板式換熱器選型計算的方法及公式(共10頁)

1、板式換熱器選型計算的方法及公式(1)    求熱負荷Q Q=GPt (2)    求冷熱流體進出口溫度t2=t1+  Q /G P(3)    冷熱流體流量= Q / P (t2-t1 (4)    求平均溫度差tm   tm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或tm=(T-t2)+(T2-t1)/2 (5)    選擇板型若所有的板型選擇完，則進行結果分

2、析。(6)    由值范圍，計算板片數范圍min，maxmin =  Q / Kmax tm F P max =  Q / Kmin tm F P  (7)    取板片數N（minmax ） 若N已達max，做（5）。(8)    取N的流程組合形式，若組合形式取完則做（7）。(9)    求Re，Nu Re = W de / Nu =a1Rea2Pra3 (10)求a，K傳熱面積 a = Nu  / de

3、0;K= 1 / 1/ah+1/ac+c+c+/0 F= Q /K tm  (11)由傳熱面積求所需板片數= F/ Fp+ 2 (12)若NNN，做（）。(13)求壓降p Eu = a4Rea5 p = Eu W2   (14) 若p允，做（）； 若p允，記錄結果 ，做（）。 注: 1（1）、（2）、（3）根據已知條件的情況進行計算。  2當T1-t2=T2-t1時采用tm = (T-t2)+(T2-t1)/2      &#

4、160;  3修正系數一般0.70.9。       4壓降修正系數 ，單流程度=11.2 ，二流程、三流程=1.82.0，四流程=2.62.8。       5a1、a2、a3、a4、a5為常系數。   選型計算各公式符號的意義及單位 符號意 義單位符號意 義單位Q熱負荷WCp比熱KJ/kg 流體密度Kg/ m3tm平均溫差G體積流量m3/sF傳熱面積m2K傳統(tǒng)系數W/ m2W流 速m/sT1、T2熱介質進出口溫度

5、t1、t2熱介質進出口溫度m流程數 n流道數 對流換熱系數W/ m2f單通道截面積m2運動粘度m2/s介質導熱系數W/ mp阻力損失MpaEuEu =  p / . W2無量綱Re雷諾數Re = W de /無量綱de當量直徑mNuNu = de / 無量綱Pr普朗特數 0板片導熱系數W/ mt板 厚m修正系數 h、c熱、冷介質角標 P熱介質污垢熱阻m2/Wc冷介質污垢熱阻m2/W板式換熱器的優(yōu)化選型1 平均溫差tm從公式QKtmA，tm1AA（t1t2）dA中可知，平均溫差tm是傳熱的驅動力，對于各種流動形式，如能求出平均溫差，即板

6、面兩側流體間溫差對面積的平均值，就能 計算 出換熱器的傳熱量。平均溫差是一個較為直觀的概念，也是評價性能的一項重要指標。1.1 對數平均溫差的計算當換熱器傳熱量為dQ，溫度上升為dt時，則CdQdt，將C定義為熱容量，它表示單位時間通過單位面積交換的熱量，即dQK（thtc）dAKtdA，兩種流體產生的溫度變化分別為dthdQCh，dtcdQCc，dtd（thtc）dQ（1Cc1Ch）,則dA1k（1Cc1Ch）·（dtt），當從A0積分至AA0時，A01k（1Cc1Ch）·（thotci）（thitco），由于兩種流體間交換的熱量相等，即QCh（thitho）Cc（tco

7、tci），經簡化后可知，QKA0（thotci）（thitco）（thotci）（thitco），若t1thitco，t2thotci，則QKA0（t1t2）（t1t2）KA0tm，式中的tm（t1t2）（t1t2）。順流 tm（thitci）（thotco） （thitci）（thotci）逆流 tm（thitco）（thotci） （thitco）（thotci）對于各種流動型式，在相同的進口、出口溫度條件下，逆流的平均溫差最大。當板式換熱器入口和出口兩流體的溫差t1和t2之間的差不大時，可采用算術平均溫差（t1t2）2，一般t1t2小于1.5時，可采用，若tt2為3時，則誤差約為10%。

8、1.2 傳熱單元數法在傳熱單元數法中引入一個無量綱參數NTU，稱為傳熱單元數，它表示板式換熱器的總熱導（即換熱器傳熱熱阻的倒數）與流體熱容量的比值NTUKAMC，它表示相對于流體熱容流量，該換熱器傳熱能力的大小，即換熱器的無量綱“傳熱能力”。對于板式換熱器來說，KAMCttm，式中ttm稱為溫差比，上式中的右邊的工藝過程用NTUp表示，左邊的換熱設備的條件用NTUE表示。NTUp是流體溫度的變化與平均溫差的比值，表示的是用1tm的變化引起幾度流體溫度變化的值，當tm大時，NTUp則??；當tm小時，它有變大的傾向。相反，在NTUp變大的過程中，tm的溫度變化較大，NTUp較小時，其tm的溫度變化

