板式换热器工程设计技术.ppt

,华东理工大学化工机械研究所,plate heat exchanger 板式换热器工程设计技术,王学生,教授,2,1. 板式换热器设计方法 2. 板式换热器压降分析,3. 确定换热器有效度的求解方法 4. 板式换热器及其组件的选择 5. htri计算,主要内容,3,1.板式换热器设计方法,板式换热器工程设计技术,4, 板式热交换器是近几十年来得到发展和广泛应用的,一种新型高效、紧凑的热交换器。它由一系列互相 平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋 板式热交换器更为紧凑，传热性能更好。, 应用面很广，适宜用于医药、食品、制酒、饮料合,成纤维、造船、化工等工业，并且随着板型、结构 上的改进，正在进一步扩大它的应用领域。, 国外著名的生产厂家有瑞典afla-lavai公司、 英国apv 公司、日本日阪制作所等。我国在板式 热交换器的设计与制造上也已达到较高的水平。,1. 板式换热器设计方法,5, ,板式热交换器按构造 分为可拆卸（密封垫 式）、焊接式和板壳 式三类，以密封垫式 的应用为最广。它们 的工作原理基本相同 。 可拆卸板式热交换器 由三个主要部件：传 热板片、密封垫片、 压紧装置及其他一些 部件等组成。,1. 板式换热器设计方法 1.1 构造和工作原理,6,1. 板式换热器设计方法,1.1 构造和工作原理, 在固定压紧板上，交,替地安放一张板片和一个 垫圈，然后安放活动压紧 板，旋紧压紧螺栓即构成 一台板式热交换器。, 各传热板片按一定的,顺序相叠即形成板片间的 流道，冷、热流体在板片 两侧各自的流道内流动， 通过传热板片进行热交换,7,1. 板式换热器设计方法,传热板片,为满足不同传热场合的需要，人们已研发出多 种多样的波纹板片，以人字形波纹板和水平平直波 纹板为最广。,传热板片是板式热交换器的关键 件。它的设计主要考虑两方面因素: (1) 使流体在低速下发生强烈湍流，以 强化传热；,(2) 提高板片刚度，能耐较高的压力。,8,1. 板式换热器设计方法,传热板片,9,1. 板式换热器设计方法,密封垫片,安装于密封槽中，防止流体 的外漏和两流体之间内漏，运行 中承受压力和温度，而且受着工 作流体的侵蚀，在多次拆装后还 应具有良好的弹性。,双道密封能更好地防止内漏， 为了能及时发现内漏，在密封垫 圈上开有凹槽（信号孔），出现 泄漏，流体将首先由此泄出。,10,1. 板式换热器设计方法,压紧装置,它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓。 它用于将垫片压紧，产生足够密封力，使得热 交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来 产生压紧力。,板式热交换器有多种框架形式：双支撑框,架式、悬臂式、带中间隔板双支撑框架式等。,11,1. 板式换热器设计方法,1.2 流程组合,为了满足传热和压力降的要求，对于板式,热交换器可进行多种方式的流程和通道数的配 置。,流程：某一种介质在换热器中流动方向的数量 ，流动方向每改变一次就增加一个流程。,通道：每个流程中某一介质按同方向流动的通 道数量。,12,1. 板式换热器设计方法,1.2 流程组合, 流体的流动可以是串联、并联（这时形,成纯逆流）和混联（一种流体为并联，而 另一种流体为串联）。, 流程可以是单流程或多流程，两流体的,流程数可以相等或不相等。, 两流体的流程中通道数一定要相等。,13,1. 板式换热器设计方法,1.2 流程组合,14,1. 板式换热器设计方法 1.2 流程组合 板式换热器内流程与通道的配置方式常以 下列数学形式表示： 式中：m1，m2，mi ：从固定压紧板开始，甲流体侧流道数相 同的流程数； n1，n2，ni ：对应于m1，m2，mi中的流道数； m1，m2，mi ：从固定压紧板开始，乙流体侧流道数相 同的流程数；,n1，n2，ni ：对应于m1，m2，mi中的流道数。,15,1. 板式换热器设计方法,1.2 流程组合,下图表示了 流程组合的实例，其中横线上方（14 ）表示甲流体为单流程、四通道，横线下方（22）表 示乙流体为两流程、两通道。,16,1. 板式换热器设计方法 1.3 传热计算 传热计算的基本方程式，需要注意，由于板片的角孔及 密封垫片等处并不参与传热，板片又是波纹形的，其传 热面积应该是扣除不参与部分后板片的展开面积，即有 效传热面积。 平均温差tm的计算是按纯逆流情况下对数平均温差值 t1m再乘以修正系数，即，,t1 thi tco t2 tho tci,温度相同时，逆流布置获得的对数平均温差最大,tml ,t1 t2 ln(t1 / t2 ),1. 