1、热交换器的原理与设计,绪 论,热交换器的分类,按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式,管式热交换器的分类：沉浸式、喷淋式、套管式、管壳式,流体流动程数及表示法、图示,影响热交换器设计的因素,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）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,热交换器热计算的基本原
2、理,热计算基本方程式,传热方程,热平衡方程,热交换器热计算的基本原理,平均温差,简单平行流动的温度变化示意图：会读、会画,对数平均温差,复杂流动方式的平均温差,P、R定义及应用,会查、能用,流体的温度分布最简单的平行流动有(纵坐标温度，横坐标表示传热面积),沸腾,冷凝,t1,t2,t2,t1,t1”,沸腾,放热,相变的发生与否影响平行流动传热温差,t1,t1”,放热,过热,t2”,t2,冷流体有相变逆流情况,吸热,沸腾,顺流条件,无论W1、W2的值大小，有 0，温差t不断降低,逆流条件,W10，此时温差t沿热流体从进口到出口的方向上总是不断降低 W1W2时，总有0，此时温差t沿热流体从进口到出
3、口的方向上总是不断升高,对数平均温差，记为tm,对于对数温差，如果流体的温度沿传热面变化不大tmax2tmin时，可以用算术平均温差0.5(tmax+ tmin)近似计算，误差在4以内。 tmax1.7tmin时,误差在2.3以内.对于上面有相变情况1，2两种情况无顺逆流之分，对于第三种需要分段处理,t2,t1,t1”,沸腾,放热,修正系数的求取,按照逆流算出对数平均温差如下：,P代表冷流体的实际升温（吸热量）与最大可能吸热量之比，称为温度效率，恒小于1。 R是冷流体和热流体的热容量之比,=f(P,R) 函数形式因流动方式而异。,热交换器热计算的基本原理,传热有效度,传热有效度、传热单元数的定
4、义,顺流和逆流的传热有效度,定义传热单元数NTU,它代表热交换器传热能力的大小,定义无因次数Rc,顺流条件下,热平衡方程,顺流条件下,特例：,相变情况下，,Wmax无穷大,两种流体热容量相等,逆流条件下,热平衡方程,逆流条件下,特例：,相变情况下，,Wmax无穷大,两种流体热容量相等,逆流条件下,特例,设计性热力计算的比较,平均温差法1 由已知条件，利用热平衡方程式求出另一个未知温度及传热量Q； 2 根据热交换器的设计原则，确定流动方式，利用修正系数求出平均温差tm； 3 取经验传热系数，估算传热面积，并对传热面进行初步布置，计算相应的传热系数K；（试算过程） 4 由传热方程式计算传热面积F。
5、,传热单元数法1 同左； 2 根据热交换器的设计原则，确定流动方式，求出RC和，用相应的公式或线图求出传热单元数值NTU； 3 同左； 4 由F=WminNTU/K确定传热面积F。,校核性热力计算的比较,平均温差法1 假定一个出口温度，利用热平衡方程求出另一个未知温度； 2 由传热面的已知布置情况计算相应的传热系数K； 3 根据四个进出口温度及流体的流动方式，计算出平均温差tm； ； 4 将F、K、tm代入传热方程，计算传热量Q； 5 根据热平衡方程核算流体出口温度； 6将所求温度与假设值相比，根据误差情况决定是否需要重新假设。,传热单元数法1 同左； 2 同左； 3 计算出传热单元数NTU和
6、热容量比RC； 4 求出传热有效度； 5 求出传热量Q，并用热平衡方程求出流体出口温度； 6 同左。,热交换器热计算的基本原理,流体流动方式的选择,顺流和逆流,混流和错流,型热交换器的选择,当管内程数奇数时，增加其中的逆流行程将使平均温差提高 采用多次混流（管内外同时分为若干流程）将增加平均温差， ,同时增加传热系数，但是增加了制造难度和流动阻力,对于先逆后顺的型热交换器，必须避免温度交叉现象，避免的方法可以是增加管外程数或者改成两台单壳程换热器串联工作,管壳式热交换器,管壳式热交换器的类型,固定管板式、U形管式、浮头式、填料函式 及各自的优缺点比较,管壳式热交换器,管壳式热交换器的结构,壳体
7、、管子、进出口连接管,管子固定、排列等,管板、分程隔板、纵向隔板、折流板、支持板、挡管、旁路挡板、防冲板、导流筒,管壳式热交换器,管壳式热交换器的结构计算,管壳式热交换器的传热计算,贝尔法的思路,廷克流路法的思路,管壳式热交换器的流动阻力计算,管壳式热交换器,管壳式热交换器的合理设计,管壳式热交换器的设计程序,大作业的例题,管壳式冷凝器的工作特点,高效间壁式热交换器,螺旋板式热交换器,基本构造和工作原理,和管壳式热交换器对比的优缺点,板式热交换器,基本构造和工作原理,和管壳式热交换器对比的优缺点,双道密封、流程安排,高效间壁式热交换器,板翅式热交换器,基本构造和工作原理,和管壳式热交换器对比的优缺点,翅片管热交换器,基本构造和工作原理,和管壳式热交换器对比的优缺点,翅片管的类型、空冷器,高效间壁式热交换器,热管热交换器,基本构造和工作原理,和管壳式热交换器对比的优缺点,热管工作极限,混合式热交换器,冷水塔,类型、结构布置的特点及优缺点,冷水塔的工作原理,阻力计算、热力计算的原则思路,蓄热式热交换器,蓄热式热交换器的结构和工作原理,回转式空气预热器的特点及优缺点,蓄热式热交换器与间壁式热交换器的比较,热交换器的试验与研究,传热特性试验,阻力特性试验,强化传热,热交换器性能评价,
