熱交換器原理與設(shè)計課件

熱交換器原理與設(shè)計

1）用途：預(yù)熱器（或加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。2）制造材料：金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。3）溫度狀況：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱流大小及在指定熱交換區(qū)域內(nèi)的溫度不隨時間而變；溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時間改變。4）熱流體與冷流體的流動方向來分：順流式（或并流式）、逆流式、錯流式（或叉流式）、混流式。5）傳送熱量的方法：間壁式、混合式（直接接觸式）、蓄熱式（回熱式）。第一章簡介一、換熱器的分類按照傳送熱量的方法來分：間壁式混合式蓄熱式間壁式：冷熱流體之間存在一個壁面，兩種流體不接觸，通過壁面?zhèn)鳠釤崃?。混合式：依靠流體的直接接觸換熱，如冷水塔。蓄熱式：有固體壁面，兩種流體輪流和壁面接觸，如煉鐵廠的熱風爐。間壁式換熱器-1間壁式換熱器-2間壁式換熱器-3間壁式換熱器-4管殼式換熱器（列管式換熱器）間壁式換熱器-5二、熱交換器設(shè)計計算的內(nèi)容

設(shè)計計算和校核計算：1）熱力計算。根據(jù)給出的具體條件，求出熱交換器的傳熱系數(shù)，進而算出傳熱面積的大小。2）結(jié)構(gòu)計算。根據(jù)傳熱面積的大小，計算熱交換器主要部件和構(gòu)件的尺寸。3）流動阻力計算。目的在于瑋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)。當壓降超過允許值，則必須改變熱交換器的某些尺寸或流速。4）強度計算。計算熱交換器各部件尤其是受壓部件的應(yīng)力大小，檢查其強度是否在允許范圍內(nèi)。注意盡量采用標準材料和部件，按照國家壓力容器安全技術(shù)標準進行計算和核算。1)傳熱方程式

Q： 熱流量

W

k:整個傳熱面上的平均傳熱系數(shù)

W/(m2·0C)Δt：兩種流體之間的溫差

0C

F： 傳熱面積

m2熱交換器的熱計算的基本原理2)熱平衡方程式

M1：熱流體的質(zhì)量流量

kg/s

M2：冷流體的質(zhì)量流量

kg/s

i1’：熱流體進口處的比焓

J/kg

i1”：熱流體出口處的比焓

J/kg

i2’

：冷流體進口處的比焓J/kg

i2”：冷流體出口處的比焓

J/kg 2)熱平衡方程式的第二種表達

t1’

t1”熱流體進口、出口處的溫度

0C

t2’

t2”冷流體進口、出口處的溫度

0C

c1

熱流體的定壓質(zhì)量比熱容

J/(kg.0C)

c2

冷流體的定壓質(zhì)量比熱容

J/(kg.0C)

M1

熱流體的質(zhì)量流量 kg/s

M2

冷流體的質(zhì)量流量

kg/s

W：熱容量W=Mc熱損失系數(shù)0.97~0.98對數(shù)平均溫差(LMTD)(對于順流和逆流來說)

2.算術(shù)平均溫差3.積分平均溫差平均溫差傳熱溫差沿著傳熱面按照指數(shù)規(guī)律變化。例題:在熱交換器中,質(zhì)量流量為20kg/s的油介質(zhì)被質(zhì)量流量為15kg/s、溫度為100C的水介質(zhì)從1200C冷卻到600C。油和水的比熱容分別是2kJ/kg·Kand4kJ/kg·K。總傳熱系數(shù)約為1,100W/m2·K。計算下面情況中熱交換器的傳熱面積：(a)在順流或者逆流式熱交換器中；(b)如果把油的質(zhì)量流量增加到30kg/s，且油的進口溫度減為1000C。假設(shè)傳熱系數(shù)不變和(a)中相同。重新計算結(jié)果。不同流動方式時的平均溫差折流板可以產(chǎn)生叉流或者逆流流動，使得熱交換器殼側(cè)流動的平均截面變小，但速度增大。修正系數(shù)