板式换热器设计方法 1.3 传热计算,修正系数可由图查取： 温差修正系数(lmtd法时),温差修正系数(ntu法时) 17,18,1. 板式换热器设计方法,1.3 传热计算,传热系数k 的计算，在已知两侧对流换热系数及垢阻 条件下，仍用以往常用的公式，即,式中，与分别为板片厚及其导热系数；r1、r2为板 片两侧的污垢热阻； 1、2 为板片两侧传热系数。,19,1. 板式换热器设计方法,1.3 传热计算,介质在板式换热器中一般呈湍流状态流动，通常用以,下准则方程式来计算对流给热系数1、2,式中c、m、n 值随板片、流体和流动的类型不同而不同。 c、n 通常有一定的范围，c 在0.150.4；n在0.650.85；m 在0.30.45 （一般流体被加热时，m=0.4；被冷却时， m=0.3）, 2b,20,1. 板式换热器设计方法 1.3 传热计算 雷诺数re可按下计算:,de ,re ,式中：de 板片的当量直径，m； 介质的运动粘度，m2/s； 介质的流速，m/s 。,4 a u,4lb 2l,de ,当量直径de为:,式中：l 板有效宽，m； b 板间距，m；,相比板片宽,度而言，板 间距可忽略 不计,21,1. 板式换热器设计方法 1.3 传热计算 普朗特数pr可按下计算:,式中：cp 介质的比热，j/(kg k)； 介质的动力粘度，pa s； 介质的热导率， w/(m k) 。 努塞尔数nu为:,式中： 对流传热系数，w/(m2 k) 。,c p ,pr , de ,nu ,rel n l,) pr ( ) p,1. 板式换热器设计方法 1.3 传热计算 有相变时 ，板式热交换器内流体的相变换热系数计算 很复杂，目前还没有公认的计算方式。 冷凝过程 较为复杂，影响冷凝的因素较多，天津大学 王中铮提出了一种计算方法:,式中：rel 冷凝液雷诺数，与气相和液相的流量有关； h 受凝液膜厚度影响的无因次参数； l /v 两相中液体和气体的密度比。 22,0.33,h v,nu c (,23,1. 板式换热器设计方法,1.3 传热计算,沸腾换热 的准则方程，可参考chen j c 的给热系数计 算式:,式中：s 核沸腾影响系数，在泡状流区s = 1，在块状,流区s = 01，在环状流区s= 0；, 池沸腾给热系数；, 两相强制对流给热系数。, s ,24,2.板式换热器压降分析,板式换热器工程设计技术,25,2. 板式换热器压降分析,2.1 压力降的影响因素,介质在进出口处的压降主要来自于介质流动所遇到的阻 力。阻力主要来自三个方面：, 介质本身的特性，与粘度有关，当介质的粘度越大，,阻力越大；, 板片的特性，与板型或结构参数有关，表面粗糙度越,大，板片较长、波纹深度较浅、节距较小都会使介质遇 到的阻力加大；, 介质流动的特性，与流速有关、流速越高，遇到的阻,力越大。,26,2. 板式换热器压降分析,2.2 压力降的准则方程,对于板式热交换器用于无相变换热 时的压力降计算通常 是以欧拉数eu与雷诺数re之间准则关系式给出的：,式中，系数b 和指数d 随板式换热器的具体结构而定， 指数d 应为负值。,2. 板式换热器压降分析 2.2 压力降的准则方程,乘以流程数m，即： 式中：p 介质的压降，pa； 介质的密度，kg/m3； 介质在流道中的流速，m/s 。 27,由于,，可求得多程时压降需,28,2. 板式换热器压降分析,2.2 压力降的准则方程,式中：l 板有效宽，m；,b 板间距，m；,若板片两侧的流通截面不等，则应按其实际的流通 截面a及湿周边u 来分别计算两侧流道的当量直径。,在计算板式热交换器压降时的 re 值时，当量直径de,应按下式计算：,2. 板式换热器压降分析 2.2 压力降的准则方程, 压降准则关系式中系数b 及指数d 随板型不同 其差异很大。 实际运行中由于板片两侧流道的压力相差较大 时可能引起板片的较大变形。 不同的流程、角孔组成的通道内的阻力不同。 29,因此该计算 式只能适用 于较理想的 情况。,30,3.板式换热器热力计算方法,板式换热器工程设计技术,31,3.板式换热器热力计算方法,3.1 计算方法简介,板式换热器的选型热力计算目前有两种方法： 对数平均温差法（lmtd）,温度效率-传热单元数法（-nut）,两种计算方法的对比,32,3.板式换热器热力计算方法,3.1 计算方法简介,在具体的计算中，无论是对数平均温差法还是温度效,率-传热单元数法都有两种方式： 设计计算 校核计算,目前使用最多的还是以对数平均温差为基础的设计计,算方法，对此作主要介绍。,33,t,3.板式换热器热力计算方法 3.2 对数平均温差法设计计算 采用准则方程进行设计计算的主要方法如下： 由工况条件计算温度、流量、传热量 选定板型几何参数 初选流程、流道布置 计算平均温差tm 重新设定通道数( 或同时重设,通道和流程数),重新设定流程数,否,否,求解传热系数k 计算传热面积f=q/ktm n f / fp 2 由传热面积求板片数 nt m1n1 m2 n2 1 由通道与流程数求板片数 nt (1.0 1.1) n 是 求压降p p p允 是 结束,3.