第五章-傳熱技術(shù)2

第五章傳熱技術(shù)

第一節(jié)傳熱的主要任務

一、傳熱在制藥生產(chǎn)中的應用

大多數(shù)的化學反應都伴隨著反應熱的釋放或吸收

（1）

（2）

蒸發(fā)、蒸餾等單元操作伴隨著傳熱過程

（3）設(shè)備保溫防止熱量或冷量的損失改善勞動條件

（4）廢熱的回收和能量的綜合利用二、傳熱的基本方式根據(jù)傳熱機理的不同，熱量傳遞的基本方式有三種：

1．熱傳導物體中溫度較高部分的分子因振動而與相鄰分子相碰撞，將熱能傳給溫度較低部分的傳熱方式。其特點：物體中的分子不發(fā)生相對位移。12．熱對流流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程

其特點：伴隨流體運動，因運動方式不同，又分為

自然對流

強制對流

自然對流：因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點產(chǎn)生相對位移。

強制對流：因外力作用，迫使流體的質(zhì)點沿某個方向流動。3．熱輻射

高溫物體以電磁波的形式進行的一種傳熱現(xiàn)象。其特點：不需要任何介質(zhì)作媒介，它可以在真空中傳播

實際上，以上三種傳熱方式很少單獨存在，一般都是兩種或三種方式同時出現(xiàn)。本章

重點討論導熱和對流兩種傳熱方式。

2三、工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方法參與傳熱的流體稱為載熱體

熱載熱體或加熱劑

冷載熱體或冷卻劑、冷凝劑

冷載熱體或冷卻劑、冷凝劑

熱載熱體或加熱劑：具有較高溫度的放熱流體

：具有較低溫度的吸熱流體

冷、熱兩種流體在換熱器內(nèi)進行熱交換，實現(xiàn)熱交換的方式有以下三種：

1．直接接觸式換熱冷熱兩種流體直接接觸，在混合過程中進行熱交換。如圖5-1所示利用固體填充物來積蓄和釋放熱量而達到換熱的目的。如圖5-2所示

2．蓄熱式換熱3．間壁式換熱

參與傳熱的兩種流體被固體間壁隔開，冷、熱兩流體在不直接接觸的條件下通過

固體間壁進行熱量的交換。如圖5-3所示3四、間壁式換熱器簡介間壁式換熱的特點：冷、熱流體被一固體隔開，分別在壁的兩側(cè)流動，不相混合，通過固體壁進行熱量傳遞。

1．套管式換熱器

套管式換熱器是由兩種直徑大小不同的直管組成的同心管，一種流體在內(nèi)管中流動，

另一種流體在內(nèi)、外兩壁間的環(huán)隙中流動，

通過內(nèi)管管壁進行熱量交換。內(nèi)管壁的表面積即為傳熱面積。

2．列管式換熱器列管式換熱器由殼體、管束、管板和封頭等部件組成。

換熱管內(nèi)的通道及與其兩端相貫通處稱為管程

換熱管外的通道及與其相貫通處稱為殼程

4流經(jīng)管程的流體稱為管程流體。若管流體一次通過管程，稱為單管程

流經(jīng)殼程的流體稱為殼程流體。殼流體一次通過殼程，稱為單殼程

五、穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱:在傳熱系統(tǒng)中溫度分布不隨時間而改變的傳熱過程

不穩(wěn)定傳熱:

若傳熱系統(tǒng)中溫度分布隨時間變化的傳熱過程

化工生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)定傳熱，本章只討論穩(wěn)定傳熱

第二節(jié)傳熱計算

一、傳熱速率方程傳熱速率Q：單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量。

實踐證明：兩股流體單位時間所交換的熱量，與傳熱面積A成正比，與冷熱兩種流體的溫度差成正比

即

5把上述比例式改寫成等式，以表示比例常數(shù)，則得傳速率方程式

式中稱為傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)的意義是：當溫度差為1時，在單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量。

顯然，值的大小是衡量換熱器性能的一個重要指標，值越大，表明在單位傳

熱面積上在單位時間內(nèi)傳遞的熱量越多。

單位傳熱面積上的傳熱速率與傳熱推動力成正比，

與熱阻成反比。因此，提高換熱器傳熱速率的途徑

為提高傳熱推動力和降低傳熱阻力。

二、熱負荷和載熱體用量的計算1．熱負荷的計算換熱器的熱負荷：熱流體的放熱量或冷流體的吸熱量

6熱負荷與傳熱速率的區(qū)別：熱負荷是由工藝條件決定的，是對換熱器的要求傳熱速率是換熱器本身的換熱能力，是設(shè)備的特征一個能滿足生產(chǎn)換熱要求的換熱器，必須使其傳熱速率等于（或略大于）熱負荷。

