热交换器原理与设计 全套课件.pptx

热交换器原理与设计（第5版）史美中 王中铮 换热器分类与型式1 换热器的定义：将某种流体的热量以一定的传热 方式传递给他种流体的设备。2 换热器的分类：按热量传递方式分：按两种流体的相对流动方向分：顺流、逆流、顺逆混合流、交叉流 按用途分：1. 加热器：2. 预热器：3. 过热器：4. 冷却器：5. 蒸发器：6. 冷凝器：7. 再沸器：用于把流体加热到所需温度，被加热流 体在加热过程中不发生相变。用于流体的预热，以提高整套工艺装置 的效率。用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。用于冷却流体，使其达到所需温度。用于加热液体，使其蒸发汽化。 用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。t1QQ热流体tw1冷流体tw2t2按热量传递方式分：1. 间壁式换热器（表面式换热器、 间接式换热器） 冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混和的场合。如各种管壳式、板式结构的换热器。热流体冷流体2. 混合式换热器 (直接接触式) 冷、热流体直接接触，相互 混合传递热量。特点：结构简单，传热效率高。适于冷、热流体允许混合的场合。如冷却塔、喷射式等。冷流体热流体热流体冷流体 蓄热式换热器示意图 3. 蓄热式换热器(回流式换热器、 蓄热器) 借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。有固体壁面，两流体并非同时，而是轮流与壁面接触。当与热流体接触，蓄热体接受热量，温度升高；与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，达到换热目的。 特点：结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。 适于高温气体热量的回收或冷却。如回转式空气预热器。按材料分：1. 金属材料换热器 常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。2. 非金属材料换热器 常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。按传热面形状和结构分1. 管式换热器 通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。2. 板式换热器 通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式等。3. 特殊形式换热器 根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管式换热器等。管壳式换热器的外形内部构造管壳式换热器端部流程安排多流程焊接式换热器1 热交换器热计算基本原理 热(力)计算是换热器设计的基础以间壁式换热器为基础介绍换热器的热（力）计算，其他形式的换热器计算方法相同。设计性计算设计新换热器，确定其面积。但同样大小的传热面积可采用不同的构造尺寸，而不同的构造尺寸会影响换热系数，故一般与结构计算交叉进行。校核性计算针对现有换热器，确定流体的进出口温度。了解其在非设计工况下的性能变化，判断其是否能满足新的工艺要求。1.1 热计算基本方程1. 传热方程： Q = k·F·Δtm Q =k·Δt·dF 2.热平衡方程热容量： W = M·C (W/℃) Q = W1 · Δt1 =W2 · Δt2 平行流：顺流和逆流顺流 逆流1.2 平均温差对顺、逆流的传热温差分析，作如下假设：1. 冷热流体的质量流量和比热是常数；2. 传热系数是常数；3. 热交换器没有热损失；4. 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计；5. 同种流体从进口到出口既无相变也无单相 对流换热。 要计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道温差随换热面的变化，即 Δtx= f(Fx)，然后再沿整个换热面积进行平均。1.2.1 流体的温度分布 t1 冷凝 t1 冷凝t2″吸热t2 沸腾t2′a：两种流体都有相变b：一种流体有相变t1′t1′放热放热t1″t1″t2″t2 沸腾吸热t2′c：一种流体有相变d：顺流，无相变t1′t1′过热蒸汽冷却冷凝放热过冷t2″t2″t1″t1″t2′t2′吸热吸热e ：逆流，无相变f ：一种流体有相变t1′t1′部分冷凝放热t2″t2″过热t1″t1″沸腾t2′吸热t2′吸热g ：一种流体有相变h：可凝蒸气和非凝结性 气体混合物的冷凝1.2.2 顺流、逆流下的平均温差当 Fx = F 时，Δtx =Δt+：顺流-：逆流顺流与逆流的区别：顺流：逆流：将对数平均温差写成统一形式(顺/逆流都适用)算术平均温差平均温差另一种更为简单的形式是算术平均温差，即：当 时，两者的差别小于4％；当