能源動力裝置基礎-ppt課件

1、第八章第八章 熱質交換設備熱質交換設備 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 熱質交換設備是將熱量以一定的傳熱方式從熱流體傳熱質交換設備是將熱量以一定的傳熱方式從熱流體傳遞冷流體的設備，其間，可能伴隨著質量的傳遞。熱質遞冷流體的設備，其間，可能伴隨著質量的傳遞。熱質交換設備廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。如交換設備廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。如制冷中的冷凝器、蒸發(fā)器、發(fā)生器、吸收器、中間冷卻器、制冷中的冷凝器、蒸發(fā)器、發(fā)生器、吸收器、中間冷卻器、冷凝蒸發(fā)器、回熱器以及冷水塔等，氣體液化、分離中冷凝蒸發(fā)器、回熱器以及冷水塔等，氣體液化、分離中的精餾塔，低溫技術中的蓄熱器；的精餾塔，低溫技術中的蓄熱器；電廠中鍋爐省煤器、水冷

2、壁、過熱器、再熱器、空氣預電廠中鍋爐省煤器、水冷壁、過熱器、再熱器、空氣預熱器）、除氧器、高低壓加熱器、凝汽器等。熱器）、除氧器、高低壓加熱器、凝汽器等。另外，在輕工業(yè)、紡織工業(yè)、造紙、鋼鐵、食品加工工業(yè)另外，在輕工業(yè)、紡織工業(yè)、造紙、鋼鐵、食品加工工業(yè)等，都要大量使用熱質交換設備。等，都要大量使用熱質交換設備。 換熱器的傳熱性能對裝置的經(jīng)濟性影響很大。熱交換換熱器的傳熱性能對裝置的經(jīng)濟性影響很大。熱交換器的種類多，下面分別討論。器的種類多，下面分別討論。 第二節(jié) 表面式換熱器 在表面式換熱器中，冷、熱流體在固體壁面的兩側流動，熱量通過壁面進行熱傳遞。表面式換熱器又分管殼式、板式、翅片管式、板

3、翅式、旋板式和熱管式換熱器等。一、管殼式換熱器特點：有圓形外殼，內裝平行 管束，管內通道部分稱為管程， 管外面與殼體內表面之間的通流部分稱為殼程或管間。冷、熱流體分別流過管程和殼程，通過壁面實現(xiàn)熱交換。優(yōu)點：結構簡單、造價低廉、選材范圍廣，清洗方便、適應性強。容量大、適應高溫、高壓能力強，應用廣泛。又有三種形式：1. 固定管殼式換熱器固定管殼式換熱器（1 1構造：圖構造：圖8-18-1為臥式固定管為臥式固定管 殼式換熱器的示意圖，鋼制圓形外殼，兩端焊有固定管板，在管板上開殼式換熱器的示意圖，鋼制圓形外殼，兩端焊有固定管板，在管板上開有小孔一安裝傳熱管束。管孔與管束采用脹接、焊接及鋪錫焊。冷、熱

4、流體有小孔一安裝傳熱管束。管孔與管束采用脹接、焊接及鋪錫焊。冷、熱流體分別在管內和管間流動。圖分別在管內和管間流動。圖8-18-1所示固定管殼式換熱器是用冷卻水來冷卻石所示固定管殼式換熱器是用冷卻水來冷卻石油氣、天然氣、制冷劑蒸汽。油氣、天然氣、制冷劑蒸汽。 管側流程有二流程、四流程、六流程以提高冷卻水的流速。冷卻水在管側流程有二流程、四流程、六流程以提高冷卻水的流速。冷卻水在管內流動，原料氣在管間流動。在外殼底部還開有排放凝結液的管接頭。為管內流動，原料氣在管間流動。在外殼底部還開有排放凝結液的管接頭。為了提高原料氣的流速和改善傳熱效果，管間通常用欄板折流板將其分成了提高原料氣的流速和改善傳

