高效间壁式热交换器

高效间壁式热交换器第1页，共72页。螺旋板式热交换器板式热交换器板翅式热交换器翅片管热交换器热管热交换器蒸发冷却器微型热交换器2高效间壁式热交换器第2页，共72页。33.1螺旋板式热交换器第3页，共72页。43.1螺旋板式热交换器基本构造与工作原理螺旋板式换热器由两张间距一定的平行薄金属板卷制而成，在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央设有隔板，将螺旋形通道隔开，两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧设有盖板。冷热流体分别通过两条通道，在器内逆流流动，通过薄板进行换热。螺旋板式换热器由螺旋板、隔板、头盖、连接管等构成。第4页，共72页。53.1螺旋板式热交换器第5页，共72页。63.1螺旋板式热交换器第6页，共72页。73.1螺旋板式热交换器第7页，共72页。83.1螺旋板式热交换器第8页，共72页。93.1螺旋板式热交换器第9页，共72页。103.1螺旋板式热交换器第10页，共72页。113.1螺旋板式热交换器第11页，共72页。12螺旋板式换热器的优点离心力的作用定距柱的干扰较低雷诺数下达到湍流流动阻力较小允许大流速传热系数高1.5～2倍离心力的作用悬浮颗粒不易沉积流体速度较大流速增加污垢沉积自洁不易结垢堵塞3.1螺旋板式热交换器第12页，共72页。13螺旋板式换热器的优点3.1螺旋板式热交换器能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和两流体可进行完全逆流，故可在较小的温差下操作，能充分利用温度较低的热源。结构紧凑：单位体积的传热面积为列管式的3倍，可节约金属材料。第13页，共72页。14螺旋板式换热器的不足3.1螺旋板式热交换器操作压强和温度不宜太高：目前操作压力一般不超过0.5~1MPa，温度不超过250℃。不易检修：因整个换热器被焊成一体（Ⅰ型），一旦损坏，修理很困难。第14页，共72页。3.2板式热交换器构造和工作原理在固定压紧板上交替排列金属薄板和垫圈，然后按放活动压紧板，最后旋紧压紧螺栓，即构成一台板式热交换器。两薄板与垫圈之间空间为冷热流体的流道。主要有：平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片、多孔翅片、条片翅片、钉状翅片。传热板片15第15页，共72页。163.2板式热交换器第16页，共72页。173.2板式热交换器第17页，共72页。183.2板式热交换器第18页，共72页。193.2板式热交换器第19页，共72页。203.2板式热交换器第20页，共72页。213.2板式热交换器第21页，共72页。223.2板式热交换器第22页，共72页。233.2板式热交换器第23页，共72页。24板式换热器的优点波纹板片交叉相叠形成复杂流动较低雷诺数下达到湍流较小的板间距传热系数高3.2板式热交换器结构紧凑：一般板间距为4~6mm，单位体积设备可提供的传热面为250~1000m2/m3（列管式换热器只有40~150m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。具有可拆结构：可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。操作灵活性大，检修、清洗也都比较方便。第24页，共72页。25板式换热器的缺点3.2板式热交换器允许的操作压强和温度比较低：通常操作压强低于1.5MPa，最高不超过2.0MPa，压强过高容易泄露；操作温度受垫片材料的耐热性限制，一般不超过250℃。另外由于两板的间距仅几毫米，流通面积较小，而流速又不大，因而处理量较小。第25页，共72页。26板式换热器的用途3.2板式热交换器螺旋板式换热器和平板式换热器都具有结构紧凑、材料消耗少，传热系数大的特点，属于新型的高效紧凑式换热器。这类换热器一般不耐高温高压，但对于压强较低（1.5MPa），温度不高（150℃

