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1、 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 中 需 要 將 原 料 或 產(chǎn) 品 加 熱 或 冷 卻 。 換 熱 器 的 用 途 是 在 兩個 工 藝 流 體 不 直 接 接 觸 的 情 況 下 實 現(xiàn) 熱 量 從 一 個 工 藝 流 體 向 另 一 個 流 體 的轉(zhuǎn) 移 。 雖 然 有 各 種 不 同 尺 寸 ， 不 同 標 準 和 類 型 ， 所 有 換 熱 器 都 要 使 用 某 種熱 導(dǎo) 元 件 ， 通 常 為 管 或 板 ， 來 隔 離 兩 流 體 ， 同 時 傳 導(dǎo) 熱 量 。 換 熱 器 具 體 用途 由 工 藝 要 求 決 定 。 換 熱 器 是 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 兩 流 體 間 進 行 效 換
2、 熱 的 設(shè) 備 ， 例如 內(nèi) 部 冷 卻 器 ， 預(yù) 熱 器 ， 鍋 爐 ， 再 沸 器 和 冷 凝 器 。 最 簡 單 的 換 熱 器 就 是 水 壺 。 將 水 壺 中 裝 上 水 ， 放 到 爐 子 上 。 爐 火產(chǎn) 生 的 熱 量 與 金 屬 壺 壁 接 觸 并 將 其 加 熱 。 然 后 ， 壺 壁 將 水 加 熱 。 熱 源（ 火 爐 ） 與 水 沒 有 直 接 接 觸 ， 但 水 被 加 熱 了 。 液 體 被 加 熱 時 ， 分 子 運動 加 快 ， 同 時 隨 其 運 動 熱 量 被 分 散 到 整 個 流 體 。 觀 察 壺 中 被 加 熱 流 體會 觀 察 到 分 子
3、運 動 。 從 壺 壁 傳 遞 的 熱 量 稱 為 傳 導(dǎo) 熱 。 水 分 子 之 間 傳 遞的 熱 量 稱 為 對 流 熱 。 熱 傳 導(dǎo) 是 熱 量 通 過 物 質(zhì) 不 斷 進 行 直 接 傳 遞 ， 從 高 溫 區(qū) 傳 遞 到低 溫 區(qū) ， 直 至 溫 差 消 除 。 物 理 原 理 表 述 為 溫 差 越 大 ， 熱 傳 導(dǎo) 速 率越 大 。 比 如 將 手 指 伸 入 沸 水 中 ， 手 指 和 沸 水 間 有 很 大 溫 差 ， 熱 量迅 速 傳 遞 ， 導(dǎo) 致 手 指 感 覺 到 沸 水 帶 來 的 疼 痛 。 如 果 水 冷 到 室 溫 ，我 們 再 用 手 指 觸 摸 ， 則
4、 沒 有 疼 痛 的 感 覺 ， 同 時 手 指 和 水 之 間 因 為沒 有 溫 差 也 不 存 在 熱 交 換 。 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 最 基 本 的 換 熱 器 即 套 管 換 熱 器 。 它 由 里 外 兩 層 管道 組 成 ， 外 管 為 殼 層 ， 內(nèi) 管 為 管 層 。 兩 管 道 內(nèi) 的 流 體 不 直 接 接 觸 ，但 外 流 體 將 熱 量 傳 遞 給 內(nèi) 管 壁 ， 然 后 內(nèi) 管 壁 將 熱 量 傳 給 內(nèi) 流 體（ 傳 導(dǎo) 熱 ） 。 各 層 管 內(nèi) 流 體 流 向 可 以 相 同 或 相 反 。 當(dāng) 兩 流 體 方 向流 動 -逆 流 時 ， 換 熱 效 率 更 高
5、 。 逆 向 流 動 時 ， 由 于 熱 量 分 散 到 受熱 液 體 分 子 （ 對 流 熱 ） 而 導(dǎo) 致 渦 流 出 現(xiàn) ， 這 更 加 提 高 了 熱 交 換 效率 。 相 比 逆 流 ， 兩 流 體 并 行 的 熱 交 換 效 率 要 低 得 多 。 因 為 套 管 換熱 器 不 能 處 理 大 流 量 ， 它 是 效 率 最 低 的 換 熱 器 類 型 。 管 殼 式 換 熱 器 是 工 業(yè) 中 最 常 見 的 換 熱 器 。 相 對 于 其 體 積 和 重 量 ，他 有 很 大 的 換 熱 面 積 ， 而 且 作 用 范 圍 廣 ， 一 般 操 作 條 件 下 都 可 使 用 。