Y

任一熱交換器各種流動方式下的正確平均溫差；

該熱交換器按逆流方式算得的對數(shù)平均溫差；該系數(shù)被稱作對數(shù)平均溫差修正系數(shù)。介紹兩個參數(shù)：a.溫度效率P:b.熱容量比R:P:代表了冷流體的實際吸熱量與最大可能的吸熱量的比率，P<1.R:代表了冷、熱流體的熱容量之比。積分平均溫差適用于流體的比熱或整體傳熱系數(shù)發(fā)生變化基本思路：將整個傳熱過程分為若干段，在每個段內(nèi)認為流體的物性為參數(shù)，最后再積分求解。每一段中的溫差可用對數(shù)或算數(shù)平均溫差進行求解。K是常數(shù)1)ε=Q/Qmax

效能（有效度）Q為熱交換器實際傳熱量Qmax指一個面積無窮大且其流體流量和進口溫度與實際熱交換器的流量和進口溫度相同的逆流型熱交換器所能達到的傳熱量的極限值。

ε即實際傳熱量與最大可能傳熱量之比。ifW1=WminifW2=Wmin

傳熱有效度-傳熱單元數(shù)法2)

傳熱單元數(shù)或

正負號分別對應(yīng)的是順流和逆流方式下的情況。既然將上述方程得到的dQ值代入，我們得到：積分時K、F在整個熱交換器流動方向上是常數(shù)，求解

順流或逆流方式時，

對于順流流動方式，我們可以導(dǎo)出如下表達式。(利用熱平衡方程)

傳熱單元數(shù)：整體熱導(dǎo)和較小熱容量之比，可表示換熱器傳熱能力的大小。NTU=KF/Wmin當則對于順流：

類似的，對于逆流：1順流還是逆流的有效度較大？2可采用何種方法提高有效度？1順流還是逆流的有效度較大？2可采用何種方法提高有效度？LMTD和e-NTU的對比LMTD和NTU方法都是基于傳熱方程和熱平衡方程推導(dǎo)得到的，二者無本質(zhì)差別。在設(shè)計性熱力計算中：LMTD方法在校核性熱力計算中：NTU方法平均溫差法:有效度—傳熱單元數(shù)法:

如下圖所示的熱交換器是用來加熱管中150C的油介質(zhì)，油的比熱容c=1.9kJ/kg。油的質(zhì)量流量是0.725kg/s。質(zhì)量流量為5.2kg/s的蒸汽從管外吹過，進口處溫度為1300C，其比熱容c=1.86kJ/kg.0C)?？倐鳠嵯禂?shù)是275W/m2k，換熱面積為10.82m2請計算油的出口溫度。氣流冷流體被加熱計算舉例解:對蒸汽來說，

W1=m1c1=5.2x1.86=9.67kW/0C對油來說，

W2=m2c2=0.725x1.9=1.38kW/0C所以油是熱容量較小的流體，所以Wmin/Wmax=1.38/9.67=0.143且NTU=KF/Wmin=275x10.82/1380=2.156對于叉流流動方式來說，或者我們可以使用課本中的對應(yīng)圖表現(xiàn)在可以求出較小熱容量流體（油）的溫差

t1”=95.5+15=110.50CQ=W2Dt2=1.38*95.5=132kWLMTDandNTU兩種方法的公式總結(jié)對于平均溫差法已知兩種流體的進口溫度，其中一種流體的出口溫度，質(zhì)量流量，則步驟如下：1）計算熱流量Q和未知的流體出口溫度。