5、熱效果，管間通常用欄板折流板將其分成若干室。同時也起支持作用。若干室。同時也起支持作用。（2 2特點：固定管板式換熱器集中了上述各優(yōu)點，但不好清洗，熱膨脹能力特點：固定管板式換熱器集中了上述各優(yōu)點，但不好清洗，熱膨脹能力差。在火電廠中被廣泛應用，如高低壓加熱器、凝汽器等。差。在火電廠中被廣泛應用，如高低壓加熱器、凝汽器等。2. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器 由于固定管板式換熱器熱膨脹能力差，由于固定管板式換熱器熱膨脹能力差，浮頭式換熱器兩端的管板只用一端與外殼固浮頭式換熱器兩端的管板只用一端與外殼固定死，另一端可相對于殼體滑動浮頭）。定死，另一端可相對于殼體滑動浮頭）。 內浮頭式換熱器：圖內浮頭式

6、換熱器：圖8-28-2為示意圖。為示意圖。 外浮頭式換熱器：浮頭露在殼體外的稱外浮頭式換熱器：浮頭露在殼體外的稱為外浮頭式。與外殼的密封結構如圖為外浮頭式。與外殼的密封結構如圖8-38-3所所示。示。 特點：浮頭式換熱器可解決膨脹、熱應特點：浮頭式換熱器可解決膨脹、熱應力問題。浮頭端可把管子拆卸下來清洗。但力問題。浮頭端可把管子拆卸下來清洗。但要產(chǎn)生泄漏。要產(chǎn)生泄漏。3. U型管式換熱器和套管式換熱器型管式換熱器和套管式換熱器（1） U型管式換熱器型管式換熱器 如圖如圖8-4所示，管子兩端都固定在同一所示，管子兩端都固定在同一管板上。管板上。優(yōu)點：優(yōu)點： 它具有雙管程和浮頭式換熱器的一些優(yōu)點，

7、可自由膨脹，彈它具有雙管程和浮頭式換熱器的一些優(yōu)點，可自由膨脹，彈性好，熱補償性好；性好，熱補償性好； 管程流速高，傳熱性能好；管程流速高，傳熱性能好； 承受能力較強，結構緊湊；承受能力較強，結構緊湊； 管束可抽出清洗，便于安裝。管束可抽出清洗，便于安裝。缺陷：管內不好清洗，管側阻力較大。缺陷：管內不好清洗，管側阻力較大。（2套管式換熱器套管式換熱器 套管式換熱器圖套管式換熱器圖8-5是由一根管子是由一根管子組成的串聯(lián)組成的串聯(lián)U形管換熱器。形管換熱器。作用：常用于換熱量較小的場合，如小型制冷裝置的冷凝器、作用：常用于換熱量較小的場合，如小型制冷裝置的冷凝器、蒸發(fā)器。蒸發(fā)器。特點：是結構緊湊，

8、制造簡單，制冷劑和載冷劑成逆向流動。特點：是結構緊湊，制造簡單，制冷劑和載冷劑成逆向流動。二、板式換熱器二、板式換熱器 板式換熱器是一種高效、板式換熱器是一種高效、結構緊湊的換熱設備。廣泛結構緊湊的換熱設備。廣泛使用于石油、化工、輕工、使用于石油、化工、輕工、電力、冶金、機械、能源動電力、冶金、機械、能源動力、制冷空調諸方面。力、制冷空調諸方面。1. 組成：如圖組成：如圖8-6所示，板式所示，板式換熱器由傳熱板片、密封墊換熱器由傳熱板片、密封墊片、固定壓緊板、活動壓緊片、固定壓緊板、活動壓緊板、上下導桿、支撐架及緊板、上下導桿、支撐架及緊固件組成。固件組成。 2. 傳熱板片：板式換熱器的關鍵部

9、件是傳熱板片，種類很多，傳熱板片：板式換熱器的關鍵部件是傳熱板片，種類很多，如圖如圖8-7。（1瘤形板片瘤形板片 板上交替排列著許多半球突起或平頭突起的板上交替排列著許多半球突起或平頭突起的“瘤瘤”。瘤形板片中的流動屬網(wǎng)狀流動，阻力小，傳熱系數(shù)可。瘤形板片中的流動屬網(wǎng)狀流動，阻力小，傳熱系數(shù)可達達4650W/ m.c。如圖。如圖8-7a。（2水平平直波紋板水平平直波紋板 斷面形狀為等腰三角形，傳熱系統(tǒng)可斷面形狀為等腰三角形，傳熱系統(tǒng)可達達5800W/ m.c。如圖。如圖8-7b。（3人字形板片人字形板片 如圖如圖8-7c所示。為網(wǎng)狀形，剛度好，傳熱性所示。為網(wǎng)狀形，剛度好，傳熱性能好；其缺點是

