換熱器教學課件

換熱器教學課件2023/4/29第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1換熱器設計計算的內(nèi)容

在設計一個熱交換器時，從收集原始資料開始，到正式繪畫圖紙為止，需要進行一系列的設計計算工作，這種計算一般包括下列幾個方面的內(nèi)容:第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

(1)熱計算

根據(jù)給出的具體條件，例如熱交換器的類型，流體的進、出口溫度，壓力，它們的物理化學性質，在傳熱過程中有無相變……等等，求出熱交換器的傳熱系數(shù)，進而算出傳熱面積的大小。第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一(2)結構計算

根據(jù)傳熱面積的大小計算熱交換器主要部件和構件的尺寸，例如管子的直徑、長度、根數(shù)，殼體的直徑，縱向隔板和折流板的尺寸和數(shù)目，分程隔板的數(shù)目和布置，以及連接管尺寸等等。第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一(3)流動阻力計算

進行流動阻力計算的目的在于為選擇泵或風機提供依據(jù)，或者核算其壓降是否在限定的范圍之內(nèi)。當壓降超過允許的數(shù)值時，則必須改變熱交換器的某些尺寸，或者改變流速等。第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

(4)強度計算計算

熱交換器各部件尤其是受壓部件(如殼體)的應力大小，檢查其強度是否在允許范圍內(nèi)，對于在高溫高壓下工作的熱交換器，更不能忽視這一步。在考慮強度時，應該盡量采用我國生產(chǎn)的標準材料和部件，按照國家壓力容器安全技術規(guī)定進行計算或核算。第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

在熱交換器向著大型化發(fā)展并對傳熱進行強化的情況下，有可能因流體的流速過高而引起強烈的振動，嚴重時甚至可使整個熱交換器遭到破壞。因而在設計熱交換器時，還必須對其振動情況進行預測或校核，判斷有無產(chǎn)生強烈振動的可能，以便采取相應的減振措施，保證安全運行。

第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1.1熱計算基本方程式第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一傳熱計算

設計計算

校核計算

根據(jù)生產(chǎn)任務的要求，確定換熱器的傳熱面積及換熱器的其它有關尺寸，以便設計或選用換熱器。判斷一個換熱器能否滿足生產(chǎn)任務的要求或預測生產(chǎn)過程中某些參數(shù)的變化對換熱器傳熱能力的影響?！训?頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一換熱器熱計算的基本公式為傳熱方程式：熱平衡方程式：第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一對于設計計算而言，給定的是，以及進出口溫度中的三個，最終求獨立變量：需要給定其中的5個變量，才可以計算另外三個變量。對于校核計算而言，給定的一般是，F(xiàn)，以及2個進口溫度，待求的是第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1.1.1傳熱方程式傳熱方程式的普遍形式為（1.1）⊙第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一在工程計算中采用如下簡化的傳熱方程式（1.2）⊙第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1.1.2熱平衡方程式

如果不考慮散至周圍環(huán)境的熱損失，則冷流體所吸收的熱量就應該等于熱流體所放出的熱量。這時熱平衡方程式可寫為：（1.3）⊙第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一當流體無相變時，熱負荷也可用下式表示（1.4）在工程中一般都采取平均比熱（1.5）第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

式(1.5)中的乘積Mc稱為熱容量，它的數(shù)字代表流體的溫度每改變1℃時所需的熱量，用W表示。因而式(1.5)可寫成

（1.6）（1.7）

兩種流體在熱交換器內(nèi)的溫度變化(溫降或溫升)與它們的熱容量成反比。

或第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一以上討論的是沒有散熱損失的情況，實際上任何熱交換器都有散向周圍環(huán)境的熱損失（QL)，這時熱平衡方程式就可寫成（1.8b）（1.8a）第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1.2平均溫差第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1.2.1流體的溫度分布