所以，通過計算熱負荷，便可確定換熱器的傳熱速率。

熱負荷的計算有以下三種方法：（1）焓差法利用流體換熱前、后焓值的變化計算熱負荷的計算式如下或

焓的數(shù)值決定于流體的物態(tài)和溫度。通常取0℃為計算基準，規(guī)定液體和蒸汽的焓均取0℃液態(tài)的焓為0J/kg，而氣體則取0℃氣態(tài)的焓為0J/kg。

7（2）顯熱法此法用于流體在換熱過程中無相變化的情況。計算式如下

或

（3）潛熱法此法用于流體在換熱過程中僅發(fā)生相變化(如冷凝或氣化)的場合。

或

2．載熱體消耗量

當確定了換熱器的熱負荷以后，載熱體的流量可根據(jù)熱量衡算確定。

3．載熱體的選用

【例題5-1】

載熱體的選擇可參考下列幾個原則：

①載體溫度必須滿足工藝要求；

②載熱體的溫度調(diào)節(jié)應方便；

③載熱體應具有化學穩(wěn)定性，不分解；

④載熱體的毒性小，對設(shè)備腐蝕性??；

⑤載熱體不易燃、不易爆；

⑥載熱體價廉易得。

8目前生產(chǎn)中使用得最廣泛的載熱體是飽和水蒸汽和水

（1）飽和水蒸汽

優(yōu)點：加熱均勻、能準確的控制加熱溫度。缺點：加熱溫度受到制約。一般水蒸氣加熱的溫度范圍在120~180℃，絕對壓在200~1000kPa。水蒸汽加熱分為直接和間接兩種。直接法是將蒸汽用管子直接通入被加熱的液體中，蒸汽所含熱量可以完全利用，

但液體被稀釋。間接法是在換熱器中進行，加熱時必須注意以下兩點：

①要經(jīng)常排除不凝性氣體②要不斷排除冷凝水

（2）水是廣泛使用的冷卻劑。

優(yōu)點：易于獲得，價格較低。缺點：①水的初溫由氣候條件決定，一般為4~25℃，

9：②水中含有一定量的污垢雜質(zhì)，當沉積在換熱器壁面上時就會降低換熱器的傳熱效果。

冷卻水溫的確定主要從溫度和流速兩個方面考慮：①水與被冷卻的流體之間一般應有5~35℃的溫度差。②冷卻水的溫度不能超過40~50℃，以避免溶解在水中的各種鹽類析出，在傳熱壁面上形成污垢。③水的流速不應小于0.5m/s，否則在傳熱面上易產(chǎn)生污垢。如果需要把物料加熱到180℃以上，就不用飽和水蒸汽而需要用其他的載熱體，這類載熱體工業(yè)上稱為高溫載熱體；如果把物料冷卻到5~10℃或更低的溫度，就必須采用低溫冷卻劑。

工業(yè)上常用的載熱體列于表5-1。

三、平均溫度差

用傳熱速率方程式計算換熱器的傳熱速率時，因傳熱面各部位的傳熱溫度差不同，

10必須以平均傳熱溫度差代替

即

的數(shù)值與流體流動情況有關(guān)。

1．恒溫傳熱時的平均溫度差恒溫傳熱——參與傳熱的冷、熱兩種流體在換熱器內(nèi)的任一位置、任一時間，

都保持其各自的溫度不變，的傳熱過程。

恒溫傳熱時的平均溫度差:

和流動方向無關(guān)。2．變溫傳熱時的平均溫度差變溫傳熱——參與傳熱的兩種流體（或其中之一）有溫度變化。變溫傳熱時，其平均溫度差的計算方法因流向的不同而異。