）或腐蚀性强必须用贵重材料的场合，则显示出更大的优越性，目前已广泛应用于食品、轻工和化学等工业。第26页，共72页。27板式换热器的拓展3.2板式热交换器板式热交换器（可拆式）耐温耐压性能差：将薄板之间直接焊接，取代密封垫片连接形式（全焊式）耐温耐压能力增强，但无法拆卸密封垫片与焊接组合形式（半焊式）应用于两种温度和压力相差较大的流体换热场合第27页，共72页。板翅式热交换器是一种高效、紧凑、轻巧的换热器，过去由于制造成本高，仅用于宇航、电子、原子能等少数部门。现已逐渐用于石油化工及其它工业部门，取得良好效果。3.3板翅式热交换器板翅式热交换器的背景28第28页，共72页。293.3板翅式热交换器板翅式热交换器结构形式多样，但其基本结构元件相同，即在两块平行薄金属板之间，加入特殊形状的金属翅片，将两侧面封死，即成为一个换热基本元件。将各基本元件进行适当排列，并通过钎焊制成顺流、逆流或错流的板翅式热交换器的板束（芯体），然后再将带由流体进出口接管的集流箱焊在板束上，即成为板翅式换热器。板翅式热交换器的结构第29页，共72页。303.3板翅式热交换器板翅式热交换器的优点：结构紧凑（单位体积设备的传热面一般达到2500m2/m3，最高可达4300m2/m3）；重量轻（铝合金制造，在相同的传热面下，其重量约为列管式的十分之一）；传热系数较高（由于翅片促进了流体的湍动并破坏了热边界层的发展）；强度大（除增加传热面积外，翅片也提高芯体的强度）。板翅式热交换器的特点第30页，共72页。313.3板翅式热交换器铝合金不仅导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，可在绝对零度至200℃范围内使用，是板翅式热交换器的理想材料。同时因翅片对隔板有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达5MPa。这种换热器的缺点是设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板的翅片多由薄铝板制成，故要求介质对铝不腐蚀。板翅式热交换器的应用第31页，共72页。323.3板翅式热交换器第32页，共72页。333.3板翅式热交换器第33页，共72页。343.3板翅式热交换器第34页，共72页。353.3板翅式热交换器板翅式热交换器中流体的流动形式常采用顺流、逆流或错流第35页，共72页。363.3板翅式热交换器第36页，共72页。373.3板翅式热交换器第37页，共72页。383.3板翅式热交换器翅片的型式翅片的型式很多，有平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、波纹翅片、钉状制片、百叶窗式翅片、片条翅片等。我国目前常用的翅片型式有光直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种。第38页，共72页。393.3板翅式热交换器翅片的型式第39页，共72页。403.3板翅式热交换器锯齿型式第40页，共72页。413.3板翅式热交换器多孔型式第41页，共72页。423.3板翅式热交换器波纹型式第42页，共72页。433.3板翅式热交换器百叶窗式型式第43页，共72页。443.3板翅式热交换器封条的型式第44页，共72页。453.3板翅式热交换器导流片第45页，共72页。463.3板翅式热交换器导流片第46页，共72页。473.3板翅式热交换器导流片第47页，共72页。483.3板翅式热交换器流动形式第48页，共72页。493.3板翅式热交换器流动形式第49页，共72页。503.4翅片管热交换器翅片管热交换器是管式热交换器的拓展，由基管和翅片组成，是一种带翅（肋）的管式热交换器。热交换器中，当两种流体的对流传热系数相差较大时，可以通过在传热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。第50页，共72页。513.4翅片管热交换器翅片管热交换器的基管通常是圆管，也有扁平管和椭圆管。翅片可以各自加在每根单管上，也可以同时与数根管子相连接。第51页，共72页。523.4翅片管热交换器第52页，共72页。533.4翅片管热交换器翅片管的类型与选择第53页，共72页。543.4翅片管热交换器是否需要设置翅片何处设置翅片视管内外传热系数设置在传热系数较小侧管内外传热系数接近，两侧均需设置翅片管的类型与选择第54页，共72页。553.4翅片管热交换器圆形翅片矩形翅片传热系数不足使气流流经翅片时产生扰流，破坏边界层翅片管的类型与选择第55页，共72页。563.4翅片管热交换器翅片管的类型与选择管片按制造方法分为整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接翅片。第56页，共72页。3.4翅片管热交换器翅片管的类型与选择57第57页，共72页。3.4翅片管热交换器翅片管的类型与选择58第58页，共72页。593.4翅片管热交换器翅片管的类型与选择第59页，共72页。603.5热管热交换器1944年：通用发动机公司的Gaugler