2）計算平均溫差和修正系數(shù)ψ（如果必要的話），計算總的傳熱系數(shù)K。

3）計算傳熱面積。對于有效度—傳熱單元數(shù)法已知兩種流體的進口溫度，但出口溫度都未知，步驟如下：1）利用進口數(shù)據(jù)計算熱容量比

以及

2）計算有效度ε，查詢對應(yīng)圖表或者利用給定熱交換器和流動方式時的ε-NTU

公式。3）已知ε,計算總的熱流量。4）計算出口溫度。

或者

流體流動方式的選擇1)給定溫度情況下,保證獲得較大的平均溫差，以減小傳熱面積，降低金屬等材料的消耗。2)使流體本身的溫度變化值盡可能大。3)盡可能得使傳熱面的溫度比較均勻，并使其在較低的溫度下工作，以便用較便宜的材料。4)應(yīng)有最好的傳熱，以便得到較高的傳熱系數(shù)。(1)進、出口溫度一定時，以逆流的平均溫差最大。(2)逆流時，每種流體的溫度變化可以比順流時大。(3)逆流時每種流體的最高溫度發(fā)生在熱交換器的同一端。當熱流體的溫度高，或當產(chǎn)品在高溫下可能產(chǎn)生化學(xué)變化，為降低進口壁溫，有時用順流或把換熱面分段串聯(lián)，低溫段用逆流，高溫段用順流。(4)如果一種流體有相變，就沒有逆流、順流的差別。(5)如果兩種流體的熱容量相差很大，則順流、逆流的差別就不顯著。順流或逆流的選擇固定管板式熱交換器U型管式熱交換器浮頭式熱交換器-1浮頭式熱交換器-2填料函式熱交換器浮頭和雙管板它特別的應(yīng)用于高腐蝕性流體，或是用于避免不同食物產(chǎn)品之間味道的感染。TEMA標準TubularExchangerManufacturersAssociation(管式交換器制造商協(xié)會）管殼式熱交換器的主要部件是管束，殼體，前端管箱,后端管箱,折流板,管板等等。熱交換器的標準 TEMA(管式交換器制造商協(xié)會)美國標準JISB8249

日本標準BS5500

英國標準AD

德國標準中國,GB151-1999《鋼制管殼式換熱器》

適用范圍：

1）公稱直徑DN≤2600mm 2）公稱壓力DP≤35MPa 3）DNxPN<=1.75x1044）設(shè)計溫度按照金屬材料允許的溫度確定熱交換器的型號:XXXDN-Pt/Ps-A-LN/d-Nt/NsI(II)

2．管束 a.管子在管板上的固定

脹管法，焊接法，脹焊法并用

脹管法公稱壓力PN≤4MPa，溫度T≤3000C b.管子在管板上的排列

三角形法，正方形法，同心圓法，轉(zhuǎn)角正方形排列法

等邊三角形排列更加緊湊，使得殼直徑變小。所以，它傾向于被用在兩種流體之間的工作壓力很大時的情況。小管徑常用于傳熱面積較大的情況，大管徑常用于冷凝器和蒸發(fā)器中。管長影響到熱交換器的成本和工況?；旧希茉介L，需要的管數(shù)越少。這就意味著殼體鉆洞越少，殼體直徑越小，所以成本也越少。

3.管板：可拆，不可拆

4.1

折流板

折流板有兩個功能：一是對支撐管束、防止管束振動和彎曲有很重要的作用；二就是使得流體橫過管束流動以得到更高的傳熱系數(shù)。

弓形折流板常用形式：弓形折流板、圓盤—圓環(huán)形折流板。

折流板類型折流板缺口的大小

缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時與橫過管束時的流速相近，缺口弦高一般是殼體內(nèi)徑的25~35%。板間距的大小

最佳的折流板間距是殼體直徑的0.4~0.6，需要保證流體橫掠管束，提高換熱系數(shù)。

折流板間距↑,換熱系數(shù)↓

折流板間距↓,流動阻力↑，壓降↑折流板的缺口和板間距的大小4.2拉桿和定距管拉桿和定距管結(jié)構(gòu)拉桿直徑和數(shù)量的選取4.3縱向隔板縱向隔板可增加殼程，以增加殼側(cè)流體的速度和殼側(cè)換熱。但是，其安裝難度較大。兩個以上縱向隔板在實踐中不可行。5.分程管板一般來說，熱交換器的管程分為若干流程，以用來增加管內(nèi)流體的速度和對流傳熱系數(shù)，同時減小污垢阻力。但是，對應(yīng)的壓降也增加了。6.擋管和旁路擋板1.管程流通截面積基于連續(xù)性方程，質(zhì)量守恒方程

所需管子數(shù)問題:怎么確定管程的流速？

tubelength換熱器的管子長度和殼體直徑之比一般在4~25之間，通常是6~10。

如果管長過長，則應(yīng)做成多流程的熱交換器。Zt:管程數(shù)2.殼體直徑的確定

下述公式可用來粗估內(nèi)徑：將計算數(shù)值圓整到標準尺寸根據(jù)GB151-1999中相關(guān)標準進行選擇。3.殼程流通截面積的確定a.縱向隔板，要確定其長度。

