《第4章 传热46换热器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 传热46换热器.doc（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一、教学课题：第四章 传热 第六节换热器 二、教学目的：通过学习，使同学们1、理解列管式换热器的结构、特点、工艺计算及选型2、了解其他类型换热器的结构和特点3、掌握强化传热的途径三、课时：2h，第25次 第17周 12.24日 星期二 C25、C26（1、2节）四、课型：新课五、教具：白板笔、多媒体、激光笔六、教学重点： 列管式换热器的结构、特点、工艺计算及选型，强化传热的途径教学难点：强化传热的途径七、教学方法和手段：主要以讲授为主，图表教学为辅八、主要内容：同学们好！上节课我们学习第四章一到四节的传热的相关知识，课程较难，公式较多，请同学们回顾下与复习下之前我们所学的主要知识点：v 1、热
2、传导v 2、热对流v 3、间壁式传热过程v 4、传热总速率方程今天我们学习传热的第六节 工业换热器的类型，首先我们了解下换热器类型。换热器：用于热量交换的设备。载热体：参与换热的两种流体。 热载热体（热流体）：加热剂（水蒸载热体 汽） 冷载热体（冷流体）：冷却剂（水、冷 冻盐水、空气）1.间壁式：冷热流体通过间壁传递热量； 特点：两种流体不直接混合，保持原状态；2.混合式：冷热两种流体直接混合； 特点：传热速度快； 适用于：废热回收；3.蓄热式4.中间载热体式换热器：热管；分类: 按用途：加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器 按传热特征 直接接触式：冷、热流体直接混合 蓄热式： 冷流体热流体
3、热流体冷流体 蓄热式换热器示意图 间壁式：冷、热两流体由金属壁隔开，不直接接触一、间壁式换热器的类型1、夹套式换热器 结构及用途：在容器外壁安装夹套制成。主要用于反应过程的加热或冷却。 优点：结构简单 缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。 为提高传热系数，可在釜内安装搅拌器。2、沉浸式蛇管换热器 结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：由于容器体积比管子的体积大得多，因此管外流体的对流传热系数较小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。 3、喷淋式换热器结构：将蛇管成排地固定于钢架上，被冷却的流体在
4、管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器。优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗 缺点：喷淋不易均匀4、套管式换热器 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。优点：进行热交换时使一种流体在内管流过，另一种则在套管间的环隙中通过。流速高，传热系数大，逆流流动，平均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便。 缺点：介质流量较小，热负荷不大5、列管式换热器列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，应用广泛。 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽
5、广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 常见的类型有：固定板式换热器、U形管换热器、浮头式换热器。（1）列管式换热器的结构 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 单程： 流体在管内每通过管束一次 一管程 流体在管外每通过壳体一次 一壳程 多程： 多管程：封头内设置分程隔板，单管程多管程 多壳程： 相当于单壳程串联，传热面积增大折流挡板作用：提高壳程流体湍动程度(Re100 湍流),增大0，强化传热。冲刷沉积物，减小污垢热阻；对壳体起支撑作用。代价：壳体阻力，系统动力消耗常用形式：弓形、圆盘形（2
6、） 分类及特点 管、壳温度不同，产生热应力，当t50时，管弯曲、断裂或管板变形，为此，采用各种补偿办法消除或减小热应力。根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为：固定管板式 安装膨胀节U形管式 本身具有补偿能力浮头式 本身具有补偿能力a）固定管板式换热器特点： 结构简单，成本低，可能产生较大的热应力，壳程不易机械清洗；适用： 壳程流体不易结垢或容易化学清洗，壳体与传 热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。b）U形管换热器特点：具有温度补偿作用，管程不易清洗。适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。c）浮头式换热器 特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、 成本高，
7、但应用广泛。6、其他类型换热器（1）各种板式换热器优点：传热系数大、结构紧凑、操作灵活性大、金属材料消耗量低、加工容易、检修清洗方便。缺点：允许操作压力比较低、操作温度不能太高、处理量不大。（2）热管换热器优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠适用：尤其适用于某些等温性要求较高的场合二、 列管式换热器的设计和选用 要求：根据生产任务设计或选择合适的换热器 (计算传热面积，确定管、壳程数，管规格、管排布等）1、列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (1)选择流程 一般原则：不洁净或易结垢的液体、腐蚀性流体 压力高的流体 走管程饱和蒸汽、流量小而粘度大的流体、对流传热系数大的流体、需要冷却
8、的流体走壳程(2) 流速的选择 流速影响对流传热系数和污垢热阻的大小。 流速减小，流体中颗粒沉积，甚至堵塞管路 流速增大，流体阻力增大。 （表4-12、4-13） (3) 流动方式的选择 对于同样的进、出口条件，传热量相同， A逆A并 管程或壳程，对流传热系数，但同时流动阻力，tm ，应权衡确定 (4) 换热管规格和排列的选择 换热管规格：(5) 折流挡板挡板间距：一般取壳体内径的0.21.0倍2、流体通过换热器时阻力的计算 （1）管程阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力计算式求得。（2）壳程阻力 对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，计算结果相差较大。3、管壳式换热器设计和选用的计
9、算步骤（1）初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差校正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。 计算热流量Q及平均传热温差tm，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A估。 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 （2）计算管、壳程阻力 计算管、壳程流速和阻力，判断是否合理。 （3）核算总传热系数求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 （4）计算传热面积并求裕度一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于需要的传热面积A0 20%左右为宜， 即裕度为20%左右。裕度的计算式为：三、换热器
10、的传热强化途径强化方法：提高K、A或tm 目 的：传热面积 ，使设备费用降低1、提高K值（1）降低污垢热阻（2）提高对流传热系数 若i 0，提高小( i)的一侧 两侧相近，应同时提高两侧流体的提高对流传热系数的方法 无相变传热 a）提高管内流速优点：总传热系数，传热面积，设备投资费缺点：流动阻力，动力消耗，操作费用经济优化：选择适宜流速，使总费用最低b）制造人工粗造表面促进边界层分离，减薄层流底层，强化传热c）加设扰流元件 管内装入麻花铁、螺旋圈或金属丝片；增强湍动，破坏层流底层。有相变传热 冷凝 ：1）采用滴状冷凝 2）及时排放不凝气体 3）气、液流向一致 4）合理布置冷凝面 5）利用表面张
11、力 （沟槽 ，金属丝） 沸腾： 1）保持核状沸腾 2）制造人工表面，增加汽化核心数2、提高传热推动力 限制：两侧均为工艺物流时，温度不能任意改动适用：一侧为公用工程物流(加热蒸汽、冷凝水)时， 其进口温度可调。例：提高冷却水用量 tc2， tm 提高加热蒸气压力 P ，ts ， tm 蒸发、闪蒸P ，ts ， tm 3、增加传热面积 改善传热表面，增加单位体积设备的传热面积 如采用：不同异形管 开槽及加翅片折流形式多孔、高效传热面本节小结v 1、理解列管式换热器的结构、特点、工艺计算及选型v 2、了解其他类型换热器的结构和特点v 3、理解强化传热的途径本章传热小结：九、作业十、教后记1、 是本章的重点，特别是进行横向剖析。主要是各项的一个求解，而整个计算也围绕此进行展开。2、每章进行一个小结对同学们很有帮助，也为期末考试作铺垫。