板式换热器热力计算方法 3.2 对数平均温差法设计计算 （1）掌握工况条件，冷热介质的流量、进出口温度。 （2）求换热量q q vh h c ph (thi tho ) vc c c pc (tco tci ) q gh c ph (thi tho ) gc c pc (tco tci ),式中：,v 体积流量，m3/s；,g 质量流量，kg/s； 下标 h、c 热、冷介质 下标 i、o 进、出口位置 34,（4）选择板式换热器型号（主要是单片面积及形式） （5）假设该型号换热器的流程组合 35,tml ,t1 t2 ln(t1 / t2 ),t1 thi tco t2 tho tci,3.板式换热器热力计算方法 3.2 对数平均温差法设计计算 （3）计算对数平均温差tm ，修正系数 取值,36,v n1 f, ,式中：n1 单程中并联通道数； f 板片通道截面积，m2； （7）计算冷热介质的re、pr 和 nu （8）计算冷、热介质的给热系数,nu de, ,3.板式换热器热力计算方法 3.2 对数平均温差法设计计算 （6）计算冷、热介质的板间流速, r1 2 , 1, 2,（10）计算换热面积 a1,a1 ,q k tm,1,1 1,k , r,将理论值a1，与预计值ao相比较，通常认为两者 误差值在5%以内时，计算结果正确 37,3.板式换热器热力计算方法 3.2 对数平均温差法设计计算 （9）计算总换热系数 k,38,3.板式换热器热力计算方法,（11）计算冷、热介质的欧拉数eu （12）计算压降p,计算出的压降值应比允许压降小10%20%，这,主要考虑在角孔处以及流向改变时也会产生压降 若实际压降超过允许值时，应改变板型或者流程,组合，重新进行传热及压降计算。,3.2 对数平均温差法设计计算, 1,a1 as 2 n1,m1 ,式中：as 板片有效面积，m2； （14）计算计算实际换热面积 a a (m1h n1h m1c n1c 1) as 实际板片数： n a 2 f 39,3.板式换热器热力计算方法 3.2 对数平均温差法设计计算 （13）计算冷、热介质的流程数m1，将计算出m1取整,40,3.板式换热器热力计算方法,（1）对于未知的两个出口温度，假设其中之一，并根据 热平衡方程计算出换热量及另一个出口温度。 （2）计算对数平均温差。,（3）计算介质的流速、以及 k。,（4）根据k，计算假设出口温度一侧的换热量。,（5）将该换热量与（1）中计算出的换热量比较，若不相 等，则修正假设出口温度，重新计算，直至两个换热量误 差在5%以内。,（6）校核压力降，满足工况要求。,3.2 对数平均温差法校核计算,41,3.板式换热器热力计算方法 3.3 温度效率-传热单元数法 传热单元数（ntu）的定义式 ( ntu )1 ka / c1,或 式中：,( ntu )2 ka / c2 r ( ntu )1 c 流体比热容，j/(kgk )； k 总传热系数，w/(m2 k) ； a 传热面积，m2； r 系数，无因次。, 2 1 1,t t2,3.板式换热器热力计算方法 3.3 温度效率-传热单元数法 温度效率定义式, 2,1 , ,t1 t t1 t2,或,式中： t、t 流体进口和出口温度； r1 系数，无因次。 42, , r t1 t2,3.板式换热器热力计算方法 3.3 温度效率-传热单元数法 热容量c 之比r 定义式 c1 c2,式中： qm1、qm2 流体1、流体2的质量流量，kg/s； cp1、cp2 流体1、流体2的定压比热容 j/(kgk ) 。 43,1,c2 c1,或 r2 , qm 2c p 2 / qm1c p1 1/ r,3.板式换热器热力计算方法 3.3 温度效率-传热单元数法 由已知的、r，可从图中查ntu值，再求得换热面积a。,1-1程、2-2流道,2-2程、1-1流道,1-2程、n1-n2流道 44,45,3.板式换热器热力计算方法 3.3 温度效率-传热单元数法 由已知的、r，可从图中查ntu值，再求得换热面积a。,程数4、流道数相同,2-1程、1-3流道,3-2程、1-2流道,46,3.板式换热器热力计算方法,（1）由热平衡方程求得流量和温度中的未知量，并计算换热量 （2）求温度效率及热容量比 r。 （3）预选换热器型号以及流道布置。 （4）计算传热系数以及总换热系数。,（5）查与流道布置相同的-ntu图，得到ntu值。 （6）计算需要的换热面积。,（7）与预选型号及流道布置相比较，若不一致则重新计算，直,至吻合。,（8）校核压力降。,3.3 温度效率-传热单元数法,47,3.