采用連續(xù)性方程。標準：使流體在縱向隔板轉(zhuǎn)彎時的流速與各流程中順管束流動時速度基本相等。問題:怎么確定殼程流速？b.弓形折流板，要確定其缺口高度。標準：流體在缺口處的流通截面積與流體在兩折流板間錯流的流通截面積相接近，以免因流動速度變化引起壓降。問題：弓形缺口處的流速如何來計算？c.盤環(huán)型折流板標準：每個位置的速度都應(yīng)和其他位置接近。4.進出口連接管基于連續(xù)性方程需將計算得到的管徑，圓整到最接近的標準管徑。二．管殼式熱交換器的熱力計算1．總傳熱系數(shù)gi internalfoulingresistance 管內(nèi)壁的污垢熱阻go externalfoulingresistance 管外壁的污垢熱阻dw thicknessoftube 管壁厚度 lw thermalconductivity 管材的導(dǎo)熱系數(shù)d0 tubeoutsidediameter 管子的內(nèi)徑 di tubeinsidediameter 管子的外徑dmtubemeandiameter管子平均直徑(d0-di)/ln(do/di)

2.對流換熱系數(shù)和柯爾本傳熱因子復(fù)習幾個無量綱溫度a:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；l:特征長度；l: 導(dǎo)熱系數(shù)Kn:運動粘度；a:熱擴散率

u:流體的速度；l:特征長度；n: 運動粘度St???對流換熱系數(shù)和柯爾本傳熱因子ColburnheattransferfactorColburnmasstransferfactor廷克模型A:管子和折流板上的管孔之間存在間隙，流體泄漏。B:叉流C:最外層管子和殼體之間存在間隙，流體泄漏。D:折流板和殼體之間存在間隙，流體泄漏。E:分程管板處的旁路。DE三.壓降計算，阻力計算壓降和阻力計算包括殼程和管程流體的壓降和阻力計算。5.管殼式換熱器的熱補償問題熱交換器會受到因壓力產(chǎn)生的軸向力、軸向力以及因溫差產(chǎn)生的軸向力。另外還有在管子和管板的連接處產(chǎn)生的拉脫力。6.管殼式換熱器的振動與噪聲1．基本構(gòu)造和原理

優(yōu)點：高傳熱系數(shù)，溫差小，緊湊，易加工易安裝；由于壓降小，可以采取較高流速，水為2m/s，氣體為20m/s；傳熱系數(shù)可以比管殼式換熱器高出50%~100%；流程長，因此可用于低溫能量回收。

缺點：最大尺寸受限，最大壓力0.6~2.5Mpa；由于結(jié)構(gòu)特征，難以修理。

結(jié)構(gòu)：螺旋形傳熱板，隔板，頭蓋，連接管等。

類別：可拆式，不可拆式。根據(jù)熱交換器連接方式和流體流動類型的不同，螺旋換熱器主要可分為三種：I型：兩側(cè)流體均螺旋流動

冷流體由外周邊流向中心排出，熱流體由中心派向外圍排出，實現(xiàn)了純逆流換熱，常用于液-液熱交換，由于受到通道斷面的限制，只能能用在流量不大的場合。

通道兩端焊接，為不可拆結(jié)構(gòu)。II型：流動方式同I型，交錯焊接，密封墊圈，可拆卸。III型:一側(cè)螺旋流動（從周邊進，從另一周邊流出），一側(cè)軸向流動。

通道的密封結(jié)構(gòu)為一個通道的兩端焊接，另一個通道兩端全敞開。

軸向流通截面比螺旋通道的大很多，適宜于兩流體的體積流量相差大的情況，故常用作泠凝器等氣-液熱交換。

標準JB/T4751—2003螺旋板式換熱器型號表示方法：X

X

X

X/X

—

X

—

X/X—X/X

—XB/K

LC/S工作壓力換熱面積板寬/直徑通道間距D/G

B不可拆，K可拆，L螺旋板式換熱器，C碳鋼，S不銹鋼，D堵死型，G貫通型。

2.設(shè)計計算1）換熱系數(shù)計算a）湍流（Re>6000)de當量直徑，m，de=2Heb/（He+b)He螺旋板有效寬度，mDm螺旋通道平均直徑，m，Dm=（D+d）/2b通道間距，mb）層流（Re<2000）c）過渡流至湍流（Re>1000）M質(zhì)量流速，kg/m2·slt螺旋通道長，m2）流體壓降的計算包括彎曲通道的阻力，定距柱的影響和進出口的局部阻力。對于介質(zhì)為液體時，二、板式熱交換器