9、較?。ㄒ姳?）。板式換熱器的優(yōu)化設計計算，就是在已知溫差比NTUE的條件下，合理地確定其型號、流程和傳熱面積，使NTUp等于NTUE。1.3 換熱過程和NTU與供熱空調相關的換熱過程如下如示： 用蒸汽加熱水 水水換熱a. 蒸汽133133c. 一次水6560水565（生活熱水） 二次水4540（采暖）b. 蒸汽133133d. 一次水149水5565（采暖）二次水137（制冷）e. 一次水2924二次水2621（制冷機的冷卻）以上5例工藝過程的NTUp（見表2）1.4 板式換熱器和NTUENTUE表示板式換熱器的能力，換熱器的面積是具有一定傳熱長度的單位傳熱體的組合，總傳熱長度是單位長度和流程

10、數的乘積。當NTUE是總數時，若每1流程數為NTUe時，則NTUEn·NTUe（其中n是流程數）。當NTUeNTUENTUp時，換熱器為單程。若NTUeNTUp時，則換熱器應為多流程，故設計時應先預定n。由于每種板片單程的NTUe值基本上是定值，如適合表2中e的流量為25m3h的單程的NTUe為17。從NTUeA·KMC可知，當NTUe為定值時，A·K成反比，仍以e為例，當K500kcal·h·時，A1.67×2500050083.5，流程數n83.5175。當K2500kcal·h·時，A16.7，流程數n1。每

11、一流程的NTUe如下所示：K500，NTUeNTUEn0.33，K2500時，NTUe1.67。由此可知，根據NTUe即可求出換熱器的流程數，傳熱系數和傳熱面積。從以上 分析 可知，若板式換熱器設計不合理，可能使換熱面積過大，也可能使板間流速太高，阻力過大。1.5 板式換熱器制造技術的進步，板片種類的增加，提高了板式換熱器對各種工藝過程的適應性。    （1）大NTU（8），小tm（12）的板式換熱器滿足了區(qū)域供冷和熱泵機組、的要求。從以上分析可知，tm是換熱的驅動力，若tm小，即意味著驅動力小，要實現(xiàn)兩種流體之間的換熱，必須增大傳熱系數，增大傳熱面積，為了使傳熱

12、面積不至過大，唯一的 方法 是增大傳熱系數K。    1.淺密波紋板片是北京市京海換熱設備制造有限責任公司開發(fā)的新型板片，它的傳熱系數約為7000W·K，是水平平直波紋板的2倍，是人字形波紋板的1.5倍，在區(qū)域供冷中 應用 時，檢測的tm約為1.2。在作為冰蓄冷的乙二醇和冷凍水的換熱器使用中，tm約為1.5。    2.板式蒸發(fā)器、板式冷凝器也是北京市京海換熱設備制造有限責任公司開發(fā)的適應于熱泵機組的新型換熱器。與管殼式蒸發(fā)器、冷凝器相比，它具有如下優(yōu)點：單位體積內板式蒸發(fā)器、板式冷凝器的傳熱面積約是管殼式換熱器的3倍；板式

13、蒸發(fā)器的傳熱系數約為10001200 W·K，板式冷凝器的傳熱系數約為15002000 W·K均為管殼式換熱器的23倍；在板式蒸發(fā)器上采用了使液體分布均勻的分配器裝置，當蒸發(fā)器板片數較多時，可能會出現(xiàn)制冷劑液體分配不均的 問題 ，不能充分利用所有蒸發(fā)傳熱面積，使蒸發(fā)溫度低于設計計算溫度。采用分配器后即能克服上述問題。有關單位檢測數據說明，板式蒸發(fā)器、板式冷凝器的傳熱系數在tm約為2.53時，在15002000 W·K之間，且阻力小，滿足了熱泵機組的要求。（2） 小NTU（0.32），大tm（4090）的板式換熱器滿足了熱回收工藝和工藝加熱、冷卻的要求。當工藝過程在

14、大tm的條件下進行換熱時，說明驅動力大，所需的傳熱面積較小，對傳熱系數要求也不高，但，這種工藝過程或者工作壓力高，或者工作溫度高，或者工藝加熱、冷卻過程的液體中含有纖維或直徑較大的顆粒，對板式換熱器的承壓、耐溫能力提出了要求，對換熱器的板間距提出了要求。    1.排（煙）氣水板殼式換熱器（省能器），排（煙）氣空氣板殼式換熱器（空氣預熱器）是北京市京海換熱設備制造有限責任公司和蘭石化共同開發(fā)出來的新型板式換熱器，全焊接板式換熱器中介質的換熱是通過板管束來實現(xiàn)的，組成板管束的板片由專用模具壓制成型，全焊接式板束裝在壓力殼內。波紋板片具有靜攪拌作用，能在很低的雷諾數下

