化工原理45-46学时-b

1、1,第五章 传 热,5.6 换热器 5.6.1 间壁式换热器的结构形式 5.6.2 换热器传热过程的强化 5.6.3 传热过程强化效果的评价,5.6.4 管壳式换热器的设计和选型,2,一、换热器设计的基本原则,1.流体流径的选择 不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。 腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。 压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。,3,被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。 饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。 有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏。,一、换

2、热器设计的基本原则,4,流量小或黏度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。,一、换热器设计的基本原则,5,2.流体流速的选择,增大流速,加大对流传热系数 减少污垢的形成 流动阻力加大,总传热系数增大 动力消耗增多,一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表5-11至表5-13列出了常用的流速范围，可供设计时参考。,一、换热器设计的基本原则,6,3.冷却介质（或加热介质）终温的选择 一般来说

3、，设计时冷却水的进出口温度差可取510。缺水地区可选用较大温差，水源丰富地区可选用较小的温差。,一、换热器设计的基本原则,7,4.管子的规格和管间距 管子规格,管径,1.5m 2m 3m 6m,管长,管间距 见表5-14,一、换热器设计的基本原则,8,5.管程和壳程数的确定 管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种。采用多程时，通常应使每程的管子数相等。 当温度差校正系数小于0.8时，应采用壳方多程。常用的方法是将几个换热器串联使用。,一、换热器设计的基本原则,9,6.折流档板的选用 板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大；板间距过大，流体难于垂直流过管束，使对流传热系数下降。,一、

4、换热器设计的基本原则,10,系列标准中采用的板间距为：固定管板式有150、300和600mm三种；浮头式有150、200、300、480和600mm五种。,一、换热器设计的基本原则,11,7.外壳直径的确定 壳体标准常用的有159、273、400、500、600、800、1000、1100、1200mm等。,一、换热器设计的基本原则,12,8.流体通过换热器的流动阻力（压降） （1）管程流动阻力计算,管程结垢校正系数,直管摩擦阻力引起的压降,管程数,回弯阻力引起的压降,壳程数,一、换热器设计的基本原则,13,（2）壳程流动阻力的计算,一、换热器设计的基本原则,流体通过折流挡板缺口的压降,壳程结

5、垢校正系数,壳程数,横过管束的压降,14,流体横过管束的压降,流体通过折流挡板缺口的压降,一、换热器设计的基本原则,15,二、设计与选型的具体步骤,管壳式换热器的设计计算步骤如下 （1）估算传热面积，初选换热器型号 根据换热任务，计算传热量。 确定流体在换热器中的流动途径。 确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度，确定在定性温度下的流体物性。,16,计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质温度或冷却介质的终温。 根据两流体的温差和设计要求，确定换热器的型式。 依据换热流体的性质及设计经验，选取总传热系数值。,二、设计与选型的具体步骤,17,依据总传

6、热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择设备规格。,二、设计与选型的具体步骤,K选,18,（2）计算管、壳程压降 根据初选的设备规格，计算管、壳程的流速和压降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压降不符合要求，需调整流速，再确定管程和折流挡板间距，或选择其它型号的换热器，重新计算压降直至满足要求为止。,19,（3）核算总传热系数 计算管、壳程对流传热系数，确定污垢热阻，再计算总传热系数K计，然后比较，若，,则初选的换热器合适，否则需另选值，重复上述计算步骤。,二、设计与选型的具体步骤,20,练 习 题 目,思考题,作业题: 22,1如何评价传热过程强化的效果？

7、2.在管壳式换热器中，热应力是如何产生的，热应力有何影响，为克服热应力的影响应采取何种措施？ 3.管壳式换热器为何常采用多管程，分程的作用是什么？,21,热传导速率方程及其应用,学 习 指 导,本章重点掌握的内容,傅立叶定律 单层、多层平壁热传导速率方程及其应用 单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用 接触热阻的概念,22,换热器的传热计算,换热器的热量衡算 总传热速率方程 总传热系数的计算 平均温度差的计算 传热单元数法的特点及适用对象,学 习 指 导,23,对流传热,学 习 指 导,对流传热机理 对流传热系数的定义 热边界层的概念 对流传热系数的影响因素及量纲分析法 描述传热过程的量纲为一数群 流体在光滑圆形直管内强制湍流传热系数关联式,24,流体有相变时的对流传热系数,冷凝传热方式 冷凝传热过程的影响因素 沸腾传热方式 沸腾曲线 液体沸腾传热的影响因素,学