板式换热器热力计算方法,将流量为 35000kg/h 的水由 50 冷却到 38 ，冷却水进 口温度为33 ，升温 8。系统允许最大压降为 30kpa 为 此工况选择一台板式换热器。,热水的平均温度为：(50+38)/2=44，查阅物性参数可得:,密度 h= 990.6 kg/m3,比热容 cph= 4. 176 kj/(kgk) 热导率h = 0.638 w/(mk),运动粘度 h = 0.61810-6 m2/s 动力粘度 h = 616.810-6 pa s,3.4 实例(1)平均温差法设计计算,48,3.板式换热器热力计算方法,冷却水的平均温度为：(50+38)/2=44，查物性参数可得:,密度 c= 993.2 kg/m3,比热容 cpc= 4. 175 kj/(kgk) 热导率c = 0.628 w/(mk),运动粘度 c = 0.70410-6 m2/s 动力粘度 c = 698.210-6 pa s,（1）计算热负荷,q = ghcph (thi tho ) =350036004.176(50-38)= 487kw,3.4 实例(1)平均温差法设计计算,t1 t2 (50 41) (38 33), 52491 kg/h,49,tm , 0.942 6.81 ln(t1 / t2 ) ln(50 41) / (38 33),根据热负荷计算冷却水流量:,gc ,q 487 3600 c pc (tco tci ) 4.175 (41 33),3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算 （2）计算对数平均温差及冷却水流量 取修正系数= 0.942，,m0.056d ,50,3.板式换热器热力计算方法,（3）初选产品型号及板型,根据流量，取管间流速 v = 4m/s，计算换热器角孔通径:,4gh 4 35000,3600h v 3600 990.6 3.14 4,选用通用性较强的人字形波纹。初选型号为br0.3的板,式换热器，单片面积as=0.27m2 ，通径为d=100mm，当 量直径为de=0.008m，流道截面积为 f =1.2610-3 m2，,板片厚度取= 0.6mm。,3.4 实例(1)平均温差法设计计算,nuh 0.2288 reh pr 0.3,nuc 0.2288 rec pr 0.4, 1.25m / s, 1.87m / s,51,h,c,0.6461 0.6461 euh 54 re0.0302 euc 199 re0.1817 重新计算管间流速:,( 3700re12000） ( 2600re8000） ( 3700re12000） ( 2600re8000）,vh vc ,4gh 4 35000 3600h d 2 3600 990.6 3.14 0.12 4gc 4 52491 3600c d 2 3600 993.2 3.14 0.12,都在可接受的范围内。,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算 准则方程为:,52,23.8 0.27,a0 as, 88,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算 （4）计算板间流速 根据经验以及br0.3 型板式换热器的特性，预估换热系 数 k0=3000 w/(m2 k)。对一般人字形波纹，可预估k值 为30003500 w/(m2 k) 换热面积估算为: q 487 103 k0 tm 3000 6.81 换热板片数量为:, 0.18m / s, 0.35m / s, 0.53m / s,53,预选流程组合为,gh 3600h fn,h ,35000 3600 990.6 1.26 103 44,1 44 1 44, 88 片，校核板间流速:,2 22 2 22,显然板间流速较小，调整流程组合为 重新计算板间流速:,gh 3600h fn,h ,35000 3600 990.6 1.26 103 22,gc 3600c fn,c ,52491 3600 993.2 1.26 103 22,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算, 4531,h de h,reh ,0.35 0.008 0.618 106,0.704 106 均在准则方程适用范围内。 