10、流動阻力大。能好；其缺點是流動阻力大。3. 多流體、多流程板式換熱器的通道安排：多流體、多流程多流體、多流程板式換熱器的通道安排：多流體、多流程換熱器的通道數(shù)，是靠密封片的合理布置安排實現(xiàn)的。如換熱器的通道數(shù)，是靠密封片的合理布置安排實現(xiàn)的。如圖圖8-8、圖、圖9-9。4. 優(yōu)點：與管殼換熱器相比，板式換熱器的優(yōu)點是：優(yōu)點：與管殼換熱器相比，板式換熱器的優(yōu)點是：（1結構簡單，制造方便。板式換熱器零件數(shù)少，組裝容易，結構簡單，制造方便。板式換熱器零件數(shù)少，組裝容易，只要改變傳熱板片即可。只要改變傳熱板片即可。（2傳熱效率高，有效傳熱溫差大。板片疊加而形成狹窄的傳熱效率高，有效傳熱溫差大。板片疊加

11、而形成狹窄的板間空間，流體在其中紊流流動，提高傳熱效果。板間空間，流體在其中紊流流動，提高傳熱效果。（3體積小，重量輕、價格便宜。體積小，重量輕、價格便宜。（4結垢少，可靠性高。結垢少，可靠性高。（5可拆卸，便于清洗、維護?？刹鹦?，便于清洗、維護。板式換熱器的最大允許工作壓力為板式換熱器的最大允許工作壓力為1MPa 左右，最高允許溫度左右，最高允許溫度為為260C 。5. 全焊接式板式換熱器：如圖全焊接式板式換熱器：如圖8-10所示，其由傳熱板片和兩端的端片組成。所示，其由傳熱板片和兩端的端片組成。（1 1構造：傳熱板片之間、傳熱板片與端板之間、需要密封的通孔周圍等，所有需構造：傳熱板片之間、

12、傳熱板片與端板之間、需要密封的通孔周圍等，所有需要密封部位都是用釬焊完成。使結構更簡單、結實。最高工作溫度為要密封部位都是用釬焊完成。使結構更簡單、結實。最高工作溫度為225225C C ，最低，最低工作溫度為流體凍結溫度；最大工作壓力為工作溫度為流體凍結溫度；最大工作壓力為3MPa 3MPa ，最小工作壓力為真空。，最小工作壓力為真空。（2 2資料：不銹鋼，有足夠的強度和剛度，耐腐蝕，不易結垢。資料：不銹鋼，有足夠的強度和剛度，耐腐蝕，不易結垢。（3 3優(yōu)點：它和管殼換熱器相比，還有另外的優(yōu)點，優(yōu)點：它和管殼換熱器相比，還有另外的優(yōu)點，制冷劑充量少，有利于環(huán)保，可降低成本。制冷劑充量少，有利

13、于環(huán)保，可降低成本。 體積小。體積小?？箖鲂阅芎茫毫黧w流速高，溫度分布均勻?？箖鲂阅芎茫毫黧w流速高，溫度分布均勻。蒸發(fā)徹底，經(jīng)濟性好。蒸發(fā)徹底，經(jīng)濟性好。（4 4缺陷：周邊長，密封困難、容易泄漏；金屬板薄，缺陷：周邊長，密封困難、容易泄漏；金屬板薄，剛性較差，不適應高壓、高溫差工況。介質流量剛性較差，不適應高壓、高溫差工況。介質流量不能太大。板片制造復雜，成本較高。不能太大。板片制造復雜，成本較高。三、翅片管式換熱器三、翅片管式換熱器 翅片管是帶有肋片管子，可增大換熱面、促進湍流。這種換熱器如：風冷翅片管是帶有肋片管子，可增大換熱面、促進湍流。這種換熱器如：風冷冷凝器、表面式蒸發(fā)器、空氣冷卻器

