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换热器

换热器. 2.134. 112 Mio. 浙工大机械学院化机所. 换 热 设 备 (heat transfer equipment). P171,172. 分类 按冷热流体间热量交换方式. （混合式）. P222. 间壁式换热器. 根据传热面的结构不同可分为： 管式、板面式和其他型式 。 ◆ 管式换热器 以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等； ◆ 板面式换热器 以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；

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换热器

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  1. 换热器 2.134 112Mio 浙工大机械学院化机所

  2. 换 热 设 备 (heat transfer equipment) P171,172 分类 按冷热流体间热量交换方式 （混合式）

  3. P222 间壁式换热器 根据传热面的结构不同可分为：管式、板面式和其他型式。 ◆管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等； ◆板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等； ◆其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气LENGQUEQI等。

  4. 间壁式换热器 套管换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合 间壁式换热器 P223 （稍后介绍）

  5. P222 夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。结构简单 、传热面较小，且传热系数不高

  6. P222 沉浸式蛇管换热器 蛇管式换热器：以蛇形管作为传热元件的换热器，分为沉浸式、喷淋式

  7. P223 喷淋式蛇管换热器 便于检修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀

  8. 壳管式换热器

  9. 壳管式换热器

  10. P223,224 管 束

  11. 管 束

  12. 固定管板式换热器 P224 固定管板式换热器：管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上 ，管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体（清洗问题），管壁与壳壁温度不同，二者线膨胀不同，又因整体是固定结构，必产生热应力，常用“膨胀节”结构进行热补偿 结构简单紧凑,往往是管板兼法兰。适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大,但压力不高,壳程介质干净或虽结垢,但通过化学清洗能清除的场合

  13. P224 浮头式换热器 • 浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力 • 消除热应力、便于清洗和检修 • 结构复杂，内浮头密封困难,锻件多,造价较高 • 适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10ＭＰａ的工况

  14. P225 U型管式 适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难

  15. 壳管式换热器壳程流动情况 理想错流+理想平行流 泄漏（管-折流板间隙）+短路（管束-壳体） 降低传热速率、压降

  16. 折流板型式（弓形折流板、圆环形折流板、螺旋折流板等）折流板型式（弓形折流板、圆环形折流板、螺旋折流板等） P226

  17. P234 折流杆换热器

  18. P234

  19. 折流板的布置原则 1、折流板一般应等距布置，尽量靠近壳程进出口接管。 2、折流板最小间距应不小于壳体内直径的1/5，且不小于50mm，最大间距应不大于壳体内直径。 3、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体内壁间隙不能太大或太小。 4、弓形折流板缺口弦高一般取（0.20-0.45）Di，通常取0.25Di。 5、支持板形状与尺寸 按折流板设计。

  20. 防短路结构 DN≤500mm时，设一对旁路挡板。 DN=500mm~1000时，设两对旁路挡板。 DN≥1000mm时，设三对旁路挡板。

  21. 挡管 管 每隔3~4排换热管设置一根挡管， 折流板缺口处不设挡管。

  22. 中间挡板一般与折流板点焊固定， 其数量不宜多于4块。

  23. 壳管式换热器传热系数

  24. 壳管式换热器传热系数 1.管外膜换热系数 2.管外污垢系数 Q——单位时间内的传热量，W hS ——管外膜系数，W/m2-K AO ——管外侧传热面积，m2 TS——管外液膜两侧的传热温差，C Q——单位时间内的传热量，W hSF ——管外污垢系数，W/m2-K AO ——管外侧传热面积，m2 TSF——管外污垢层两侧的传热温差，C 3.管壁换热系数 (傅立叶定律) Q——单位时间内的传热量，W k——管壁导热系数，W/m-K r——管径，m A——半径r处的传热面积，m2，A＝2rL L——管长，m rO / dO、rI / dI ——管外半/直径、管内半/直径，m TO、TI——管壁外侧、管壁内侧温度， C TW——管壁两侧的传热温差，C

  25. 壳管式换热器传热系数 4.管内污垢系数 5.管内膜换热系数 Q——单位时间内的传热量，W hT ——管内膜系数，W/m2-K AI ——管内侧传热面积，m2 TT——管内液膜两侧的传热温差，C Q——单位时间内的传热量，W hTF ——管内污垢系数，W/m2-K AI ——管内侧传热面积，m2 TTF——管内污垢层两侧的传热温差，C

  26. 壳管式换热器传热系数 将上述5个热阻相加，即为总传热热阻；将5层的传热温差相加即为总传热温差： U——总传热系数， W/m2-K

  27. 几点讨论 • 热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。 • 两个膜系数＋污垢系数如何取？（经验值/典型值/估计值） ——膜系数取决于流体流速、物性、换热器几何结构； ——结垢与时间、流速、温度、及其他因素有关。 P226-228

  28. 换热管的排列型式 • 正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质清洁，且不需要进行机械清洗的场合 • 正方形和转角正方形排列，能够使管间形成一条直线通道，便于机械清洗，一般用于易结垢流体、其管束可抽出管间清洗的场合 pT：相邻换热管中心之间的距离，通常取pT=1.25dO 在管间距不变、壳体直径不变的情况下，三角形布置可容纳更多的换热管

  29. 板式换热表面可紧密排列，各种板式换热器结构紧凑、耗材少、传热系数大。 常见结构：板式换热器 ；螺旋板换热器 ；板翅式换热器； 板壳式换热器等 板式换热器 P231

  30. 板式换热器 P232 由一组冲压出一定凹凸波纹（如人字形波纹）的长方形薄金属板平行排列，以密封及夹紧装置 组装于支架上构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可以达到对外密封的目的。操作时要 求板间通道冷、热流体相间流动，即一个通道走热流体，其两侧紧邻的流道走冷流体。

  31. 板式换热器 • 传热系数高 、结构紧凑、具有可拆结构 （增减传热面积、检修、清洗都比较方便） • 操作压强和温度不太高 、处理量较小

  32. 板翅换热器 P233 • 在两块平行的薄金属板之间，夹入波纹状或其它形状的金属翅片，并将两侧面封死，即构成一个换热基本单元。将各基本元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可制成并流、逆流或错流的板束（或称芯部）。我国目前常用的翅片型式有光直型、锯齿形和多孔形翅片三种。

  33. 板翅换热器 • 传热系数高 、结构紧凑 • 设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难 平直型 锯齿形 多孔形翅片

  34. 螺旋板换热器 P232spiral heat exchanger • 由两张平行的金属板卷制成两个螺旋形通道,冷热流体之间通过螺旋板壁进行换热的换热器。 • 传热系数高 、结构紧凑、不易结垢和堵塞 (流体的速度较高，又有离心惯性力 ),宜处理悬浮液及粘度较大的流体 • 操作压强和温度不太高 • 常用的螺旋板换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难

  35. 强化管式换热器 P233

  36. 强化管式换热器 • 管的表面加装翅片 • 翅片与管表面的连接应紧密，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效果

  37. 传热强化技术 传热方程式 Q=KF△T

  38. 强化传热的途径 新型换热器 1、增大传热面积 小直径管 翅片结构

  39. 2、加大平均温差 逆流换热

  40. 扩展表面 选用导热系数大的材料 3、提高传热系数 管程分程 防止结垢并及时除垢 有功传热强化 无功传热强化

  41. 传热强化举例 螺旋槽管 槽管

  42. 翅片

  43. 螺旋翅片管

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