15、形成湍流，且污垢系數低，傳熱系數是管殼式換熱器的23倍。為了適應換熱量大，流體壓降小的要求，板間距大，當量直徑約為28。為了滿足工藝的要求板束工作壓力（反壓）P4.5Mpa，板束工作壓力（正壓）同殼體工作壓力，不受限制；工作溫度t550。烏魯木齊石化分公司40萬噸年連續(xù)重整采用了進料（冷介質）和出料（熱介質）的板殼式換熱器，進料流量50th，進、出口溫渡88，470。出料流量50th，進、出口溫度100，500，對數平均溫差約38，總傳熱系數約為380kcal·h·，熱負荷達23×106kcalh，進料壓降20Kpa，出料壓降50Kpa。  &

16、#160; 2.多效蒸發(fā)板式加熱器（換熱器），這種換熱器既是工藝加熱裝置，又是重要的熱回收裝置。以前由于板式換熱器的流道?。ò彘g距1.55.0），不適宜于氣氣換熱和蒸氣冷凝；且易堵塞，故不宜用于含懸浮物的流體。為了盡量地發(fā)揮板式換熱器的長處，克服存在問題，適應工藝的要求，北京市京海換熱設備制造有限責任公司開發(fā)出了新型的多效蒸發(fā)板式換熱器，這種板式換熱器屬寬流道型，其板間距為8.0，適合于蒸氣冷凝，適合于含懸浮物的流體，且不易堵塞，最大處理量達1200m3h。2 傳熱系數和阻力2.1 板式換熱器的傳熱系數和阻力換熱器中常使用換熱器的“傳熱面積”和“傳熱系數”述語，這是一種習慣的有特定含義的名稱。

17、因為換熱器間壁兩側的表面積可能不同，所謂“換熱器的傳熱面積”實際上是指約定的某一側的表面積，習慣上一般把換熱系數較小的一側的流體所接觸的壁面表面積稱為該換熱器的傳熱面積，相對于該傳熱面積，單位時間、單位面積、在單位溫差下所傳遞的熱流量，稱為該換熱器的傳熱面積，因此傳熱系數也是相對于約定的某一側的表面積而言的。在換熱器結構和估算中使用“傳熱面積”和“傳熱系數”是方便的。而在換算器傳熱 分析 中，則用傳熱熱阻1（KA）。板式換熱器的熱阻 計算 式如下：1KA1AW（11F1F212）式中，K傳熱系數，W·； A表面積，；AW平壁面積，； 板片厚度，m；F污垢系數，·W。下標：1

18、與流體1接觸側；2與流體2接觸側。2.1.1 換熱系數 對于紊流狀態(tài)，不同形狀板片的換熱 規(guī)律 ，一般可歸納為如下形式，NuCRenPrm（µµw）p式中，Nu及Re中的特征尺寸用當量直徑d，d4Wb（2W2b）W板片寬度，m；b板片間距，m。c、n、m、p值的大致范圍如下：c0.150.40，n0.650.85m0.300.45（通常用13），p0.050.20臨介雷諾數在10400左右，取決于板片形狀。 對于層流狀態(tài)，板片的換熱規(guī)律可歸納為：NuC（RePrdL）n（µµw）p式中，c、n、p值的范圍一般為c1.864.50，n0.250.33，p0

19、.10.2（通常為0.14）L板片長度，m。由于板片形狀復雜，必須根據試驗測定所得的換熱規(guī)律，作為該板片換熱器傳熱計算的依據。2.1.2 阻力總的流體阻力可用下式表示：pf·（Ld）（22）·n （Pa）式中，流道中速度，ms；n流程數；f板片通道摩擦阻力系數。對于不同形狀的板片，其通道的摩擦阻力系數相差很大，必須以試驗數據作為阻力計算的依據。2.2 在常用間壁式換熱器中板式換熱器的傳熱系數較大2.2.1 板式換熱器的傳熱系數（見表3），從表3可知，板式換熱器的傳熱系數約為管殼式的23倍。2.3 非對稱流道提高了板式換熱器的傳熱系數，降低了阻力。當忽略板片的導熱熱阻后，板式換熱器的傳熱系數K1·2（12），從該式可知，傳熱系數K與1、2有關，且小于二者中較小的一