14、，鍋爐省煤器、暖氣片等。如圖冷凝器、表面式蒸發(fā)器、空氣冷卻器，鍋爐省煤器、暖氣片等。如圖8-118-11。1. 1. 翅片管的型式：主要有縱向和徑橫向兩類。翅片可在管內、管外或兼翅片管的型式：主要有縱向和徑橫向兩類。翅片可在管內、管外或兼有。根據(jù)加工不同，有整體翅片、焊接翅片、機械連接翅片。圖有。根據(jù)加工不同，有整體翅片、焊接翅片、機械連接翅片。圖8-128-12。 整體翅片：有鑄造、機械加工而成。翅片和管子做成一體。無接觸熱阻，整體翅片：有鑄造、機械加工而成。翅片和管子做成一體。無接觸熱阻，強度高，耐熱振和機械振動。機械性能、傳熱性、膨脹性好。但制造成本高。強度高，耐熱振和機械振動。機械性能

15、、傳熱性、膨脹性好。但制造成本高。焊接翅片：制造簡單，經(jīng)濟性好，傳熱性、機械性焊接翅片：制造簡單，經(jīng)濟性好，傳熱性、機械性能好。能好。機械連接翅片：有繞片式、鑲嵌式、熱套和脹接式。機械連接翅片：有繞片式、鑲嵌式、熱套和脹接式。優(yōu)點是：經(jīng)濟，材料可任意組合；優(yōu)點是：經(jīng)濟，材料可任意組合；缺點是：有接觸熱組，膨脹不均勻，可能產(chǎn)生松動，缺點是：有接觸熱組，膨脹不均勻，可能產(chǎn)生松動，其工作溫度為其工作溫度為200350200350C C。耐熱性能好，造價高。耐熱性能好，造價高。圖圖8-138-13為翅片管型式：其中，圖為翅片管型式：其中，圖8-13a8-13a為套片管，為套片管，圖圖8-13b8-13

16、b為繞片管，它是在管外按螺旋狀繞一條金為繞片管，它是在管外按螺旋狀繞一條金屬帶。優(yōu)點：傳熱系數(shù)高。缺陷：熱阻大。圖屬帶。優(yōu)點：傳熱系數(shù)高。缺陷：熱阻大。圖8-8-13a13a為套片管，已廣泛用于氟利昂制冷機。為套片管，已廣泛用于氟利昂制冷機。2. 翅片管的工作特點：其優(yōu)點：（1傳熱性能強：因傳熱面積增大，使傳熱系數(shù)增大；（2結構緊湊：由于單位體積傳熱面積大，傳熱性能增強，在相同熱負荷下，翅片管換熱器管子少。（3可有效、合理地利用材料。（4當翅片被加熱時，在相同熱負荷下，翅片管管壁溫度較低，對減少金屬面的高溫腐蝕和超溫是有利的。其主要缺點：制造工藝復雜，造價高；流阻大，動力消耗大。3. 翅片管換

17、熱器 翅片管換熱器由多個翅片管組合而成。翅片管換熱器由多個翅片管組合而成。翅片多為換熱能力較弱的一側。翅片多為換熱能力較弱的一側。圖圖8-14a8-14a為強制對流整體套片為強制對流整體套片 式風冷冷凝器示意圖；（汽車前）式風冷冷凝器示意圖；（汽車前）圖圖8-14b8-14b為自然對流整體套片為自然對流整體套片 式風冷冷凝器示意圖。（冰箱背后）式風冷冷凝器示意圖。（冰箱背后） 換熱型式：板翅式換熱器由自成流道的單元體組成，可方便換熱型式：板翅式換熱器由自成流道的單元體組成，可方便地實現(xiàn)多股氣流之間的換熱和逆流、錯流或逆錯流等不同的地實現(xiàn)多股氣流之間的換熱和逆流、錯流或逆錯流等不同的換熱型式圖換

18、熱型式圖8-16）。）。 翅片的形式有：翅片的形式有：（1 1光直翅片：由薄金屬板沖壓而成，如圖光直翅片：由薄金屬板沖壓而成，如圖8-17a8-17a所示。所示。 （2 2鋸齒形翅片：可看作光直翅片切成片段再錯成一定間隔而形成的間斷式翅鋸齒形翅片：可看作光直翅片切成片段再錯成一定間隔而形成的間斷式翅片。如圖片。如圖8-17b8-17b所示。所示。（3 3多孔形翅片：他是在光直翅片上開了很多小孔而成，孔有圓形、方形。多孔形翅片：他是在光直翅片上開了很多小孔而成，孔有圓形、方形。此外，還有：波紋型、百葉窗型、釘狀或片條狀翅片等。此外，還有：波紋型、百葉窗型、釘狀或片條狀翅片等。2. 工作特點工作特