54,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算 （5）计算雷诺数,4.176 103 616.8 106,4.175 103 698.2 106,c ph h h c pc c c,prh prc , 4.04 0.638 4.64 0.628,（7）计算努塞尔数 0.6461 0.6461 55,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算 （6）计算普朗特数, 6388w / (m2 k ), 9185w / (m2 k ),1 0.6 10 1,nuh h de nuc c de,80.1 0.638 0.008 117 0.628 0.008, h c ,（9）计算总换热系数 取冷热两侧污垢热阻和为 r = 4.510-5 m2k/w,k , 2941w / ( m 2 k ) 56,1 3 4.5 10 5 6388 16.8 9185,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算 （8）计算传热系数,21 24.3a m ,57,3.板式换热器热力计算方法,（10）计算所需换热面积,所需换热面积a1比预估换热面积a0略大，误差,2.1%，可以达到预期换热效果。,若a1小于a0 ，则说明无法满足换热要求(热负荷,小)，k值过大，需要重新估算,q 487 103,k tm 2941 6.81,3.4 实例(1)平均温差法设计计算,总片数为：24.30.27=90片，取流程为,2 23 2 23,(m1=2、n1=23) ，实际换热面积为: a (2m1n1 1) as (2 2 23 1) 0.27 24.57m2 58,3.板式换热器热力计算方法 3.4 实例(1)平均温差法设计计算,59,3.板式换热器热力计算方法,（11）计算欧拉数,均小于允许压降30kpa,（12）计算压降,h,c,euh 54 re0.0302 54 45310.0302 41.9 euc 199 re0.1817 199 60230.1817 40.9,h 2,c c,p euh hh m 41.9 990.6 0.352 2 10169pa p euc c 2 m 40.9 993.2 0.532 2 22821pa,（13）板片与密封垫材料的选择,介质均为水，温度在100以内，选304不锈钢，密 封垫选丁腈(nbr)材料。,3.4 实例(1)平均温差法设计计算, 15 流程组合 为的板式换热器，,60,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算,1.6 120,现有一台 br0.36 ,1 20 1 20,拟用于回收废水余热，加热生活用水： 废水流量为25t/h，入口温度为70 生活用水流量为30t/h ，入口温度为20，经换热后能否达 到43以上，具体是几度? 压降多少? 板式换热器技术参数如下: 总换热面积 a=15m2,单片换热面积 a0=0.385m2 当量直径为de=0.0072m 流道截面积为 as=0.0013392 m2 板片厚度取p= 0.0008 m （材料为不锈钢）,0.3(0.4)0.349 re prnu ,61,3.板式换热器热力计算方法,传热和压降计算关联式如下:,3.6 实例(2)平均温差法校核计算,0.641,压缩流道： eu压 219451re0.865 扩张流道： eu张 219451re0.865, 70 42.4 ,62,2 ,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 解：（1）设生活用水出口温度为 t2= 43;，求q、 t1 q qm 2c p 2 (t t1 ) 30 1000 4.176(43 20) / 3.6 804000w 于是废水出口温度为：,2 ,qm 2 c p 2 (t t1 ) qm1c p1,1 ,t t1 ,30 1000 4.176(43 20) 25 1000 4.180,63,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(2)平均温差法校核计算,（2）物性数据,废水在 (70+42.4)/2=56.2 下取值,密度 1= 985 kg/m3,比热容 cp1= 4.180 kj/(kgk) 热导率1 = 0.654 w/(mk),运动粘度 1 = 0.5110-6 m2/s 普朗特数 pr1= 3.19,64,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(2)平均温差法校核计算,（2）物性数据,生活用水在 (20+43)/2=31.5 下取值,密度 2= 995.2 kg/m3,比热容 cp2= 4.76 kj/(kgk) 热导率2 = 0.612 w/(mk),运动粘度 2 = 0.78310-6 m2/s 普朗特数 pr2 = 5.25, 0.263m / s, 0.313m / s,65,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 （3）求对流传热膜系数: a. 