5.5 熱交換器

1、15-5 5-5 熱交換器熱交換器(Heat Exchanger)教學(xué)目的：教學(xué)目的：課課 型：型：重重 點(diǎn)：點(diǎn)：了解幾種工業(yè)上常用的熱交換器，了解幾種工業(yè)上常用的熱交換器，掌握它們的構(gòu)造及操作原理。掌握它們的構(gòu)造及操作原理。列管式熱交換器的構(gòu)造及操作原理列管式熱交換器的構(gòu)造及操作原理化工設(shè)備化工設(shè)備25.5 5.5 熱交換器熱交換器(heat exchanger)345一、列管式熱交換器一、列管式熱交換器圓筒形的殼體殼體中裝設(shè)由多根平行管組成的管束管束，管的兩端脹接或焊接在“花板花板”上。管長與殼內(nèi)徑之比常為610。管內(nèi)與管束空隙間分別流動(dòng)著進(jìn)行熱交換的兩種流體。兩種流體通過管壁來傳遞熱量。

2、兩種流體通過管壁來傳遞熱量。6單位容積有較大的換熱面積單位容積有較大的換熱面積(每每m3有效容積的傳熱面有效容積的傳熱面一般為一般為6080m2.m-3)，是傳熱效率較高的熱交換器。是傳熱效率較高的熱交換器。7891011代價(jià)：代價(jià)：殼體阻力殼體阻力，系統(tǒng)動(dòng)力消耗，系統(tǒng)動(dòng)力消耗。 弓形弓形 圓盤形圓盤形12折流桿折流桿折流桿平行排列折流桿平行排列在同一平面上，在同一平面上，各組相互偏轉(zhuǎn)各組相互偏轉(zhuǎn)90度。度。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)阻力?。涣黧w湍流程度強(qiáng)烈。：流動(dòng)阻力?。涣黧w湍流程度強(qiáng)烈。折流桿換熱器管束示意圖折流桿換熱器管束示意圖13管、殼溫度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力管、殼溫度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力t50時(shí)，管彎曲

3、、斷裂或管板變形時(shí)，管彎曲、斷裂或管板變形1415(5) (5) 翅片管翅片管作用：作用：增大傳熱面積增大傳熱面積(表面積可為光滑管的表面積可為光滑管的29倍倍)；提高流體的湍流程度，從而提高傳熱膜系數(shù)。提高流體的湍流程度，從而提高傳熱膜系數(shù)。NOTENOTE：流經(jīng)翅片一側(cè)的應(yīng)是傳熱膜系數(shù)小的流體。流經(jīng)翅片一側(cè)的應(yīng)是傳熱膜系數(shù)小的流體。16(6)流體流經(jīng)管內(nèi)或管間的選擇：流體流經(jīng)管內(nèi)或管間的選擇：原則原則：對傳熱有利，減少腐蝕和污垢沉積，：對傳熱有利，減少腐蝕和污垢沉積， 減低壓降及減輕設(shè)備質(zhì)量，便于清洗等。減低壓降及減輕設(shè)備質(zhì)量，便于清洗等。腐蝕性流體走腐蝕性流體走管程管程，避管束、殼體同時(shí)

4、腐蝕。，避管束、殼體同時(shí)腐蝕。 混濁或易析出沉渣結(jié)垢的流體走混濁或易析出沉渣結(jié)垢的流體走管程管程，因管程，因管程易清洗。易清洗。需提高需提高流速以增加傳熱膜系數(shù)的流體流速以增加傳熱膜系數(shù)的流體走管程走管程，因管程流速一般較高。因管程流速一般較高。17壓力高的流體宜在壓力高的流體宜在管內(nèi)管內(nèi)通過，管子耐壓性好。通過，管子耐壓性好。液液- -液熱交換時(shí)，被加熱的流體走液熱交換時(shí)，被加熱的流體走管程管程，被冷被冷卻的流體走卻的流體走殼程殼程，可減少熱損失。可減少熱損失。飽和水蒸氣宜走飽和水蒸氣宜走殼殼程程，易于排出冷凝液，同時(shí)，易于排出冷凝液，同時(shí)飽和水蒸氣的傳熱膜系數(shù)高，讓傳熱系數(shù)低的飽和水蒸氣的

5、傳熱膜系數(shù)高，讓傳熱系數(shù)低的走管內(nèi)，因流速高而可以提高傳熱膜系數(shù)。走管內(nèi)，因流速高而可以提高傳熱膜系數(shù)。18二、夾套式熱交換器二、夾套式熱交換器在容器（釜）外壁安裝夾套制備而成19常用于制藥、有機(jī)合成和食品工業(yè)中。常用于制藥、有機(jī)合成和食品工業(yè)中。夾套反應(yīng)釜換熱時(shí)，傳熱系數(shù)夾套反應(yīng)釜換熱時(shí)，傳熱系數(shù)K比較低。比較低。20三、蛇管式熱交換器三、蛇管式熱交換器換熱面積較小換熱面積較小。將金屬管彎繞成與各種容器相適應(yīng)的盤蛇形狀，沉浸將金屬管彎繞成與各種容器相適應(yīng)的盤蛇形狀，沉浸于容器內(nèi)的液體之中于容器內(nèi)的液體之中2122直徑不同的兩根直管制成同心套管，內(nèi)管用U型彎頭連接，外管與外管互連23五、板式換