19、點（1傳熱能力強：翅片上孔洞、縫隙、彎曲使流體湍動，可使傳熱增強；傳熱能力強：翅片上孔洞、縫隙、彎曲使流體湍動，可使傳熱增強；（2結構緊湊：單位體積的傳熱面積大，結構緊湊：單位體積的傳熱面積大，（3輕巧牢固：因結構緊湊，用薄金屬片，重量輕。輕巧牢固：因結構緊湊，用薄金屬片，重量輕。（4適應性強：適應各種介質適應性強：適應各種介質（5板翅式換熱器的主要缺點：結構復雜，造價高；流道小，易阻塞。不板翅式換熱器的主要缺點：結構復雜，造價高；流道小，易阻塞。不能拆卸，難清洗。由于多用鋁材，易腐蝕泄漏。能拆卸，難清洗。由于多用鋁材，易腐蝕泄漏。五、螺旋板式換熱器五、螺旋板式換熱器1. 1. 基本結構：基本

20、結構：該換熱器是一種高效換熱器，如圖該換熱器是一種高效換熱器，如圖8-188-18。由傳熱。由傳熱板、定距柱、連接管、頭蓋及襯墊等部件組成。板、定距柱、連接管、頭蓋及襯墊等部件組成。傳熱板：兩塊厚約傳熱板：兩塊厚約6mm6mm金屬板卷成一對同心圓的金屬板卷成一對同心圓的螺旋形流道，流道始于中心，終于邊緣，中心螺旋形流道，流道始于中心，終于邊緣，中心處用隔板將兩邊流體隔開。甲、乙兩流體在金處用隔板將兩邊流體隔開。甲、乙兩流體在金屬板兩邊的流道內逆向流動，以實現(xiàn)換熱。屬板兩邊的流道內逆向流動，以實現(xiàn)換熱。螺旋板式換熱器的流道型式：螺旋板式換熱器的流道型式：型螺旋板式換熱器圖型螺旋板式換熱器圖8-1

21、8 8-18 ），通常，冷流），通常，冷流體由周邊向中間流動，熱流體從中心流向外周。體由周邊向中間流動，熱流體從中心流向外周。由于由于型螺旋板式換熱器流道窄小，一般用作型螺旋板式換熱器流道窄小，一般用作兩流體換熱。兩流體換熱。圖8-18 型螺旋板式換熱器，它是將型螺旋板式換熱器，它是將型之一個型之一個螺旋通道出、入口封死，代之以兩個軸向螺旋通道出、入口封死，代之以兩個軸向出、入口，如圖出、入口，如圖8-19 8-19 所示。軸向流道也可所示。軸向流道也可以做成多流程。實用于體積流量相差較大以做成多流程。實用于體積流量相差較大的工況，如冷凝器、氣體冷卻器、再沸器的工況，如冷凝器、氣體冷卻器、再沸

22、器等。等。 定距柱：是保證流道的間距，加強湍定距柱：是保證流道的間距，加強湍流。用流。用310mm310mm圓鋼或帶鋼在卷曲前焊接在圓鋼或帶鋼在卷曲前焊接在傳熱板上，然后卷制；傳熱板上，然后卷制； 頭蓋：多為圓錐形、橢圓形蓋板。頭蓋：多為圓錐形、橢圓形蓋板。2. 2. 工作特點：工作特點：（1 1傳熱強度高：因阻力小，流速快，使傳熱系數(shù)增大；又是逆向流動，平傳熱強度高：因阻力小，流速快，使傳熱系數(shù)增大；又是逆向流動，平均傳熱溫差大，可提高傳熱效率；均傳熱溫差大，可提高傳熱效率；（2 2結構緊湊，不用管材：板形單位體積的傳熱面積大。平均傳熱溫差大，結構緊湊，不用管材：板形單位體積的傳熱面積大。平