求流速: 流道1板数 n1= 20,流道2板数 n2= 20,qm1 / 1 3600 as n1,1 ,25 1000 / 985 3600 20 0.0013392,qm 2 / 2 3600 as n2,2 ,30 1000 / 995.2 3600 20 0.0013392, 3712,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算,b. 求re:,1de 1,re1 ,0.263 0.0072 0.51106,0.783 106 c. 求nu: 0.641 0.641 66, 9219.6w / (m2 k ), 10038.5w / (m2 k ), 2 0.45 10 4 ,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 d. 求:,nu11 de,101.5 0.654 0.0072,1 ,nu2 2 de,118.1 0.612 0.0072, 2 ,（4）求总传热系数: 选取 r1= r2 = 0.4510-4 m2k/w,1 1 0.0008 1 9219.6 16.3 10038.5,k , 2880.5w / ( m 2 k ) 67,tmax tmin (20 43) (42.4 20),3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 （5）求对数平均温差t1m和传热温差tm: 选取 = 0.942,tm , 0.942 23.2 ln(tmax / tmin ) ln(20 43) / (42.4 20),（6）求换热量q: q katm 2880.5 15 23.2 1002414w 比较 q q，可知生活用水的出口温度将高于43。 设 t2= 50重新计算。 68, 70 34 ,69,2 ,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 （1）求q、 t1: q qm 2c p 2 (t t1 ) 30 1000 4.1755(50 20) / 3.6 1043875w 废水出口温度为：,2 ,qm 2 c p 2 (t t1 ) qm1c p1,1 ,t t1 ,30 1000 4.1755(50 20) 25 1000 4.179,70,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(2)平均温差法校核计算,（2）物性数据,废水在 (70+34)/2=52 下取值,密度 1= 987.1 kg/m3,比热容 cp1= 4.179 kj/(kgk) 热导率1 = 0.649 w/(mk),运动粘度 1 = 0.54810-6 m2/s 普朗特数 pr1= 3.48,71,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(2)平均温差法校核计算,（2）物性数据,生活用水在 (20+50)/2=35 下取值,密度 2= 993.95 kg/m3,比热容 cp2= 4.1755 kj/(kgk) 热导率2 = 0.624 w/(mk),运动粘度 2 = 0.73210-6 m2/s 普朗特数 pr2 = 4.87, 0.263m / s, 0.313m / s, 3455,2 de 0.313 0.0072,2,re2 3078,72,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 （3）求对流传热膜系数:,qm1 / 1 3600 as n1 qm 2 / 2 3600 as n2,a. 求流速: 1 2 ,25 1000 / 987.1 3600 20 0.0013392 30 1000 / 993.95 3600 20 0.0013392,b. 求re:,1de 1,re1 ,0.263 0.0072 0.548 106,0.732 106, 8969w / (m2 k ), 10374w / (m2 k ),73,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 c. 求nu: 0.641 0.641 d. 