換熱器教學(xué)課件

換熱器教學(xué)課件2023/6/19第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容

在設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換器時(shí)，從收集原始資料開(kāi)始，到正式繪畫(huà)圖紙為止，需要進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算工作，這種計(jì)算一般包括下列幾個(gè)方面的內(nèi)容:第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

(1)熱計(jì)算

根據(jù)給出的具體條件，例如熱交換器的類(lèi)型，流體的進(jìn)、出口溫度，壓力，它們的物理化學(xué)性質(zhì)，在傳熱過(guò)程中有無(wú)相變……等等，求出熱交換器的傳熱系數(shù)，進(jìn)而算出傳熱面積的大小。第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)傳熱面積的大小計(jì)算熱交換器主要部件和構(gòu)件的尺寸，例如管子的直徑、長(zhǎng)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。第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3)流動(dòng)阻力計(jì)算

進(jìn)行流動(dòng)阻力計(jì)算的目的在于為選擇泵或風(fēng)機(jī)提供依據(jù)，或者核算其壓降是否在限定的范圍之內(nèi)。當(dāng)壓降超過(guò)允許的數(shù)值時(shí)，則必須改變熱交換器的某些尺寸，或者改變流速等。第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

(4)強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算

熱交換器各部件尤其是受壓部件(如殼體)的應(yīng)力大小，檢查其強(qiáng)度是否在允許范圍內(nèi)，對(duì)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(qiáng)度時(shí)，應(yīng)該盡量采用我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料和部件，按照國(guó)家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算或核算。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

在熱交換器向著大型化發(fā)展并對(duì)傳熱進(jìn)行強(qiáng)化的情況下，有可能因流體的流速過(guò)高而引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至可使整個(gè)熱交換器遭到破壞。因而在設(shè)計(jì)熱交換器時(shí)，還必須對(duì)其振動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)或校核，判斷有無(wú)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的可能，以便采取相應(yīng)的減振措施，保證安全運(yùn)行。

第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.1熱計(jì)算基本方程式第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日傳熱計(jì)算

設(shè)計(jì)計(jì)算

校核計(jì)算

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，確定換熱器的傳熱面積及換熱器的其它有關(guān)尺寸，以便設(shè)計(jì)或選用換熱器。判斷一個(gè)換熱器能否滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求或預(yù)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中某些參數(shù)的變化對(duì)換熱器傳熱能力的影響?！训诰彭?yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日換熱器熱計(jì)算的基本公式為傳熱方程式：熱平衡方程式：第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算而言，給定的是，以及進(jìn)出口溫度中的三個(gè)，最終求獨(dú)立變量：需要給定其中的5個(gè)變量，才可以計(jì)算另外三個(gè)變量。對(duì)于校核計(jì)算而言，給定的一般是，F(xiàn)，以及2個(gè)進(jìn)口溫度，待求的是第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.1.1傳熱方程式傳熱方程式的普遍形式為（1.1）⊙第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日在工程計(jì)算中采用如下簡(jiǎn)化的傳熱方程式（1.2）⊙第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.1.2熱平衡方程式

如果不考慮散至周?chē)h(huán)境的熱損失，則冷流體所吸收的熱量就應(yīng)該等于熱流體所放出的熱量。這時(shí)熱平衡方程式可寫(xiě)為：（1.3）⊙第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)流體無(wú)相變時(shí)，熱負(fù)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）第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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

或第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日以上討論的是沒(méi)有散熱損失的情況，實(shí)際上任何熱交換器都有散向周?chē)h(huán)境的熱損失（QL)，這時(shí)熱平衡方程式就可寫(xiě)成（1.8b）（1.8a）第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2平均溫差第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2.1流體的溫度分布

流體在熱交換器內(nèi)流動(dòng)，其溫度變化過(guò)程以平行流動(dòng)最為簡(jiǎn)單。圖中所示的為流體平行流動(dòng)時(shí)溫度變化的示意圖。圖中的縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示傳熱面積。第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D（a）是一側(cè)蒸汽冷凝而另一側(cè)為液體沸騰，兩種流體都有相變的傳熱。因?yàn)槔淠头序v都在等溫下進(jìn)行，故其傳熱溫差為，且在各處保持相同的數(shù)值。

第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D（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(jìn)口端的

變化到出口端。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D(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(jìn)口端的變化到出口端的第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日若兩種流體都沒(méi)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(dòng)，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(jìn)口端的

變化到出口端的.第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D（e)逆流，兩種流體以相反的方向平行流動(dòng)，傳熱溫差從一端的變化到另一端的第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D(f)所示的冷凝器內(nèi)的溫度變化過(guò)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(jìn)在等溫冷凝，在凝結(jié)液離開(kāi)熱交換器之前還產(chǎn)生液體的過(guò)冷。冷流體可以是順流方向或逆流方向通過(guò)。傳熱溫差的變化要比前面各種情形復(fù)雜。第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D（g)所表示的是冷流體在液態(tài)情況下進(jìn)入設(shè)備吸熱，沸騰，然后過(guò)熱。第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2.2順流和逆流情況下的平均溫差平均溫差：整個(gè)熱交換器各處溫差的平均值。但是應(yīng)用不同的平均方法，就有不同的名稱(chēng)，例如算術(shù)平均溫差、對(duì)數(shù)平均溫差、積分平均溫差等等。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日恒溫差傳熱：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(dòng)形式

順流：逆流：錯(cuò)流：折流：兩流體平行而同向的流動(dòng)兩流體平行而反向的流動(dòng)兩流體垂直交叉的流動(dòng)一流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一流體反復(fù)折流第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日在對(duì)順、逆流熱交換器的傳熱溫差作過(guò)分析前假定:（1）兩種流體的質(zhì)量流量和比熱在整個(gè)傳熱面上保持定值;（2）傳熱系數(shù)在整個(gè)傳熱面上不變;（3）熱交換器沒(méi)有熱損失;（4）沿管子的軸向?qū)峥梢院雎?（4）同一種流體從進(jìn)口到出口的流動(dòng)過(guò)程中，不能既有相變又有單相對(duì)流換熱。第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日經(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(hào)用于順流，“一”號(hào)用于逆流。（1.9）第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日在順流時(shí)，不論W1、W2值的大小如何，總有μ＞0，因而在熱流體從進(jìn)口到出口的方向上，兩流體間的溫差⊿t總是不斷降低第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

逆流，沿著熱流體進(jìn)口到出口的方向上，當(dāng)W1<W2，時(shí)，μ＞0,⊿t不斷降低；當(dāng)W1>W2時(shí)，μ<0，⊿t不斷升高。第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日按照式(1.9)所示的溫差變化關(guān)系，在《傳熱學(xué)》中已推導(dǎo)出對(duì)于順流、逆流熱交換器均可適用的平均溫差計(jì)算公式為:（1.10）由于其中包含了對(duì)數(shù)項(xiàng)，常稱(chēng)這種平均溫差為對(duì)數(shù)平均溫差，以或LMTD表示。

第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日順流和逆流的區(qū)別在于：順流：逆流：第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日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(duì)數(shù)平均溫差可統(tǒng)一寫(xiě)成（1.11）第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日如果流體的溫度沿傳熱面變化不太大（）可用算術(shù)平均的方法計(jì)算平均溫差，稱(chēng)算術(shù)平均溫差，即（1.12）例：在一單殼單管程無(wú)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(jìn)口溫度15℃，出口溫度30℃，試求在這種