11

（1）單側(cè)變溫時的平均溫度差

圖5-6所示為一側(cè)流體溫度有變化，另一側(cè)流體的溫度無變化的傳熱。

其溫度差的平均值可取其對數(shù)平均值，

式中取＞

和

為傳熱過程中最初、最終的兩流體之間溫度差。

在工程計算中，當

時，可近似地采用算術(shù)平均值，即

算術(shù)平均溫度差與對數(shù)平均溫度差相比較，在

＜2時，其誤差＜4%。

單邊變溫傳熱時流體的流動方向?qū)o影響。

12（2）雙側(cè)變溫時的平均溫度差

變溫傳熱中，參與熱交換的兩種流體的流向大致有四種類型，如圖5-7所示。并流：兩者平行而同向的流動

逆流：兩者平行而反向的流動

錯流：垂直交叉的流動

折流：一流體只沿一個方向流動，而另一流體反復折流變溫傳熱時，其平均溫度差的計算方法因流向的不同而異。

13①并流和逆流時的平均溫度差

②錯流和折流時的平均溫度差

先按逆流計算對數(shù)平均溫度差，再乘以溫度差修正系數(shù)，即

各種流動情況下的溫度差修正系數(shù)，可以根據(jù)和兩個參數(shù)查圖5-814由于

的值小于1，故折流和錯流時的平均溫度差總小于逆流。

四、傳熱系數(shù)的測定和經(jīng)驗值

傳熱系數(shù)值的來源有以下三個方面。

1．現(xiàn)場實測

2．采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)3．計算法

見表5-2。

傳熱系數(shù)的計算公式可利用串聯(lián)熱阻疊加原則導出。對于間壁式換熱器，如圖5-9所示，兩流體通過間壁的傳熱包括以下過程：

（1）熱流體在流動過程中把熱量傳給間壁的對流傳熱；（2）通過間壁的熱傳導；（3）熱量由間壁另一側(cè)傳給冷流體的對流傳熱。15傳熱過程的總阻力應等于兩個對流傳熱阻力與一個導熱阻力之和。

第三節(jié)熱傳導是傳熱總阻力的倒數(shù)，故可通過串聯(lián)熱阻的方法計算總阻力，進而計算值

一、導熱基本方程和熱導率（導熱系數(shù)）1．熱傳導方程式（導熱基本方程）

如圖5-10所示。均勻材料構(gòu)成的平壁，且＞實踐證明：單位時間內(nèi)物體以熱傳導方式傳遞的熱量與傳熱面積成正比，

與壁面兩側(cè)的溫度差（－）成正比，而與壁面厚度δ成反比，

即

引入比例系數(shù)，則得

稱為熱傳導方程式，或傅里葉定律

162．熱導率（導熱系數(shù)）比例系數(shù)稱為熱導率（又稱導熱系數(shù)）

W/（m·K）或W/（m·℃)

導熱系數(shù)的意義是：當間壁的面積為1m2，厚度為1m，壁面兩側(cè)的溫度差為1時，

在單位時間內(nèi)以熱傳導方式所傳遞的熱量。

顯然，導熱系數(shù)值越大，則物質(zhì)的導熱能力越強。各種物質(zhì)的導熱系數(shù)通常用實驗方法測定。

一般來說，金屬的導熱系數(shù)最大，非金屬固體次之，液體的較小，而氣體的最小。

17（1）固體的導熱系數(shù)

表5-3為常用固體材料的導熱系數(shù)。金屬是良導電體，也是良好的導熱體。

非金屬建筑材料或絕熱材料（又稱保溫材料）的導熱系數(shù)與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)的致密程度及溫度有關(guān)。通常值隨密度的增加而增大，

也隨溫度的升高而增大。

（2）液體的導熱系數(shù)表5-4列出了幾種液體的導熱系數(shù)。

一般，純液體的導熱系數(shù)比其溶液的導熱系數(shù)大。（3）氣體的導熱系數(shù)

表5-5列出了幾種氣體的導熱系數(shù)。氣體的導熱系數(shù)很小，對導熱不利，但有利于絕熱和保溫。18二、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導1．單層平壁的熱傳導