求:,nu11 de nu2 2 de,99.5 0.649 0.0072 119.7 0.624 0.0072,1 2 , 2 0.45 10 4 ,tmax tmin (70 50) (34 20),74,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(2)平均温差法校核计算 （4）求总传热系数: 选取 r1= r2 = 0.4510-4 m2k/w,1 1 0.0008 1 8969 16.3 10374,k , 2882w / ( m 2 k ),（5）求对数平均温差t1m和传热温差tm: 选取 = 0.942,tm , 0.942 15.85 ln(tmax / tmin ) ln(70 50) / (34 20),75,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(2)平均温差法校核计算,q katm 2882 15 15.85 685196w,（6）求换热量q:,比较 qq可见生活用水出口温度 低于50。因为有了两次计算，表 明冷侧温度将在 (43 , 50)之间， 于是可用图解法求该温度。,以q为纵坐标、生活用水温度为横坐,标，在图中标出t2= 43时的 q43、q43和 t2= 50时的q50 、q50 ，联接q43、q50和q43 、 q50 ，两直线交于o点，其横坐标即,为生活用水出口温度，约45.6 ,76,3.板式换热器热力计算方法,用板式换热器冷却麦芽汁，麦芽汁为35t/h，进板式换热器 的温度为95，出板式换热器的温度为8；冷却水为冰 水，冰水进板式换热器的温度为3 ，出板式换热器的温 80。求板式换热器的换热面积、流程组合，并计算出流 体压力降，以便选择泵的型号规格。,3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,77,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(3)-ntu 法设计计算 1.6 120 换热面积 a=117m2 单片面积a0=0.27m2 当量直径为de=0.0076m 流道截面积为 as=1.6910-3 m2 板片厚度取p= 0.0008 m （材料为不锈钢）,7 13 7 13,流程组合,传热和压降计算关联式如下： 0.642,eu 219451re0.865,78,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,（2）物性数据:,麦芽汁在 (95+8)/2=51.5 下取值,密度 1= 1048 kg/m3,比热容 cp1= 3. 9134 kj/(kgk) 热导率1 = 0.5857 w/(mk) 运动粘度 1 = 1.010-6 m2/s 普朗特数 pr1= 7,79,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,冰水在 (3+80)/2=41.5 下取值,密度 2= 991.6 kg/m3,比热容 cp2= 4. 175 kj/(kgk) 热导率2 = 0.635 w/(mk),运动粘度 2 = 0.65910-6 m2/s 普朗特数 pr2= 4.19,2 37068 /mq kg h ,80,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,（3）求换热量:, 1,q qm1c p1 (t1 t) / 3.6 35000 3.9134(95 8) / 3.6 3310084w,（4）求冰水流量:,q 3310084,2 ,c p 2 (t t2 ) / 3.6 4.175 (80 3) / 3.6,（5）求对流传热膜系数:,a. 求流速:, 0.42m / s, 0.47m / s,1de 0.42 0.0076,1,re1 3192,2 de 0.47 0.0076,2,re2 5420,nu2 0.294 re2 pr 0.4 0.294 54200.642 4.190.4 130,81,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,b. 求re:,qm1 / 1 3600 as n1 qm 2 / 2 3600 as n2,1 2 ,35000 /1048 3600 13 0.00169 37068 / 991.6 3600 13 0.00169,1.0 106 0.659 106,c. 求nu: 0.642,0.642,nu11 93.6 0.5857,nu2 2 130 0.635, 2 0.1 10 4 ,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,d. 