1．基本構(gòu)造與原理主要部件：傳熱板片、密封墊片、壓緊裝置等。優(yōu)點：低雷諾數(shù)下湍動度高，高換熱系數(shù)，低污垢因子，容易清洗、檢查和維護，靈活，可用于多流體換熱。缺點：不能承受高壓、高溫和大的壓差溫差，不適用于腐蝕性流體。分類：可拆卸（密封墊式），全焊式，半焊式。

可拆卸板式換熱器由三個主要部件構(gòu)成：傳熱板片，密封墊片，壓緊裝置。在固定壓緊板上，交替的安放一些板片和一個墊圈，然后安放活動壓緊板，旋緊壓緊螺栓即構(gòu)成一臺板式熱交換器。各傳熱板片按一定的順序相疊形成板片間的流道，冷熱流體在板片兩端各自的流道內(nèi)流動，通過傳熱板片進行熱交換。流程組合：流體可以串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)；流程可以接受單流程和多流程。2.設(shè)計計算1）換熱系數(shù)計算平均溫差：傳熱系數(shù):對流換熱系數(shù):當量直徑:L：有效板寬b：板間距2）壓力損失計算包括彎曲通道的阻力，定距柱的影響和進出口的局部阻力。對于介質(zhì)為液體時，當量直徑：歐拉數(shù)m流程數(shù)ψ查圖三、板翅式熱交換器

1．基本結(jié)構(gòu)與原理

冷熱流體在相鄰的基本單元體的流道中流動，通過翅片及與翅片連成一體的隔板進行熱交換。將許多個這樣的單元體根據(jù)流體流動方式的布置疊置起來，釬焊成一體組成板翅式熱交換器的板束或芯體。優(yōu)點：高傳熱系數(shù)，緊湊，高表面密度，靈活性，都適用于氣-氣，氣-液，液-液，相變工況。缺點：制造加工復(fù)雜，易腐蝕，不易清潔和檢查。結(jié)構(gòu)：平板、波紋板、封條三部分構(gòu)成了結(jié)構(gòu)基本單元。分類：平直翅片，多孔翅片，鋸齒形翅片，波紋翅片，釘狀翅片，百葉窗式翅片等。布置方式：逆流，順流，叉流，混流。2.設(shè)計計算1）翅片效率及翅片表面總效率a）翅片效率ηf由隔板傳遞的熱量沿翅片傳入的熱量tw隔板表面溫度tm翅片表面平均溫度，是一個未知參數(shù)用tw來代替tm，翅片效率即可求出因此，ηf定義：翅片的實際傳熱量和最大傳熱量（在翅根溫度下）之比。它表征了翅片的熱性能。b定型尺寸δ翅片厚度影響翅片效率的因素：1）翅片定型尺寸越小，熱阻越小，翅片效率越高。所以，單疊布置優(yōu)于復(fù)疊布置。2）翅片越厚，熱阻越小，翅片效率越高。3）翅片與流體間的換熱系數(shù)越小，沿翅片表面的散熱量也越小，翅片效率越高。4）翅片材料的導(dǎo)熱性能越好，翅片效率越高。b）翅片壁面總效率η0例題

一個板翅式換熱器翅片為矩形肋，肋高24mm，肋厚0.12mm，肋密度為600個肋/m?？諝饬鬟^肋的傳熱系數(shù)為170W/m2·K。肋材料為銅，熱導(dǎo)率為401為W/m·K，求肋效率。

如果肋厚度減小到0.06mm，肋效率和傳熱速率會如何變化？假設(shè)傳熱系數(shù)不變，如何改變肋密度才能使肋厚度變薄的情況下保持相同的換熱性能？

如果將肋材料改為鋁，鋁的熱導(dǎo)率為237W/m·K，肋效率和傳熱速率又會如何變化？

銅和鋁的密度分別為8933和2702kg/m3。解題分析：已知數(shù)據(jù)：銅肋：鋁肋：求：（a）如果銅肋厚度由0.12mm變?yōu)?.06mm，肋效率和傳熱速率的改變？（b）如果銅肋厚度由0.12mm變?yōu)?.06mm時要保持相同傳熱速率，肋密度應(yīng)如何改變？（c）如果肋材料由銅變?yōu)殇X，且保持相同的肋結(jié)構(gòu)，肋效率將如何變化？假設(shè)：傳熱系數(shù)不隨肋密度的改變而改變。分析：帶入公式計算銅肋的肋效率因此，如果肋厚度減小到0.06mm，則故，所以說，肋效率從0.759減小到0.625，減小了約18%，進而傳熱速率也減小了約18%。為了簡化計算，我們沒有考慮基礎(chǔ)表面的影響。