6、熱器五、板式換熱器一組金屬薄板平行排列，在相鄰薄板之間襯以墊片，然后用框架夾緊組裝于支架上。24優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、傳熱板薄，單位容積有很大的傳熱面?zhèn)鳠岚灞?，單位容積有很大的傳熱面( (可達(dá)可達(dá)250m2) )，并且外表面小，熱損失小。并且外表面小，熱損失小。2、傳熱系數(shù)高；流體流動(dòng)阻力并不大。傳熱系數(shù)高；流體流動(dòng)阻力并不大。3、操作靈活性大。操作靈活性大。4、制造、檢修、清洗均方便。制造、檢修、清洗均方便。25思考題思考題1、比較不同類型換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。、比較不同類型換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。2、如何選擇換熱器？、如何選擇換熱器？2656 56 輻射傳熱輻射傳熱輻射傳熱的機(jī)理輻射傳熱的機(jī)理輻射傳熱過程是熱

7、物體以波的形式向四周散播輻射輻射傳熱過程是熱物體以波的形式向四周散播輻射能，輻射能遇到另一物體時(shí)，被全部或部分地吸收，能，輻射能遇到另一物體時(shí)，被全部或部分地吸收，被吸收的輻射能重新轉(zhuǎn)變成為熱能。被吸收的輻射能重新轉(zhuǎn)變成為熱能。輻射與傳導(dǎo)或?qū)α鞯牟顒e：輻射與傳導(dǎo)或?qū)α鞯牟顒e：輻射能的發(fā)生是由于物體的原子內(nèi)部激發(fā)的結(jié)果，它輻射能的發(fā)生是由于物體的原子內(nèi)部激發(fā)的結(jié)果，它可以直接傳播可以直接傳播。任何絕對零度以上的物體均能輻射能。任何絕對零度以上的物體均能輻射能量（這也是遙感技術(shù)的根據(jù)），量（這也是遙感技術(shù)的根據(jù)），輻射的強(qiáng)度和波長與輻射的強(qiáng)度和波長與物體的溫度有關(guān)物體的溫度有關(guān)。熱輻射的波長范圍一

8、般是。熱輻射的波長范圍一般是0.840nm (可見光為可見光為0.40.8 m,紅外線為紅外線為0.7500 m).27斯忒藩斯忒藩波耳茲曼波耳茲曼( Stefan-Boltzmann)定律定律 黑體的輻射能力黑體的輻射能力E0與絕對溫度的四次方成正比：與絕對溫度的四次方成正比：400)100(TE0黑體的輻射系數(shù)（也稱為Stefan-Boltzmann常量）,其值為5.67,單位W.m-2.K-4。 實(shí)際物體的輻射能力較黑體低實(shí)際物體的輻射能力較黑體低440)100()100(TTE三種傳熱方式的概括比較三種傳熱方式的概括比較傳導(dǎo)和對流傳熱時(shí)的傳熱速率直接與溫度差成正比。輻射傳熱時(shí)的傳熱速率

9、則與溫度的四次方之差成正比。傳熱過程中，傳導(dǎo)、對流和輻射往往同時(shí)發(fā)生。高溫（如500以上）時(shí)輻射傳遞的熱量在總傳熱量中會(huì)占較大的比重；較低溫度（如300以下）對流傳熱占顯著地位。傳導(dǎo)主要發(fā)生在固體物料間。對流傳熱發(fā)生在流體之中。傳導(dǎo)、對流、輻射傳熱的傳熱速率都與傳熱面積直接成正比。29 在套管換熱器中用水逆流冷卻熱油,水由285K加熱到310K,油由420K冷卻到370K,設(shè)油和水的流量、物性和進(jìn)口溫度不變,若要求油的出口溫度降到360K,問換熱面積應(yīng)比原來增加多少（%）？ 30 在套管式換熱器中用水冷卻熱油（逆流換熱），油由420K冷卻到370K，水由285K加熱到310K。設(shè)油和水的物性、

10、進(jìn)口溫度和換熱面積均不變，水的流量增加0.2倍，油的流量不變，求水和油的出口溫度。 31 有一套管換器，內(nèi)管為192mm，管長為2m，管隙的油與管內(nèi)的水流向相反。油的流量為270kgh-1，進(jìn)口溫度為100,水的流量為360kgh-1,進(jìn)口溫度為10。若忽略熱損失,總傳熱系數(shù)K = 374 Wm-2K-1,油的比熱Cp,h = 1.88kJkg 1K-1，試求油和水的出口溫度分別為多少？（水的比熱Cp，c = 4.18kJkg 1K-1）32 根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱的傳遞有_、_和_三種基本方式，流動(dòng)的流體向器壁的傳熱主要靠_。 根據(jù)總傳熱方程，強(qiáng)化傳熱過程，提高傳熱速率，可以采取_、_和_三方面措施。 大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而降低。 ( ) 過熱蒸汽的給熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于飽和蒸汽的給熱系數(shù)。 ( ) 相同條件下,逆流比并流有更大的平均溫度差，因此生產(chǎn)中從來不采用并流換熱的方式。.( )33 什么是穩(wěn)態(tài)傳熱？什么是穩(wěn)態(tài)的恒溫傳熱和穩(wěn)態(tài)的變溫傳熱？ 金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而_；液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而_（水和甘油除外）；氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度提高而_，隨壓強(qiáng)的增大而_。 34膜狀沸騰的給熱系數(shù)比泡核沸騰的