23、均傳熱溫差大，傳熱系數(shù)大；傳熱系數(shù)大；（3 3不易污塞，單流道，高流速，污垢不易沉積?？刹灰孜廴?，單流道，高流速，污垢不易沉積?？伞白詽嵶詽崱薄＃? 4能有效地利用低溫熱源。由于流道長，逆向傳熱，有利于利用地下熱能能有效地利用低溫熱源。由于流道長，逆向傳熱，有利于利用地下熱能等低溫熱源。等低溫熱源。（5 5流阻小。流阻小。其主要缺點：其主要缺點：（1 1承壓能力受限：因傳熱板薄，壓力應承壓能力受限：因傳熱板薄，壓力應0.51.0MPa 0.51.0MPa 。工作溫度。工作溫度250C250C；（2 2容量受限；單通道，通流能力小，流速不能太高。容量受限；單通道，通流能力小，流速不能太高。（3

24、3制造復雜，檢修困難。傳熱部分和密封部分制造困難。制造復雜，檢修困難。傳熱部分和密封部分制造困難。六、熱管換熱器六、熱管換熱器 熱管是一種新型、高效傳熱裝置，其導熱系數(shù)比優(yōu)良導體銀、銅等高熱管是一種新型、高效傳熱裝置，其導熱系數(shù)比優(yōu)良導體銀、銅等高 倍。其作用相當于導熱能力極高的導熱體。倍。其作用相當于導熱能力極高的導熱體。1. 1. 熱管的結構、工作原理圖熱管的結構、工作原理圖8-208-20）（1 1熱管的結構：熱管是一個密封容器：熱管的結構：熱管是一個密封容器：熱管軸向看，可分三個區(qū)段：熱管軸向看，可分三個區(qū)段：蒸發(fā)區(qū)或稱熱源、熱段）蒸發(fā)區(qū)或稱熱源、熱段）蒸發(fā)輸送段或稱絕緣段）蒸發(fā)輸送段

25、或稱絕緣段）冷凝段或稱熱匯段、冷段）。冷凝段或稱熱匯段、冷段）。431010從徑向縱剖面看，可分三部分：密閉管殼，毛細結構吸液芯），從徑向縱剖面看，可分三部分：密閉管殼，毛細結構吸液芯）， 蒸汽通道蒸汽腔）。蒸汽通道蒸汽腔）。管殼：材料要求與工質有良好的相容性，有高導熱率、耐壓、耐熱應力。管殼：材料要求與工質有良好的相容性，有高導熱率、耐壓、耐熱應力。吸液芯：緊貼管殼內壁的毛細結構，能將液體從冷凝段輸送到蒸發(fā)段。吸液芯：緊貼管殼內壁的毛細結構，能將液體從冷凝段輸送到蒸發(fā)段。 液態(tài)載熱工質：要求有較高的汽化潛熱、導熱系數(shù)、密度，較低的粘液態(tài)載熱工質：要求有較高的汽化潛熱、導熱系數(shù)、密度，較低的粘

26、度、容點和適當?shù)姆悬c。度、容點和適當?shù)姆悬c。（2 2傳熱過程工作原理）傳熱過程工作原理）: : 熱量從熱源通過殼壁和吸液芯傳到液熱量從熱源通過殼壁和吸液芯傳到液汽界面上；汽界面上； 液體在蒸發(fā)段內的液液體在蒸發(fā)段內的液汽分界面上蒸發(fā)吸收潛熱）；汽分界面上蒸發(fā)吸收潛熱）； 蒸汽通過蒸汽腔輸送到冷凝段；蒸汽通過蒸汽腔輸送到冷凝段； 蒸汽在冷凝段內的汽蒸汽在冷凝段內的汽液分界面上冷凝釋放潛熱）液分界面上冷凝釋放潛熱） ； 熱量從冷凝段內的汽熱量從冷凝段內的汽液分界面液分界面通過吸液芯和殼體傳給冷源；通過吸液芯和殼體傳給冷源； 冷凝液借助吸液芯的毛細冷凝液借助吸液芯的毛細作用從冷凝段返回蒸發(fā)段重新作用