首先提出了热管的工作原理，但是他的想法当时并没有被广泛地采纳利用。1963年：美国LosAlamos国家实验室的Grouer重新独立发明了这种传热元件，并进行了性能测试实验，将它正式命名为热管（HeatPipe）。1965年：Cotter首次提出了较完整的热管理论。70年代以来：热管技术飞速发展；我国也自70年代开始，展开了对热管的研究和应用。现在：热管在电子工业、余热回收、新能源等方面得到了广泛应用。热管热交换器概述第60页，共72页。613.5热管热交换器热管的组成及工作原理以吸液芯热管为例管壳毛细多孔材料（管芯）蒸气通道液体工作原理：工作液体在热端吸收热量而沸腾气化，产生的蒸气流至冷端冷凝放出潜热，冷凝液返回至热端，再次吸热沸腾气化。如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。第61页，共72页。623.5热管热交换器热管工作的主要任务是从加热段吸收热量，通过内部相变传热过程，把热量输送到冷却段，从而实现热量转移，完成这一转移有六个同时发生又相互关联的主要过程：（1）热量从热源通过热管管壳和吸液芯（包括工作液体）传递到气-液分界面（2）液体在蒸发段内的气-液分界面上蒸发（3）蒸气腔内的蒸气从蒸发段流到冷却段（4）蒸气在冷却段内的气-液分界面上的凝结（5）热量从气-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源（6）在吸液芯内由毛细作用使冷凝液从冷却段回流到蒸发段第62页，共72页。633.5热管热交换器热量由蒸发段输入后，毛细材料中的工作液受热蒸发，蒸气顺着蒸气通道流向冷凝段；在冷凝段，蒸气受到冷凝结成液体，放出热量；凝结液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。第63页，共72页。643.5热管热交换器第64页，共72页。653.5热管热交换器热管的分类按凝结液的回流作用力来划分吸液芯热管两相热虹吸管旋转热管重力辅助热管典型热管第65页，共72页。663.5热管热交换器

热管管壳作用将热管的工作部分封闭起来，在热管两端部接受和放出热量，中部绝热，并承受一定的压力。要求a在整个工作压力范围内不发生工质泄露，寿命够长；b管壳材料与工质必须相容，避免有腐蚀和气体产生的现象出现；c管壳材料经得住工艺除气工程中的高温；d管壳结构既能承受内部最大的蒸汽压力，又能兼顾降低管壁热阻，管壁尽可能薄；e管壳材料湿润性好，导热系数高。材料不绣钢，铜，铝，镍，玻璃，陶瓷第66页，共72页。673.5热管热交换器

热管管芯作用：产生毛细抽吸力，使液体由冷凝段回流到蒸发段要求：a起到有效的毛细泵作用；b与工质、管壁材料必须相容；c具有较高渗透率且传热性能好；d具有足够的刚性，以保证吸液芯与管壁紧密接触；e便于加工，性能可靠，经济性好。分类：a紧贴管壁的单层或多层网芯第67页，共72页。683.5热管热交换器第68页，共72页。693.5热管热交换器b烧结粉末管芯c轴向槽道式管芯d组合管芯一定数目的金属粉末或金属丝网烧结在管内壁面而成在管壳内壁开轴向细槽，以提供毛细压头及液体回流通道+→

热管管芯第69页，共72页。703.5热管热交换器

热管工质作用：传递热量要求：a具有较高的汽化潜热和导热系数，及合适的饱和压力和沸点；b具有较低的粘度，良好的稳定