熱交換器課件

§5-5熱交換器(HeatExchanger)教學(xué)目的：課型：重點(diǎn)：了解幾種工業(yè)上常用的熱交換器，掌握它們的構(gòu)造及操作原理。列管式熱交換器的構(gòu)造及操作原理化工設(shè)備1§5.5熱交換器(heatexchanger)按用途分類加熱器、冷卻器、冷凝器蒸發(fā)器、再沸器按熱交換形式分類間壁式混合式蓄熱式2冷凝管3一、列管式熱交換器(1)結(jié)構(gòu)圓筒形的殼體中裝設(shè)由多根平行管組成的管束，管的兩端脹接或焊接在“花板”上。管長與殼內(nèi)徑之比常為6~10。管內(nèi)與管束空隙間分別流動著進(jìn)行熱交換的兩種流體。兩種流體通過管壁來傳遞熱量。5ShellStationaryTubesheetTubesShell-and-tubeheatexchanger單位容積有較大的換熱面積(每m3有效容積的傳熱面一般為60~80m2.m-3)，是傳熱效率較高的熱交換器。6(2)有關(guān)概念a.管程：b.殼程：流體在平行管束內(nèi)的行程流體在殼體與管束間空隙處流動的行程c.單管程：d.多管程：流體僅一次通過管束流體多次通過管束7單程列管式換熱器8(3)擋板(折流板)10折流桿折流桿平行排列在同一平面上，各組相互偏轉(zhuǎn)90度。優(yōu)點(diǎn)：流動阻力小；流體湍流程度強(qiáng)烈。折流桿換熱器管束示意圖12b.浮頭c.U形管式14(5)翅片管作用：增大傳熱面積(表面積可為光滑管的2~9倍)；提高流體的湍流程度，從而提高傳熱膜系數(shù)。NOTE：流經(jīng)翅片一側(cè)的應(yīng)是傳熱膜系數(shù)小的流體。15(6)流體流經(jīng)管內(nèi)或管間的選擇：原則：對傳熱有利，減少腐蝕和污垢沉積，減低壓降及減輕設(shè)備質(zhì)量，便于清洗等。腐蝕性流體走管程，避管束、殼體同時腐蝕。混濁或易析出沉渣結(jié)垢的流體走管程，因管程易清洗。需提高流速以增加傳熱膜系數(shù)的流體走管程，因管程流速一般較高。16壓力高的流體宜在管內(nèi)通過，管子耐壓性好。液-液熱交換時，被加熱的流體走管程，被冷卻的流體走殼程，可減少熱損失。飽和水蒸氣宜走殼程，易于排出冷凝液，同時飽和水蒸氣的傳熱膜系數(shù)高，讓傳熱系數(shù)低的走管內(nèi)，因流速高而可以提高傳熱膜系數(shù)。17二、夾套式熱交換器在容器（釜）外壁安裝夾套制備而成18三、蛇管式熱交換器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單能承受高壓缺點(diǎn)：容器內(nèi)液體湍流程度小管外給熱系數(shù)小換熱面積較小。將金屬管彎繞成與各種容器相適應(yīng)的盤蛇形狀，沉浸于容器內(nèi)的液體之中20為提高傳熱系數(shù)的強(qiáng)化措施：容器內(nèi)加攪拌器21五、板式換熱器一組金屬薄板平行排列，在相鄰薄板之間襯以墊片，然后用框架夾緊組裝于支架上。23優(yōu)點(diǎn)：1、傳熱板薄，單位容積有很大的傳熱面(可達(dá)250m2)，并且外表面小，熱損失小。2、傳熱系數(shù)高；流體流動阻力并不大。3、操作靈活性大。4、制造、檢修、清洗均方便。24§5—6輻射傳熱輻射傳熱的機(jī)理輻射傳熱過程是熱物體以波的形式向四周散播輻射能，輻射能遇到另一物體時，被全部或部分地吸收，被吸收的輻射能重新轉(zhuǎn)變成為熱能。輻射與傳導(dǎo)或?qū)α鞯牟顒e：輻射能的發(fā)生是由于物體的原子內(nèi)部激發(fā)的結(jié)果，它可以直接傳播。任何絕對零度以上的物體均能輻射能量（這也是遙感技術(shù)的根據(jù)），輻射的強(qiáng)度和波長與物體的溫度有關(guān)。熱輻射的波長范圍一般是0.8~40nm(可見光為0.4~0.8

m,紅外線為0.7~500m).26斯忒藩—波耳茲曼(Stefan-Boltzmann)定律＆黑體的輻射能力E0與絕對溫度的四次方成正比：——黑體的輻射系數(shù)（也稱為Stefan-Boltzmann常量）,其值為5.67,單位W.m-2.K-4。＆

實(shí)際物體的輻射能力較黑體低27三種傳熱方式的概括比較傳導(dǎo)和對流傳熱時的傳熱速率直接與溫度差成正比。輻射傳熱時的傳熱速率則與溫度的四次方之差成正比。傳熱過程中，傳導(dǎo)、對流和輻射往往同時發(fā)生。高溫（如500℃以上）時輻射傳遞的熱量在總傳熱量中會占較大的比重；較低溫度（如300℃以下）對流傳熱占顯著地位。傳導(dǎo)主要發(fā)生在固體物料間。對流傳熱發(fā)生在流體之中。傳導(dǎo)、對流、輻射傳熱的傳熱速率都與傳熱面積直接成正比。28在套管式換熱器中用水冷卻熱油（逆流換熱），油由420K冷卻到370K，水由285K加熱到310K。設(shè)油和水的物性、進(jìn)口溫度和換熱面積均不變，水的流量增加0.2倍，油的流量不變，求水和油的出口溫度。30有一套管換器，內(nèi)管為

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2mm，管長為2m，管隙的油與管內(nèi)的水流向相反。油的流量為270kg·h-1，進(jìn)口溫度為100℃,水的流量為360kg·h-1,進(jìn)口溫度為10℃。若忽略熱損失,總傳熱系數(shù)K=374W·m-2·K-1,油的比熱Cp,h=1.88kJ·kg?1·K-1，試求油和水的出口溫度分別為多少？（水的比熱Cp，c=4.18kJ·kg?1·K-1）31根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱的傳遞有__________、__________和__________三種基本方式，流動的流體向器壁的傳熱主要靠___________。根據(jù)總傳熱方程，強(qiáng)化傳熱過程，提高傳熱速率，可以采取______________、______________和_______________三方面措施。大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而降低?！?)過熱蒸汽的給熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于飽和蒸汽的給熱系數(shù)?！?)相同條件下,逆流比并流有更大的平均溫度差，因此生產(chǎn)中從來不采用并流換熱的方式?！?.()32什么是穩(wěn)態(tài)傳熱？什么是穩(wěn)態(tài)的恒溫傳熱和穩(wěn)態(tài)的變溫傳熱？金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而________；液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而_______（水和甘油除外）；氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度提高而________，隨壓強(qiáng)的增大而________。33膜狀沸騰的給熱系數(shù)比泡核沸騰的給熱系數(shù)______,膜狀冷凝的給熱系數(shù)比滴狀冷凝的給熱系數(shù)______。強(qiáng)化傳熱過程的途徑有_______________、______________、_____________。在列管式熱交換器的設(shè)計(jì)中補(bǔ)償熱膨脹的措施有___