通過增大18%的肋表面積（比如將肋密度從每米600個肋增加到每米729個），肋的傳熱速率可以大體保持不變。此處，我們假設(shè)傳熱系數(shù)不隨肋密度的變化而變化。實際上，傳熱系數(shù)一般情況下會隨肋密度的增加而增加。

將肋材料由銅變?yōu)殇X，則：2）換熱系數(shù)計算對于無相變時的對流換熱系數(shù)j傳熱因子G質(zhì)量流率j的具體形式因翅片類型和結(jié)構(gòu)參數(shù)不同而異。鋸齒翅片Re=300~7500多孔翅片Re=400~10000平直翅片Re=400~10000對于有相變時的對流換熱系數(shù)參考課本。3）傳熱量和傳熱系數(shù)計算分別以冷、熱通道總傳熱面積為基準時，4）壓力損失計算a）熱交換器芯子入口的阻力G質(zhì)量流速，kg/m2·sσ流體通道的自由流通面積與橫截面積之比Kc收縮阻力系數(shù)b）熱交換器芯子出口的阻力ke擴大阻力系數(shù)c）熱交換器芯子中阻力f摩擦因子L熱交換器芯子長度，mde通道當量直徑ρm流體平均密度總的壓力降133134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（一個數(shù)量級），所以翅片在氣側(cè)。優(yōu)點：高傳熱系數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，高表面密度，承壓性好缺點：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。1352.設(shè)計計算

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時以翅片管外表面為基準時136Ko以光管外表面積為基準的傳熱系數(shù)Kf以翅片管外表面積為基準的傳熱系數(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的無翅片部分表面積Ff’翅片管上翅片的表面積Lf翅片管的長度137b）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）為基準以翅片管外表面積為基準，包括翅片面積和無翅部分的管子面積。c）濕工況（伴有結(jié)露的空氣冷卻過程即減濕冷卻過程）在管外流體的對流換熱熱阻項上乘以析濕系數(shù)（最后一項）空氣進出口的焓和溫度1383）對流換熱系數(shù)a.空氣橫向流過圓管外環(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.空氣橫向流過圓管外橫向矩形翅片管束c.外螺紋管束4）壓力損失計算1395）空冷器設(shè)計要考慮的幾個設(shè)計參數(shù)a.b.c.d.e.f.1406）翅片管式熱交換器的設(shè)計程序a確定設(shè)計參數(shù)：比如設(shè)計溫度，流程，鼓風還是吹風，等等。b估算傳熱系數(shù)c計算最佳溫升d估算傳熱面積e計算平均溫差f估算傳熱面積g選型：管排數(shù)，管程數(shù)，迎風面積等

精確計算：h計算管內(nèi)對流換熱系數(shù)i選取污垢熱阻j計算管壁熱阻k計算管外換熱系數(shù)，如以光管外表面積為基準。l計算傳熱系數(shù)m計算傳熱系數(shù)n計算傳熱面積，和估算值進行比較141五、熱管換熱器1421.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翅片的普通圓管它由管殼、毛細多空材料（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力的作用流回蒸發(fā)端。3.優(yōu)點：很高的導(dǎo)熱性能；優(yōu)良的等溫性；運行可靠性（沒有運動部件）；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）1434.熱管換熱器的分類a.按照工作溫度分類，低溫熱管：-273~0℃常溫熱管：100~250℃中溫熱管：250~450℃高溫熱管：>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