流體在熱交換器內(nèi)流動，其溫度變化過程以平行流動最為簡單。圖中所示的為流體平行流動時溫度變化的示意圖。圖中的縱坐標表示溫度，橫坐標表示傳熱面積。第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一圖（a）是一側蒸汽冷凝而另一側為液體沸騰，兩種流體都有相變的傳熱。因為冷凝和沸騰都在等溫下進行，故其傳熱溫差為，且在各處保持相同的數(shù)值。

第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一圖（b)表示的是熱流體在等溫下冷凝而將其熱量傳給溫度沿著傳熱面不斷提高的冷流體，其傳熱溫差從進口端的

變化到出口端。第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一圖(c)是冷流體在等溫下沸騰，而熱流體的溫度沿傳熱面不斷降低，其傳熱溫差從進口端的變化到出口端的第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一若兩種流體都沒有發(fā)生相變，這里又有兩種不同情形：順流和逆流。圖（d)順流，兩種流體向著同一方向平行流動，熱流體的溫度沿傳熱面不斷降低，冷流體的溫度沿傳熱面不斷提高。兩者的溫差從進口端的

變化到出口端的.第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一圖（e)逆流，兩種流體以相反的方向平行流動，傳熱溫差從一端的變化到另一端的第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一圖(f)所示的冷凝器內(nèi)的溫度變化過程要比圖(b)所示的更加普遍一些。在這里，蒸汽在高于飽和溫度的狀態(tài)下進在等溫冷凝，在凝結液離開熱交換器之前還產(chǎn)生液體的過冷。冷流體可以是順流方向或逆流方向通過。傳熱溫差的變化要比前面各種情形復雜。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一圖（g)所表示的是冷流體在液態(tài)情況下進入設備吸熱，沸騰，然后過熱。第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1.2.2順流和逆流情況下的平均溫差平均溫差：整個熱交換器各處溫差的平均值。但是應用不同的平均方法，就有不同的名稱，例如算術平均溫差、對數(shù)平均溫差、積分平均溫差等等。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一恒溫差傳熱：變溫差傳熱：

傳熱溫度差不隨位置而變的傳熱

傳熱溫度差隨位置而改變的傳熱

傳熱流動形式

順流：逆流：錯流：折流：兩流體平行而同向的流動兩流體平行而反向的流動兩流體垂直交叉的流動一流體只沿一個方向流動，而另一流體反復折流第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一在對順、逆流熱交換器的傳熱溫差作過分析前假定:（1）兩種流體的質量流量和比熱在整個傳熱面上保持定值;（2）傳熱系數(shù)在整個傳熱面上不變;（3）熱交換器沒有熱損失;（4）沿管子的軸向導熱可以忽略;（4）同一種流體從進口到出口的流動過程中，不能既有相變又有單相對流換熱。第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一經(jīng)分析，傳熱溫差沿傳熱面是按下面所示的指數(shù)規(guī)律變化的此處“十”號用于順流，“一”號用于逆流。（1.9）第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一在順流時，不論W1、W2值的大小如何，總有μ＞0，因而在熱流體從進口到出口的方向上，兩流體間的溫差⊿t總是不斷降低第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

逆流，沿著熱流體進口到出口的方向上，當W1<W2，時，μ＞0,⊿t不斷降低；當W1>W2時，μ<0，⊿t不斷升高。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一按照式(1.9)所示的溫差變化關系，在《傳熱學》中已推導出對于順流、逆流熱交換器均可適用的平均溫差計算公式為:（1.10）由于其中包含了對數(shù)項，常稱這種平均溫差為對數(shù)平均溫差，以或LMTD表示。

第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一順流和逆流的區(qū)別在于：順流：逆流：第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一如不分傳熱面的始端和終端，而用代表中之大者，以代表兩者中之小者，則對數(shù)平均溫差可統(tǒng)一寫成（1.11）第35頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一如果流體的溫度沿傳熱面變化不太大（）可用算術平均的方法計算平均溫差，稱算術平均溫差，即（1.12）例：在一單殼單管程無折流擋板的列管式換熱器中，用冷卻水將熱流體由100℃冷卻至40℃，冷卻水進口溫度15℃，出口溫度30℃，試求在這種