力（MPa）從計算結果能夠看出，舒瑞普企業(yè)在計算中采納溫度設定值不變，經過調整污垢系數(shù)，改變傳熱系數(shù)來知足傳熱方程F=Wq/（K*△T）。北京華海換熱器廠在計算中采納污垢系數(shù)設定值不變，經過調整冷凍水出口溫度，改變均勻對數(shù)溫差及傳熱系數(shù)來知足傳熱方程 F=Wq/（K*△T）。換熱面積確實定在多半狀況下取決于設計工況的壓力損失設定值。北京華海換熱器廠經過增添板片數(shù)目使流道數(shù)增添、降低板間流速來知足設計工況對壓力損失的要求。 舒瑞普企業(yè)不單能夠經過增添板片數(shù)日來降低壓力損失，并且在板片數(shù)目不變的前提下經過改變板片的組合也能在必定范圍內降低壓力損失，這主要依靠于舒瑞普企業(yè)先進的板片設計， 它使得舒瑞普企業(yè)所采納的板式換熱器跟設計工況比較靠近，并且換熱面積取值較小。北京華海換熱器廠選型計算結果的主要特色是與實質工況比較靠近，它會在自控要求很高的換熱系統(tǒng)中，為正確選擇自控閥供給較為正確的數(shù)據(jù)。板式換熱器不一樣于其余設施的最顯箸特色是它的非標準化， 每個設施廠的模具都是自行開發(fā)的，各有各的特色。所以同一換熱系統(tǒng)的板式換熱器面積大小會因設施廠家的不一樣而發(fā)生變化，這一點設計人員因在設計說明中加以提示，不然業(yè)主在板式換熱器面