把上式改寫成下面的形式

=式中溫度差

是導熱過程的推動力

而=，

為單層平壁的導熱熱阻。

2．多層平壁的熱傳導以三層壁為例，如圖5-11所示

三種不同材質(zhì)構(gòu)成的多層平壁截面積為，

各層的厚度為δ1，δ2和δ3，

19各層的導熱系數(shù)為1，2和3，

若各層的溫度差分別為，和

則三層的總溫度差

穩(wěn)定傳熱，各層的傳熱速率相等，下式的關(guān)系成立結(jié)論：多層平壁的導熱的總推動力等于各層導熱的推動力之和；

多層平壁的導熱的總熱阻等于各層導熱的熱阻之和。該式還可變形為下式20結(jié)論：在多層平壁導熱中，推動力大的壁面其熱阻也大。壁面溫度的計算：由

得

同理：

三、通過圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導

1．單層圓筒壁的熱傳導圓筒壁導熱與平壁導熱區(qū)別：平壁導熱面積為定值；圓筒壁導熱面積隨半徑發(fā)生變化。

21假設(shè)：圓筒壁傳熱面積采用導熱面積的平均值則圓筒壁的熱傳導可仿照平壁的熱傳導來處理，即：

式中

帶入上式得：

——圓筒內(nèi)壁半徑，m；

——圓筒外壁半徑，m；

——圓筒壁的平均半徑，m；

——圓筒長度，m。

當時，

22單層圓筒壁的導熱熱阻為：

2．多層圓筒壁的熱傳導三層圓筒壁，其公式為：

第四節(jié)對流傳熱

一、對流傳熱方程1．對流傳熱分析冷熱兩個流體通過金屬壁面進行熱量交換時，由流體將熱量傳給壁面或者由壁

23面將熱量傳給流體的過程稱為對流傳熱（或給熱）。對流傳熱是層流內(nèi)層的導熱和湍流主體對流傳熱的統(tǒng)稱。圖5-14是表示對流傳熱的溫度分

布示意圖，由于層流內(nèi)層的導熱熱阻大，所需要的推動力溫度差就比

較大，溫度曲線較陡，幾乎成直線

下降；在湍流主體，流體溫度幾乎

為一恒定值。一般將流動流體中存

在溫度梯度的區(qū)域稱為溫度邊界

層，亦稱熱邊界層。

2．對流傳熱方程實踐證明：在單位時間內(nèi)，以對流24傳熱過程傳遞的熱量與固體壁面的面積成正比；與壁面溫度和流體主體平均溫度差成正比。

熱流體一側(cè)：

冷流體一側(cè)：

T、——流體主體的平均溫度，℃。

——單位時間內(nèi)以對流傳熱方式傳遞的熱量，W；

A——面積，m2；

——壁面兩側(cè)的溫度，℃；

引入比例系數(shù),上式可寫成：

——對流傳熱系數(shù)（或給熱系數(shù)）。單位：W/(m2·℃)。

又：

=則對流傳熱過程的熱阻

為：

25二、對流傳熱系數(shù)

1．影響對流傳熱系數(shù)的因素

的物理意義是，流體與壁面溫度差為1℃時，在單位時間內(nèi)通過每m2以對流方式

所傳遞的熱量。

值表示對流傳熱的強度。

故↑，對流傳熱的速率↑。

（1）流體的種類液體、氣體和蒸汽；

（2）流體的物理性質(zhì)密度、黏度、導熱系數(shù)和比熱容等；

（3）流體的相態(tài)變化在傳熱過程中有相變發(fā)生時的值比沒有相變發(fā)生時的值大得多；（4）流體對流的狀況強制對流時值大，自然對流時值小；

（5）流體的運動狀況湍流時值大，層流時值?。?/p>

26（6）傳熱壁面的形狀、位置、大小、管或板、水平或垂直、直徑、長度和高度等。

2．對流傳熱系數(shù)

由于影響對流傳熱系數(shù)的因素太多，目前工程計算中采用理論分析與實驗

相結(jié)合的方法建立起來的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，即準數(shù)關(guān)聯(lián)式。常用的準數(shù)及物理意義列于

表5-6中。

在應用準數(shù)關(guān)聯(lián)式時，應注意三個方面：①應用范圍②特征尺寸③定性溫度

介紹常用的對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式來說明關(guān)聯(lián)式的應用。

（1）流體在圓形直管內(nèi)強制湍流無相變發(fā)生時適用于氣體或低黏度(小于2倍常溫水的黏度)液體

或

27當流體被加熱時，當流體被冷卻時，

①應用范圍：

＞，

0.7＜＜120

若

＜60，

則需進行修正。將上式求得的值乘以大于1的修正系數(shù)，即②特征尺寸：管內(nèi)徑。③定性溫度：取流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。（2）流體有相變化時的對流傳熱系數(shù)①蒸汽的冷凝：當飽和蒸汽與溫度較低的固體壁面接觸時，蒸汽將放出大量的