6、他 們 可 以 看 成 是 在 一 個 管 子 (殼 程 ） 里 面 有 多 個 管 道 （ 管 程 ） ， 具 有流 率 高 和 換 熱 量 大 的 特 點 。 根 據(jù) 應(yīng) 用 的 不 同 管 程 形 式 多 樣 ， 設(shè) 計 者 將充 分 考 慮 工 藝 要 求 各 個 參 數(shù) 來 確 定 換 熱 器 的 確 切 類 型 。 管 殼 式 換 熱 器分 為 固 定 式 和 浮 頭 式 ， 單 管 程 和 多 管 程 。 工 藝 流 體 流 經(jīng) 管 程 或 殼 程 時 ，換 熱 介 質(zhì) 在 另 一 側(cè) 流 動 ， 兩 側(cè) 流 體 逆 向 流 動 換 熱 效 率 最 大 。 管 殼 式 換 熱 器
7、 的 基 本 組 成 ：管 液 體 流 路 ， 提 供 與 殼 層 液 體 傳 熱 的 換 熱 面 。管 板 圓 形 金 屬 平 板 ， 通 過 鉆 孔 或 者 切 割 支 撐 管 束 按 照 特 定 模式 排 列 。殼 層 外 部 容 器 ， 內(nèi) 部 含 有 管 束 和 殼 層 流 體 。封 頭 殼 層 末 端 外 部 ， 既 可 以 是 固 定 封 頭 式 的 也 可 以 是 浮 頭 式的 。管 層 /殼 層 接 口 管 層 /殼 層 的 出 入 口 。分 程 板 換 熱 器 為 多 程 時 ， 是 一 種 分 離 流 經(jīng) 換 熱 器 液 體 流 路 的方 法 。折 流 板 平 板 式 設(shè)
8、 計 ， 支 撐 管 束 防 止 其 震 動 ， 使 殼 層 流 體 流 動劇 烈 ， 增 加 傳 熱 效 率 。 單 程 固 定 管 殼 換 熱 器 固 定 管 殼 式 換 熱 器 ， 在 管 板 、 管 束 和 封 頭 之 間 的 連 接 為 固 定的 。 在 單 程 結(jié) 構(gòu) 中 ， 管 束 與 兩 個 固 定 的 管 板 和 固 定 封 頭 連 接 。 液體 經(jīng) 過 固 定 的 管 板 流 入 管 束 的 一 端 ， 從 另 一 端 流 出 。 熱 介 質(zhì) 或 冷介 質(zhì) 一 般 走 殼 層 ， 并 且 入 口 與 管 層 的 出 口 臨 近 ， 出 口 與 管 層 的 入口 臨 近 。
9、固 定 管 板 多 程 換 熱 器 這 種 換 熱 器 與 單 程 的 類 似 ， 不 同 在 于 流 經(jīng) 多 程 換 熱 器 管 層 的 液 體 至少 有 一 次 折 流 ， 流 動 方 向 與 初 始 進 入 換 熱 器 的 流 體 流 動 方 向 相 反 。 這 種結(jié) 構(gòu) 通 常 在 管 入 口 的 末 端 有 一 個 一 百 八 十 度 的 轉(zhuǎn) 彎 ， 使 得 流 體 可 以 轉(zhuǎn) 變流 向 ， 換 熱 器 的 出 口 與 入 口 同 側(cè) ， 一 般 來 說 ， 該 出 口 在 管 束 的 底 部 。 另外 ， 在 管 的 入 口 處 必 須 裝 有 擋 板 ， 使 流 體 只 流 入
10、上 半 部 管 束 。 這 種 結(jié) 構(gòu)可 以 延 長 流 體 在 換 熱 器 內(nèi) 的 停 留 時 間 ， 傳 遞 更 多 熱 量 。 浮 頭 式 多 程 換 熱 器 相 對 于 管 板 固 定 的 結(jié) 構(gòu) 來 說 ， 這 種 類 型 的 換 熱 器 具 有 浮 頭 式結(jié) 構(gòu) 。 所 以 ， 當(dāng) 熱 膨 脹 時 可 以 “ 移 動 ” 。 這 種 換 熱 器 既 可 以 是 單程 的 又 可 以 是 多 程 的 ， 無 論 是 哪 種 ， 在 殼 內(nèi) 都 具 有 受 熱 移 動 的 能力 。 這 種 特 征 使 得 該 類 型 的 換 熱 器 尤 其 適 用 于 溫 差 較 大 的 兩 種 流體 。 并 且 ， 這 種 換 熱 器 也 有 能 力 處 理 高 流 速 流 體
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