1445.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現(xiàn)象。氣液兩側(cè)存在壓差ΔP，稱為毛細頭。加熱段和冷卻段的毛細頭分別為ΔPe’和ΔPc’，則熱管兩端毛細壓差ΔPc：熱管正常工作的必要條件：當加熱段（蒸發(fā)段）處于半球狀凹面，冷卻段（冷凝段）處于平面時，毛細壓差達到最大值，145直接接觸式換熱器（混合式換熱器）146一.工作原理兩種流體直接接觸，交換熱量，然后分離。優(yōu)點：傳熱系數(shù)高；消耗材料少；沒有污垢問題，因為兩流體之間沒有換熱面。缺點：只限用于允許兩種流體直接接觸的情況。按照用途的不同分類：1）冷卻塔：利用自然通風或機械通分的方式，用空氣將熱水進行冷卻降溫。2）洗滌塔：用液體（水）來冷卻空氣，或吸收去除某些組分。3）噴射式熱交換器：由較高壓力的流體和較低壓力的流體在擴散管中混合形成一種流體。4）混合式冷凝器：水和蒸汽直接接觸使蒸汽冷凝，得到的是水和冷凝物的混合物。147二.冷水塔在叉流式冷卻塔中，水分布在塔上方，盡可能的形成水滴或水膜的形式，以增加和空氣的接觸面積，延長接觸時間，增進水氣之間的熱質(zhì)交換。傳熱是由水和氣之間的溫差引起。傳質(zhì)是由氣體和氣水交界面處水蒸氣的局部壓差引起的，這使得部分水蒸發(fā)進入氣體。蒸發(fā)所需焓是來自剩余的水，也就是水被冷卻了。1.分類：根據(jù)循環(huán)水內(nèi)是否與空氣直接接觸，可分為干式、濕式。干式冷卻塔：把循環(huán)水送到安裝于冷卻塔中的散熱器內(nèi)被空氣冷卻，多用于水源奇缺而不允許把水分散失或循環(huán)水有特殊污染的情況。濕式冷卻塔：讓水和空氣直接接觸，把水中的熱量傳給空氣，水因蒸發(fā)而造成損耗，蒸發(fā)又使循環(huán)的冷卻水含鹽度增加，為了穩(wěn)定水質(zhì)，必須排放掉一部分含鹽度較高的水，補充一定的新水，因此濕式冷卻塔要有補給水源。1482.結(jié)構(gòu)冷水塔一般包括如下幾個部分：1）淋水裝置淋水裝置又稱填料，其作用在于將進塔的熱水盡可能的形成細小的水滴或水膜。在選用型式時，要求它能提供較大的接觸面積并具有良好的親水性，制造簡單又經(jīng)久耐用。根據(jù)水在其中所呈現(xiàn)的形式可分類：a）點滴式：主要靠下落的水滴和飛濺的水滴散熱風速：機械通風冷卻塔1.3~2m/s，自然通風0.5~1.5m/s風速大，水滴降落速度慢，停留時間長，傳熱效果好；風速太大，使水滴帶出，水量損耗，電耗增加b）薄膜式：主要利用波紋或平膜板形成的水膜散熱c）點滴薄膜式：水滴和模板共同的作用2）配水系統(tǒng)：將熱水均勻的分配到整個淋水盤上。常用的配水系統(tǒng)分為槽式、管式、池式（盤式）3）通風筒（塔）：氣流的通道，創(chuàng)造良好的空氣動力條件。150水和空氣溫度不等引起的傳熱t(yī)水表面的溫度θ氣體溫度當水溫大于氣溫，Qα>0水溫下降當水溫等于氣溫，Qα=0水溫下降當水溫小于氣溫，Qα<0當，水溫仍要下降當，水溫不再下降，這時水溫為水的冷卻極限，即濕球溫度注意：平衡態(tài)是動態(tài)平衡，仍然伴隨著蒸發(fā)和冷凝蒸發(fā)冷卻過程中伴隨著物質(zhì)交換，水可以被冷卻到比冷卻它的空氣還要低的溫度。以含濕差代替分壓差，以含濕差表示的傳質(zhì)系數(shù)βx代替βp，引入淋水材料的體積V，以及和體積相應(yīng)的傳質(zhì)系數(shù)βxv和換熱系數(shù)αv總的傳熱量1514.冷卻塔的熱力計算冷卻塔的熱力計算要求確定水氣直接接觸過程中的熱量、質(zhì)量、動量輸送等。目前在這方面，邁克爾理論被廣泛地運用。1）邁克爾焓差方程2）水氣熱平衡方程在沒有熱損失的情況下，水放出的熱量等于空氣增加的熱量在微段dZ內(nèi)水放出的熱量為在該段的空氣吸熱量等于因此第一項為水溫降低dt所放出的熱量，第二項為蒸發(fā)了dL的水量后帶走的熱量，數(shù)值比第一項較小，在