潛熱，并在壁面上冷凝成液體。

蒸汽冷凝的兩種方式：

膜狀冷凝

珠狀冷凝

28膜狀冷凝——壁面上形成一層完整的液膜，蒸汽的冷凝只能在液膜的表面進行。珠狀冷凝——冷凝液在壁面上形成珠狀，液滴自壁面滾轉(zhuǎn)而滴落，蒸汽與重新露

出的壁面直接接觸。當蒸汽中不凝性氣體的含量為1%時，可降低60%左右。

一般換熱設(shè)備中的冷凝可按膜狀冷凝考慮。冷凝的傳熱系數(shù)一般都很大，

如水蒸汽作膜狀冷凝時的傳熱系數(shù)通常為5000~15000W/(m2·℃)。

因而傳熱壁的另一側(cè)熱阻相對地大，是傳熱過程的主要矛盾。

因此冷凝器應裝有放氣閥，以便及時排除不凝性氣體。

②液體的沸騰

由于液體沸騰的對流傳熱是一個復雜的過程，影響液體沸騰的因素很多，最

重要的是傳熱壁與液體的溫度差。現(xiàn)以常壓下水沸騰的情況為例，說明對流傳熱的情況。29沸騰曲線：a)自然對流階段當溫度差較小時(AB段)，

在加熱表面上有少量的汽化核心，

加熱面附近的液層受到的擾動不大，

傳熱主要以自然對流方式進行。

隨的增大而略有增大。此階段稱為自然對流區(qū)。

b)核狀沸騰階段當逐漸升高時（BC段），在加熱面上產(chǎn)生的汽化核心數(shù)目增加，

由于這些蒸氣泡的產(chǎn)生、脫離和上升使液體受到劇烈的擾動，使隨的

增大而迅速增大，在C點處達到最大值。此階段稱為核狀沸騰。C點的溫度差稱為臨界溫度差。

30c)膜狀沸騰階段當繼續(xù)增大時（CD段），氣泡形成的過快，加熱面逐漸被氣泡覆蓋，形成氣膜，使得傳熱過程中的熱阻大，開始減小，到達D點時為最小值。此階段稱為

膜狀沸騰。

d)若在繼續(xù)增加（DE段），加熱面完全被蒸氣泡層所覆蓋，通過該蒸氣泡層的

熱量傳遞是以導熱和熱輻射方式進行。再度隨的增大而增大

一般的傳熱設(shè)備通?？偸强刂圃诤藸罘序v下操作，很少發(fā)生膜狀沸騰。

液體沸騰時的值一般都比流體不相變的值大，

如果與沸騰液體換熱的另一股流體沒有相變化，傳熱過程的阻力主要是無相變流體的熱阻，在這種情況下，

值不一定要詳細計算，例如，水的沸騰值常取5000W/(m2·℃)。

表5-7中介紹了常用流體值的大致范圍。

31流體在傳熱過程中有相變化時的值比較大；

在沒有相變化時，水的值最大，油類次之，氣體和過熱蒸氣最小。

三、設(shè)備熱損失計算

許多化工設(shè)備的外壁溫度常高于周圍空氣的溫度，必然會有熱量散失于周圍環(huán)

境中。這部分散失的熱量，除有對流傳熱方式進行外，還有輻射傳熱的方式。所以，

設(shè)備損失的熱量應等于對流傳熱和輻射傳熱兩部分之和。

所以，總的熱量損失為：對于有保溫層的設(shè)備、管道等，其外壁對周圍環(huán)境散熱的聯(lián)合膜系數(shù)，可

用下列各式進行估算。

1．空氣自然對流時，當＜150℃在平壁保溫層外

在管或圓筒壁保溫層外

322．空氣沿粗糙壁面強制對流時

空氣流速≤5m/s時空氣流速＞5m/s時為了減少熱量（或冷量）的損失和改善勞動條件等，許多溫度較高（或較低）

的設(shè)備和管道都必須進行隔熱保溫。保溫材料的種類很多，應視具體情況加以選用。

保溫層厚度一般可查有關(guān)手冊，依經(jīng)驗選用。

第五節(jié)傳熱系數(shù)一、傳熱系數(shù)的計算（串聯(lián)熱阻法）1．傳熱面為平壁33則式分母中的一項可以寫成，則討論分析：①多層平壁

②若固體壁面為金屬材料，固體金屬的導熱系數(shù)大，而壁厚又薄，

一項與和相比可略去不計，則式還可寫成

③當＞＞時,值接近與熱阻較大一項的值。

【例題5-8】

34④壁面的溫度（1）熱流體和圓筒壁內(nèi)壁面間的對流傳熱

(a)（2）通過圓筒壁的熱傳導(b)（3）圓筒壁外壁面和冷流體間的對流傳熱(c)壁溫總是比較接近值大的那一側(cè)流體的溫度。這一結(jié)論對設(shè)計換熱器是很重要的。

