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1、授 課 教 師 :邸 凱 第 二 章 傳 熱第 五 節(jié) 換 熱 器 按傳熱特征分： 間壁式：冷、熱流體由固體間壁隔開(kāi)，傳熱面積固定， 熱量傳遞為對(duì)流-導(dǎo)熱-對(duì)流的串聯(lián)過(guò)程。 混合式：通過(guò)冷、熱兩流體的直接混合來(lái)進(jìn)行熱量交換。 蓄熱式 (蓄熱器)：由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成，使冷、 熱流體交替通過(guò)換熱器的同一蓄熱室。按用途分：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。按結(jié)構(gòu)分：夾套式、浸沒(méi)式、噴淋式、套管式和管殼式等。 選取換熱器時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝要求選用合適的類型，還應(yīng)按傳熱基本原理選定合理的換熱流程，確定換熱器的傳熱面積、結(jié)構(gòu)尺寸以及校核流體阻力等。對(duì)系列化標(biāo)準(zhǔn)換熱器，需通過(guò)必要的計(jì)算 (A，p)
2、 來(lái)選用。 夾套式換熱器常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器：主要用于反應(yīng)器的加熱或冷卻優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單加工方便缺點(diǎn)：傳熱面積小，傳熱效率低 沉浸式蛇管換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓；缺點(diǎn)：傳熱面積不大，管外流體給熱系數(shù)小，為強(qiáng)化傳熱，可在容器內(nèi)安裝攪拌器。常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器 噴淋式蛇管換熱器優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，水質(zhì)要求低冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器 套管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受較高壓力，應(yīng)用靈活；缺點(diǎn)：耗材多，占地面積大，難以構(gòu)成很大的傳熱面積，故一般適合于流體流量不大、傳熱負(fù)荷較
3、小的場(chǎng)合。常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器 列管式換熱器工業(yè)上使用最廣泛的一種換熱設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積的傳熱面積、處理能力和操作彈性大，適應(yīng)能 力強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為普遍。根據(jù)熱補(bǔ)償方式不同，分為三類：固定管板式U形管式浮頭式常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器 固定管板式列管換熱器常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器折流板作用：不僅可以防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大大增加。 帶補(bǔ)償圈的列管式換熱器 U形管式列管換熱器常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器 常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器浮頭式列管換熱器 常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換
4、 熱 器板式換熱器 結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小很小的空間即可提供較大的換熱面積，不需另外的拆裝空間；相同使用環(huán)境下，其占地面積和重量是其他類型換熱器的1/31/5。傳熱系數(shù)高 雷諾準(zhǔn)數(shù)10時(shí)，即可產(chǎn)生劇烈湍流，一般總傳熱系數(shù)可高達(dá)30008000W/m2.K。端部溫差小 逆流換熱，可達(dá)到1的端部溫差。熱損失小 只有板片邊緣暴露，不需保溫，熱效率98%。適應(yīng)性好，易調(diào)整 通過(guò)改變板片數(shù)目和組合方式即可調(diào)節(jié)換熱能力，與變化的熱負(fù)荷相匹配。 流體滯留量小，對(duì)變化反應(yīng)迅速，拆裝簡(jiǎn)單，容易維護(hù) 板片是獨(dú)立的單元體，拆裝簡(jiǎn)單，可將密封墊密閉的板片拆開(kāi)、清洗。結(jié)垢傾向低 高度紊流、光滑板表面，使積垢機(jī)率很小，且具
5、自清潔功能，不易堵塞。低成本 使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而成，金屬耗量低，當(dāng)使 用耐蝕材料時(shí)，投資成本明顯低于其他的換熱器。 缺點(diǎn)：處理能力不大，操作壓力比較低，一般不超過(guò)20atm，受墊片耐熱性的限制，操作溫度不能太高，一般合成橡膠墊不超過(guò)130，壓縮石棉墊圈也不超過(guò)250。 傳熱系數(shù)高 由于離心力的作用，可在較低Re數(shù)下出現(xiàn)湍流(Re=1400-1800)，允許流速可達(dá)2m/s，故傳熱系數(shù)較高，如水對(duì)水的換熱，傳熱系數(shù)可達(dá)2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速較高，又是在螺旋流道內(nèi)流動(dòng)，能較好的發(fā)揮流體對(duì)板面的沖刷作用，因而流體中的懸浮物不易沉積下來(lái)。由于流道長(zhǎng)，可為完
6、全逆流，便于控制溫度和利用低溫?zé)嵩?，操作時(shí)允許較低的溫度差，因此，在一些低溫差傳熱的場(chǎng)合，采用螺旋板換熱器比較合適。結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡(jiǎn)便，單位體積設(shè)備內(nèi)的傳熱面積約為列管式換熱器的3倍。 操作壓力和溫度不能太高，尤其是所能承受的壓力比較低，操作壓力只能在20atm以下，操作溫度約在300-400以下。不易檢修，整個(gè)換熱器已被卷制焊接為一個(gè)整體，一旦發(fā)生中間泄漏或其他故障，設(shè)備即告報(bào)廢。 常 見(jiàn) 的 間 壁 式 換 熱 器板翅式換熱器 傳熱效果好 板翅促進(jìn)湍流，破壞傳熱邊界層的發(fā)展，總傳熱系數(shù)高，同時(shí)冷、熱流體間換熱不僅以平隔板為傳熱面，而且大部分熱量通過(guò)翅片換熱，因而具有很高的傳熱速率。結(jié)構(gòu)緊湊
7、 單位體積換熱器提供的傳熱面積一般能達(dá)到2500m 2，最高可達(dá)到4300m 2，而列管式換熱器只有160m 2。輕巧牢固 由于結(jié)構(gòu)緊湊，通常用鋁合金制造，在相同的傳熱面積下，其重量?jī)H為列管式換熱器的十分之一，波紋翅片不僅是傳熱面，又是兩板間的支撐，故強(qiáng)度很高。適應(yīng)性強(qiáng)，操作范圍廣 由于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，特別適合于低溫和超低溫條件下的換熱。 流道很小，容易堵塞而使壓降增大。換熱器內(nèi)一旦結(jié)垢，清洗和檢修困難，故處理的物料應(yīng)較清潔或預(yù)先進(jìn)行凈制。由于平隔板是用薄鋁片制成，故要求流體對(duì)鋁不發(fā)生腐蝕。 流體流動(dòng)通道的選擇：(1) 不清潔或易結(jié)垢的物料應(yīng)當(dāng)流過(guò)易于清洗的一側(cè)，對(duì)于直管管束，一般通過(guò)管內(nèi)，直管內(nèi)易于清洗；(2) 需通過(guò)增大流速提高的流體應(yīng)選管程，因管程流通截面積小于殼程，且易采用多程來(lái)提高流速；(3) 腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕；(4) 壓力高的流體宜選管程，以防止殼體受壓；(5) 飽和蒸汽宜走殼程，冷凝液易于排出，其與流速無(wú)關(guān)；(6) 被冷卻的流體一般走殼程，便于散熱；(7) 粘度大、流量小的流體宜選殼程，因殼程的流道截面和流向都在不斷變化，在 Re100 即可達(dá)到湍流。以上各點(diǎn)往往不可能同時(shí)滿足，應(yīng)抓住主要矛盾進(jìn)行選擇，例如，首先從流體的壓力、腐蝕性及清洗等方面的要求來(lái)考慮，然后再考慮滿足其他方面的要求。
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