强化传热与换热器

1、化工原理根据传热基本方程 传热强化 mtKAQ饱和水蒸气加热时，蒸汽压力，蒸汽温度；用水冷却时，水温温差；在冷热流体进出口温度固定不变时，可采用逆流操作以增加传热温差，等等。 物料温度一般由工艺条件给定，不能任意变动，而加热剂(或冷却剂)的进口温度往往也不能改动，如冷却水的初温决定于环境气候，而出口温度虽可通过增大水流量而降低，但会导致流动阻力的迅速增加，操作费用升高。 由热力学第二定律，传热温差越大，有效能的损失越大。为了降低有效能损失，应设法减小温差。 化工原理(1) 提高冷热流体的两个给热系数；(2) 降低间壁热阻和污垢热阻。金属壁的导热一般不构成主要热阻；垢层热阻随使用时间而变大，常成

2、为控制传热速率的主要因素，应防止结垢和经常除垢； 间壁两侧的对流传热热阻，若两个 存在数量级的差别时，应设法增加小的 (薄弱环节)，若两个 数值相近，应同时予以提高。强化对流传热应致力于减薄滞流底层的厚度，增强边界层的湍动程度。2121111ssRRkK化工原理2121111ssRRK(1) 提高流体速度 hu0.8。如列管式换热器，可增加管程数来提高流速；增加折流挡板数来提高壳程流速。但pu2，用增加流速的方法来强化传热，是以增大泵耗为代价的，强化具有局限性。(2) 改变流动状态 通过特殊设计的传热壁面不断改变流体的流动速度和方向，从而增强边界层的扰动，如：粗糙换热表面；管内表面上加工螺纹槽

3、，制成螺纹管或螺旋槽管，管内安装插入物 (麻花纽带) 等。(3) 引入机械振动 使传热表面振动，或使流体振动，或是施加电场作用，目的是加强滞流底层的湍动。沸腾和冷凝传热的给热系数已相当高，也有相应的强化传热理论和技术。 化工原理增加传热面积的方法：用螺纹管或螺旋槽管代替光管；在园管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加工轴向肋片。由于扩展表面的温度低于基管的温度，传热量的增加率低于传热面积的增加率。强化传热面：能导致 KA 增加的换热表面。 化工原理利用保温隔热材料对高温和低温设备进行保温隔热，以减少设备与环境间的热交换。保温材料：导热系数很低，导热热阻很大的材料。判断热力管道保温效果的方法：Q0

4、单位长度裸管的散热量，W/m；Q 单位长度保温层厚度为 的管子的散热量，W/m。00QQQ 保温效率保温技术的一个重要方面，就是选择合适的保温材料，选用时应根据本地区的实际情况加以选用。 化工原理常用保温材料 材料名称主要成分密度k W/(mK)特性碳酸镁石棉85%石棉纤维15%碳酸镁18050, 0.090.12保温用涂抹材料耐温300碳酸镁砖 38036050, 0.070.12泡化碱粘结剂耐温300碳酸镁管 28036050, 0.070.12泡化碱粘结剂耐温300硅藻土材料SiO2,Al2O3 , Fe2O32804500.23耐温800泡沫混凝土 3005700.23耐温250-30

5、0大规模保温矿 渣 棉高炉渣制成棉2003000.08耐温700大面积保温填料膨胀蛭石镁铝铁含水硅酸盐602500.07耐温1000蛭石水泥管 4305000.090.14耐温800蛭石水泥板 4305000.090.14耐温100 即可达到湍流。以上各点往往不可能同时满足，应抓住主要矛盾进行选择，例如，首先从流体的压力、腐蚀性及清洗等方面的要求来考虑，然后再考虑满足其他方面的要求。 化工原理换热管规格及排列 ：管径：d，单位体积设备内的A，但更容易堵塞。目前我国系列标准规定采用252.5mm, 192mm两种规格的管子。管长的选择以清洗方便和合理使用管材为准，我国生产的钢管长度多为6米，国家

6、标准规定采用的管长有1.5、2、3、6米四种规格，以3米和6米最为普遍。 换热管的排列方式：等边三角形排列比正方形排列更为紧凑，管外流体的湍动程度高，给热系数大，但正方形排列的管束清洗方便，对易结垢流体更为适用，如将管束旋转45度放置，也可提高给热系数。化工原理折流挡板 ：作用：提高管外的给热系数；形状：园缺型、园盘型、分流型等；挡板的形状和间距必须适当，方能取得良好效果。以弓形为例，缺口的高度一般取为壳体内径的10-40%，常见的是20-25%。缺口方向可水平和垂直排列。挡板间距过大，流速小，不能保证流体垂直流过管束，管外h ；间距过小，流动阻力增加，且不便于检修。我国系列标准规定的挡板间距

7、：固定管板式：150、300 和 600 mm 三种规格；浮头式：150、200、300、480 和 600 mm 五种规格。化工原理(1) 确定流动路径，由传热任务计算Q，确定流体进、出口温度，选定换热器形式，计算定性温度，查取流体物性，计算平均温差，根据 0.8 的原则，确定壳程数。(2) 依据K的经验值，或按生产实际情况选定K估，由传热基本方程估算A估。参照系列标准选定换热器的基本尺寸，如管径、管长、管数及管子的排列等；若是选用，可在系列标准中选择适当的换热器型号。(3) 根据初选的设备规格，计算管、壳程流体的流速和压降，检查是否合理或满足工艺要求，若不符合，需调整流速，再确定管程数或折