2．傳熱面為圓筒壁

冷熱流體通過圓筒壁的傳熱過程：35穩(wěn)定傳熱：

(a)+(b)+(c)得

結(jié)論：傳熱總推動力等于傳熱各階段推動力之和；傳熱總熱阻等于傳熱各階段熱阻之和。若以為傳熱基準面積，則

稱為以外表面積為基準的傳熱系數(shù)。

36同理可得

稱為以內(nèi)表面積為基準的傳熱系數(shù)。

稱為以平均面積為基準的傳熱系數(shù)。由于計算圓筒壁公式復雜，故一般在管壁較薄時，即＜2可取近似值：

簡化為使用平壁計算式。二、污垢熱阻

生產(chǎn)中的換熱設(shè)備，因長期使用在固體壁面上常有污垢積存，對傳熱產(chǎn)生附加

37熱阻，

使傳熱系數(shù)降低。某些常見流體的污垢熱阻的經(jīng)驗值可查表5-8。

間壁兩側(cè)流體間傳熱總熱阻等于兩側(cè)流體的對流傳熱熱阻、污垢熱阻及管壁熱阻之和。

若管壁內(nèi)、外側(cè)表面上的污垢熱阻分別為和，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則，

第六節(jié)換熱器一、間壁式換熱器的類型

按照換熱面的形式，間壁式換熱器主要有管式、板式和特殊形式三種類型。1．管式換熱器（1）蛇管式換熱器

沉浸式換熱器

噴淋式換熱器

38①沉浸式換熱器如圖5-16a所示，是將蛇管沉浸在容器內(nèi)，盤管內(nèi)通入熱流體，

管外通過冷卻水進行冷卻或冷凝；或者用于加熱或蒸發(fā)容器內(nèi)的流體。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造，適用于傳熱量不太大的場合。

缺點：管外對流傳熱系數(shù)小。為了提高其傳熱性能，可在容器內(nèi)安裝攪拌器，使器

內(nèi)液體作強制對流。

②噴淋式換熱器5-17所示，主要用作冷卻器。

優(yōu)點：便于檢修和清洗；

缺點：噴灑不易均勻，體積龐大，占地面積大。（2）套管式換熱器如圖5-18所示

39（3）列管式換熱器其構(gòu)造主要由管束、管板（花板）、殼體和封頭三部分組成。

形成了管內(nèi)和管外兩個空間，封頭與管板之間的分配室空間。管束的表面積就是傳熱面積。①固定管板式

圖5-20、圖5-21、圖5-2所示是三種不同結(jié)構(gòu)的列管式換熱器。

所謂固定管板是將安裝著管束的兩塊管板直接固定在外殼上。

一般來說，傳熱管與殼體的材質(zhì)不同，在換熱過程中由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度差較大，就可能由于過大的熱應力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂。因此，當兩流體的溫度差超過50℃時，就應采取熱補償?shù)拇胧＞哂醒a償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定管板式換熱器

這種補償方法簡單，但不宜應用于兩流體溫度差較大和殼程壓力較高的場合。

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②U型管式換熱器如圖5-21所示，由于管子彎成U型，U型傳熱管的兩端固定在一塊

管板上，因此每根管子都可以自由的伸縮。而且整個管束可以拉出殼外進行清洗，但管內(nèi)的

清洗比較困難，只適用于潔凈而不易結(jié)垢的流體，如高壓氣體的換熱。

41③浮頭式換熱器圖5-22是浮頭式換熱器，由于一端管板不與殼體固定，是浮頭結(jié)構(gòu)，

當管子受熱或冷卻時，管束連同浮頭可以自由伸縮。而且管束還可以從殼體中抽出，不僅管

外可以清洗，管內(nèi)也可以清洗。浮頭式換熱器的構(gòu)造較為復雜，與其他形式的換熱器相比造

價較高，但目前仍是應用最廣泛的換熱器。

列管換熱器中，一般管內(nèi)空間容易清洗，故不清潔和易結(jié)垢的流體走管內(nèi)，還

有腐蝕性流體、高壓流體和高溫等流體走管內(nèi)。但是，蒸汽、沸騰液體走殼方，對

于這種場合殼方不需要擋板。

2．板式換熱器這類換熱器一般不能承受高壓和高溫，但對于壓力較低、溫度不高或腐蝕性

強而須用貴重材料的場合，各種板式換熱器都顯示出更大的優(yōu)越性。

（1）夾套式換熱器如圖5-25所示。（2）螺旋板式換熱器圖5-26所示。42