热交换器计算及设计1

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1、热交换器计算及设计(含锅炉设计计算)教师：王勤辉/余春江2012年2月课程信息学分:1.5教材：《电站锅炉原理》容銮恩，袁镇福等，中国电力出版社主要参考书：《管壳式换热器的分析与计算》潘纪红，田茂诚编著，科学出版社，1996《锅炉原理及计算》（第二版）冯俊凯，沈幼庭主编，科学出版社，1992《锅炉例题习题集》贾鸿祥编，水利电力出版社，1990《换热器设计、运行及CAD系统》刘燕春编著，冶金工业出版社，1998教师联系方式：王勤辉Tel：87952802qhwang@zju.edu.cn余春江Tel：87952801chunjiang@zju.edu.cn热交换器的重要性在工程中，将

2、某种流体（介质）的热量以一定的传热方式传递给他种流体（介质）的设备，称为热交换器至少有两种温度不同的流体参与传热传热为主要过程（目的）热交换器在工业生产中极为普遍锅炉设备中。。。电厂热力系统中。。。轧钢工艺中的空气煤气预热器、制冷机中的冷凝器、制糖造纸工业中的蒸发器等等化工、航天、机械制造、食品、医药行业中。。凝汽式燃煤电厂生产过程凝汽部分换热过程低压加热器除氧器换热过程高压加热器省煤器过热器空预器对换热器的基本要求满足工艺要求，热交换强度高，热损失小工艺结构在工作温度压力下不易遭到破坏，制造简单，维修方便，运行可靠设备紧凑（对于航天、余热利用、大型设备尤为重要）流动阻力低，热交换

3、器的动力消耗小其他工艺要求的特殊能力热交换器研究的背景科学和传热学的密切联系和互动热交换器发展为传热学提供日益深广的课题传热学为热交换器发展提供理论基础和设计方法换热器的研究不局限于传热学研究，从换热器的原理、设计到测试构成了自己独特的内容体系，除了传热学，还包括流体力学、工程力学、化学、材料力学以及设计方法、设备结构、测试技术、计算和优化技术等方面的内容换热器相关深入研究的领域强化传热机理和新型换热器的研制流体热物性的研究制造材料和防腐技术研究结垢机理和防垢技术研究振动和防振措施的研究测试技术研究热交换器CAD设计、自动设计、模拟和系统与设备的优化等本课程关注的内容常规热交换器类

4、型、原理，基本设计思路作为一门能源与环境工程专业的专业课，着重以电站锅炉为主要对象介绍锅炉设备工作过程中所涉及热交换器相关内容掌握锅炉设备工作过程中所涉及的相关知识如燃料特性及其燃烧产物的计算等掌握有关锅炉热平衡计算以及整体设计的基本知识掌握锅炉的热力计算的基本方法，包括炉膛和对流受热面等热交换部件的计算方法在掌握锅炉的设计与计算方法的基础上，理解各类热交换器的设计与计算方法。热交换器设计与计算的基本原理热交换器原理、形式热交换器设计及计算的重要性各类热交换器传热计算分析换热器分类按照用途分类：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器按照制造材料分类：金属换热器、陶瓷换热器、石墨换热器等按照

5、冷流体和热流体的流动方向分：顺流式、逆流式、错流式、混合流等按照传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式（回热式）、流体耦合间接式等按照流动方向的分类顺流逆流交叉流（错流）总趋势为逆流的四次错流总趋势为顺流的四次错流混流式：先顺后逆平行流混流式：先逆后顺的串联混和流按照热量传输方式划分间壁式换热器冷流体和热流体之间有一固体壁面，一种流体恒在壁面的一侧流动，而另一种流体在他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面进行传递按照热量传输方式划分混合换热器（直接接触式换热器）这种换热器内依靠热流体和冷流体的直接接触而进行换热，理论上混合流体均匀地处于同温同压下离开换热器，换热效率最高，但是冷

6、热流体的混合使应用受限制。热水加热气体冷却塔按照热量传输方式划分蓄热式换热器（回热式）换热器中也有固体壁面，但是两种流体并非同时，而是轮流地与壁面接触，当热流体流过时，把热量蓄于壁内，其温度逐渐升高，而当冷流体流过时，壁面放出热量，其温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。蓄热室原理蓄热换热器按照热量传输方式划分流体耦合间接式由两台间壁式换热器组成，他们之间通过某种传热介质（水或者液态金属）的循环耦合在一起。冷热流体换热面不直接耦合使换热器形体设计比较方便；有利于紧凑的机械布置热管换热间壁式换热器换热过程物理概念清晰，纯粹的传热。其生产经验、分析研究和计算方法比较完整和丰富

7、，其他两种换热器的计算往往要部分或大部分引用间壁式换热器的计算设计方法冷热流体相互之间不掺混，满足绝大多数工业过程的要求，是应用最为广泛的换热器类型间壁式换热器类型按照传热壁面的形状间壁式换热器可分管式热交换器板式热交换器夹套式热交换器其他异形传热面组成的特殊类型换热器板式螺旋板夹套换热器板式换热器流向示意图管式热交换器类型－沉浸式热交换器该类型热交换器的管子常用直管（蛇管）或螺旋弯管（盘管）组成传热面，将管子沉浸在液体的容器或池内多用于液体预热器、蒸发器或气体冷却