第1章_热交换器基本原理【《热交换器原理与设计》课件】.ppt

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1、热交换器原理与设计（第6版）史美中王中铮PPT编制：李新国天津大学机械学院热能系按热量传递方式分：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的温度。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

2、热汽化。为蒸馏过程专用设备。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。按热量传递方式分：热流体冷流体t1t2tw1tw2QQ2.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。热流体冷流体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

3、，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。冷流体热流体热流体冷流体蓄热式换热器示意图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。按材料分：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

4、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。按传热面形状和结构分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设计性计算校核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。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。热(力)计

5、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。1.1热计算基本方程1.传热方程：Q=k·F·ΔtmQ=k·Δt·dF2.热平衡方程热容量：W=M·CQ=W1·Δt1=W2·Δt2(W/℃)平行流：顺流和逆流顺流逆流对顺、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保持定值；2.传热系数是常数；3.热交换器没有热损失；4.沿流动方向的导热量可以忽略不计；5.同一种流体从进口到出口，不能既有相变又有单相对流换热。要计算整个换热的平均温差，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平均

6、温差1.2.1流体的温度分布a：两种流体都有相变t1冷凝t2沸腾d：顺流，无相变吸热t1″放热t1′t2″t2′c：一种流体有相变t1″放热t1′t2沸腾b：一种流体有相变吸热t2″t2′t1冷凝g：一种流体有相变沸腾t1″放热t2″t1′t2′过热吸热e：逆流，无相变吸热t1″放热t2″t1′t2′f：一种流体有相变过冷过热蒸汽冷却吸热t1″冷凝t2″t1′t2′h：可凝蒸气和非凝结性气体混合物的冷凝吸热t1″部分冷凝t2″t1′t2′1.2.2顺流、逆流下的平均温差以顺流为例：已知冷热流体的进出口温度，针对微元换热面dF一段的传热，温差为：Δt=t1–t2→dΔt=dt1–dt2通过微元

7、面dF，两流体的换热量为:dQ=k·Δt·dF分别对热流体与冷流体:热流体：冷流体：对逆流：Δt=t1–t2→dΔt=dt1–dt2dQ=k·Δt·dF热流体：冷流体：+：顺流-：逆流+：顺流-：逆流当Fx=F时，Δtx=Δt"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)当时，两者的差别小于4％；当时，两者的差别小于2.3％。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