求:,de 0.0076 de 0.0076,1 2 , 7213w / (m2 k ) 10862w / (m2 k ),（6）求总传热系数: 选取 r1= r2 = 0.110-4 m2k/w,1 1 0.0008 1 7213 16.3 10862,k , 3335.7w / ( m 2 k ) 82,2 , ,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(3)-ntu 法设计计算 （7）求、r : t t2 80 3 t1 t2 95 3,qm 2c p 2 qm1c p1,r2 , 1.13,37068 4.175 35000 3.9134,（8）求ntu : 由图查得 ( ntu )2 = 9 83, 116m2,84,3.板式换热器热力计算方法 3.6 实例(3)-ntu 法设计计算 （9）求换热面积a:,( ntu )2 c2 k,9 37068 4.175 / 3.6 3335.7,a ,比较a、a，两值几乎相等，所选择的换热器能满 足换热要求。 （10）求p :,a. 求eu:,1,2,eu1 219451re0.865 219451 31920.865 204.3 eu2 219451re0.865 219451 54200.865 129.2,85,3.板式换热器热力计算方法,3.6 实例(3)-ntu 法设计计算,b. 求p:,1,2,p m1 eu1 112 7 204.3 1048 0.422 264379pa 0.26mpa p m2 eu2 22 2 7 129.2 991.6 0.472 198104pa 0.2mpa,86,4.板式换热器及其组件的选择,板式换热器工程设计技术,87,4. 板式换热器及其组件的选择,4.1 板式换热器类型的选择,板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设 计中应首先对此作选择。,温度在200以上，压力大于2mpa，可以选择钎焊式,换热器，若总面积较大，则还可以选择全焊式换热器； 温度大于300 ，压力大于3.5mpa，应选择板壳式换,热器；,对于末端温差小的工况，可选用浅槽波纹；对于拆卸,比较频繁的，可选用可拆式换热器；,对于流量相差较大的，可选用非对称性换热器。,88,4. 板式换热器及其组件的选择,4.2 选择板型,主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求：,若承压要求在1.2mpa以上，大多数情况下选择人字形,波纹；,若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直,波纹；,若介质中杂质较多，可选用球形波纹；,对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选,择热混合板片。,89,4. 板式换热器及其组件的选择,4.3 单片面积的选择,选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。 板片过多会使设备占地面积太大；,过少可能会使流程数增多，压降增大；,同时单片面积的大小在一定程度上还与角孔大小有关,，直接影响流量和流速的变化。,单板面积与处理量的关系,90,4. 板式换热器及其组件的选择 4.4 流速的选择 主流线上的流速约为平均流速的45倍。 在通常情况下，板间流速选取范围在0.2 1.0 m/s， 在压降容许的情况下取大值，以获得更好的换热效果，从而减 小换热面积。,流体出口 板间流体通道,板 间 流 速 流体入口,板间流体通道,流体出口 板 间 流 速 流体入口,(a) 并联z型流程组合,(b) 并联u型流程组合,91,4. 板式换热器及其组件的选择,4.5 流程的选择,对于板型对称、冷热介质流量相当的情况，宜采,用等程布置，使介质流向为全逆流；,两侧流量相差较大时，流量小的一侧应采用多程,布置，以提高流速，增强换热效果；,一般情况下，在选择流程时，尽可能采用单程(全 并联)，使设备在使用时拆卸维修都比较方便。若要 采用多流程，各流程中通常安排相同的流道数。,92,4. 板式换热器及其组件的选择,4.6 流向的选择,换热器采用等程布置，介质的流向能够实现,全逆流，获得最大的平均温差；,当两侧不等程时。逆流和顺流会交替出现。,93,4. 板式换热器及其组件的选择,4.7 流道数的选择, 流道数的确定受板间流速的影响，而板间,流速的选取有一定的范围，同时还受到允许 压降的制约。,当板间流速一定时，流道数的多少取决于流,量的大小。,94,4. 板式换热器及其组件的选择,4.8 板片与密封垫材料的选择,根据介质的物理、化学特性进行选择，主要考虑温度 和腐蚀情况。,板片的原材料厚度为0.60.8mm，压制成波纹板后 允许有25%的减薄量，于是最薄处为0.450.6mm，因 此选用耐腐蚀的材料。,密封垫既要耐温又要耐腐蚀，硬度一般应