8、流挡板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压力降直至满足要求为止。(4) 计算管、壳程的 h1 和 h2，确定 Rs1 和 Rs2, 计算 K计，A计，比较 A估 和 A计，若 A估/A计=1.151.25，则初选的设备合适，否则需另设 K估 值，重复以上步骤。 化工原理板式换热器：化工原理板式换热器：1.固定压紧板 2.夹紧螺栓 3.前端板4.换热板片 5.密封垫片 6.后端板7.下导板 8.后支柱 9.活动压紧板10.上导板化工原理结构紧凑，占用空间小很小的空间即可提供较大的换热面积，不需另外的拆装空间；相同使用环境下，其占地面积和重量是其他类型换热器的1/31/5。传热系数高 雷诺准数1

9、0时，即可产生剧烈湍流，一般总传热系数可高达30008000W/M2.K。端部温差小 逆流换热，可达到1的端部温差。热损失小 只有板片边缘暴露，不需保温，热效率98%。适应性好，易调整 通过改变板片数目和组合方式即可调节换热能力，与变化的热负荷相匹配。 流体滞留量小，对变化反应迅速，拆装简单，容易维护 板片是独立的单元体，拆装简单，可将密封垫密闭的板片拆开、清洗。结垢倾向低 高度紊流、光滑板表面，使积垢机率很小，且具自清洁功能，不易堵塞。低成本 使用一次冲压成型的波纹板片装配而成，金属耗量低，当使用耐蚀材料时，投资成本明显低于其他的换热器。化工原理缺点：处理能力不大，操作压力比较低，一般不超过

10、20atm，受垫片耐热性的限制，操作温度不能太高，一般合成橡胶垫不超过130，压缩石棉垫圈也不超过250。 化工原理螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互隔开的螺旋形通道，在顶、底部分则焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出口接管是设在园周边上，而另一对进出口则设在园鼓的轴心上。换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。 化工原理按流道布置和封头形式可分为： I 型结构：两个螺旋通道两侧完全焊接封闭，不可拆。两流体均作螺旋运动，通常冷流体由外周流入，热流体从中心流入，形成完全逆流流动。主要用于液体与液体之间的传热。

11、II 型结构：一个螺旋通道焊接封闭，另一通道的两侧敞开。一流体作螺旋形流动，另一流体则作轴向流动。适合于两流体的流量相差很大的场合。常做蒸汽冷凝器、气体冷却器使用。III 型结构：一流体作螺旋形流动，另一流体则是轴向流动和螺旋流动的组合，适用于蒸汽的冷凝和冷却。化工原理化工原理传热系数高 由于离心力的作用，可在较低Re数下出现湍流(Re=1400-1800)，允许流速可达2m/s，故传热系数较高，如水对水的换热，传热系数可达2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发挥流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。由于流道长，可为完全逆流

12、，便于控制温度和利用低温热源，操作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用螺旋板换热器比较合适。结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换热器的3倍。 操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400以下。不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间泄漏或其他故障，设备即告报废。 化工原理在两块平行金属板之间夹入波纹状金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体；将各单元体进行不同的叠集和适当地排列，再用钎焊予以固定，形成逆流、并流和错流的板翅式换热器组装件(芯部或板束) ；将带有进、出口的集流箱焊

13、接到板束上。特点：传热效果更好、结构更为紧凑。我国目前最常用的翅片形式主要有光直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片。化工原理传热效果好 板翅促进湍流，破坏传热边界层的发展，总传热系数高，同时冷、热流体间换热不仅以平隔板为传热面，而且大部分热量通过翅片换热，因而具有很高的传热速率。结构紧凑 单位体积换热器提供的传热面积一般能达到2500m2，最高可达到4300m2，而列管式换热器只有160m2。轻巧牢固 由于结构紧凑，通常用铝合金制造，在相同的传热面积下，其重量仅为列管式换热器的十分之一，波纹翅片不仅是传热面，又是两板间的支撑，故强度很高。适应性强，操作范围广 由于铝合金的导热系数高，特别适合于低温

14、和超低温条件下的换热。 流道很小，容易堵塞而使压降增大。换热器内一旦结垢，清洗和检修困难，故处理的物料应较清洁或预先进行净制。由于平隔板是用薄铝片制成，故要求流体对铝不发生腐蚀。 化工原理结构：在管子外表面上装有径向或轴向翅片。用途：适用于两种流体的给热系数相差很大的场合，例如水蒸气和空气间的换热，传热过程的热阻主要集中在空气一侧，若空气在管外流动，则在管外装置翅片，既可增大空气侧的传热面积，又可促进空气湍动，使传热系数和传热面积的乘积 KA 值增大，从而提高换热器的传热速率。 翅片与光管的连接应紧密无间，否则会在连接处产生很大的接触热阻。常用的连接方法有镶嵌、缠绕或高频焊接，其中焊接最为密切

15、，但加工费用较高。 化工原理结构及工作原理：将一根金属管的两端密封，抽出不凝性气体，充以一定量的某种工作液体而成。当热管的一端被加热时，工作液体受热沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷却端冷凝放出冷凝潜热，冷凝液沿着具有毛细结构的吸液芯在毛细管力的作用下回流至加热段再次沸腾汽化，工作介质如此反复循环，热量则由热管的轴向由加热端传至冷却端。 1导管 2吸液芯 3蒸汽 4吸热蒸发端 5保温层 6放热冷凝端 化工原理热管式CPU散热器化工原理热管式CPU散热器化工原理Zalman夹心式一体化热管显卡散热器化工原理AeroCool热管散热器DP-102将1700+超到2.2GHz以上的水平时，CPU温度仅仅只有19度化工原理化工原理用途：给热系数很小的气