27、從冷凝段返回蒸發(fā)段重新任務。任務。2. 2. 工作特點工作特點 熱管是依靠管內工作液體的工質相變來實現(xiàn)傳熱，具有以下特點：熱管是依靠管內工作液體的工質相變來實現(xiàn)傳熱，具有以下特點： 高導熱性：熱管是依靠工作液體工質的汽高導熱性：熱管是依靠工作液體工質的汽液相變傳熱，熱阻小，液相變傳熱，熱阻小，傳熱能力強。在一定溫度下，其導熱率是銅的傳熱能力強。在一定溫度下，其導熱率是銅的40100004010000倍；倍； 良好的等溫性：管內蒸汽處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段良好的等溫性：管內蒸汽處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段的壓降小，溫降小，故具有良好的等溫性。的壓降小，溫降小，故具有良

28、好的等溫性。 熱流密度的可變性：熱管可通過改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積來改變熱流密度的可變性：熱管可通過改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積來改變輸入端或輸出端的熱流密度。即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的輸入端或輸出端的熱流密度。即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量；或者以較大的加熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面冷卻面積輸出熱量；或者以較大的加熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量?？山鉀Q其他手段難以實現(xiàn)的傳熱問題。積輸出熱量?？山鉀Q其他手段難以實現(xiàn)的傳熱問題。 熱流方向的可逆性：如一水平放置熱管，內部循環(huán)動力是毛細作用。因熱流方向的可逆性：如一水平放置熱管，內部循環(huán)動力是

29、毛細作用。因此任意一端受熱就可以看作蒸發(fā)段，而另一向外散熱就成為冷凝段。此任意一端受熱就可以看作蒸發(fā)段，而另一向外散熱就成為冷凝段。 熱二級管與熱開關性能：熱管可做成熱二級管或熱開關。熱二級管與熱開關性能：熱管可做成熱二級管或熱開關。熱二級管只允許熱流向一個方向流動，而不允許反方向流動。熱二級管只允許熱流向一個方向流動，而不允許反方向流動。熱開關就是當熱源溫度高于某一值時，熱管開始工作；當熱源溫度低于某一熱開關就是當熱源溫度高于某一值時，熱管開始工作；當熱源溫度低于某一值時，熱管不傳熱。值時，熱管不傳熱。 環(huán)境的適應性：熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件變化做成各種形狀。環(huán)境的適應性：熱管的形狀可

30、隨熱源和冷源的條件變化做成各種形狀。熱管可以做成分離式以適應長距離或冷熱流體不能混合情況下的換熱。熱管可以做成分離式以適應長距離或冷熱流體不能混合情況下的換熱?？捎糜诘孛妫部捎糜诳臻g?？捎糜诘孛?，也可用于空間。此外，還有此外，還有 重力熱管：無吸液芯，熱端在下，冷凝液依靠重力沿壁面上流返回熱端。重力熱管：無吸液芯，熱端在下，冷凝液依靠重力沿壁面上流返回熱端。 離心力熱管：就是利用離心力使冷凝液返回熱端。離心力熱管：就是利用離心力使冷凝液返回熱端。熱管是一種高效傳熱元件，廣泛用于宇航、電子設備的冷卻，太陽能發(fā)電和熱管是一種高效傳熱元件，廣泛用于宇航、電子設備的冷卻，太陽能發(fā)電和換熱器、動力、化

31、工等領域。換熱器、動力、化工等領域。 熱管換熱器：熱管換熱器： 由若干帶翅片的熱管組成一體，置于冷、熱流由若干帶翅片的熱管組成一體，置于冷、熱流體之間，通過熱管把熱流體的熱量源源不斷地送到冷體之間，通過熱管把熱流體的熱量源源不斷地送到冷流體，以實現(xiàn)流體間的換熱。流體，以實現(xiàn)流體間的換熱。 熱管換熱器的使用溫度范圍受到熱管工作溫度的熱管換熱器的使用溫度范圍受到熱管工作溫度的限制。采用不同的工質氨、氟、水等），可使其在限制。采用不同的工質氨、氟、水等），可使其在不同的溫度范圍內工作。如空調中使用的熱管換熱器不同的溫度范圍內工作。如空調中使用的熱管換熱器的工質為氨、氟里昂；在煙氣余熱利用中使用的熱管

32、的工質為氨、氟里昂；在煙氣余熱利用中使用的熱管換熱器的工質為水。換熱器的工質為水。熱管換熱器有許多形式：熱管換熱器有許多形式：（1 1單管組合式熱管換熱器圖單管組合式熱管換熱器圖8-228-22）：按冷、熱流體的）：按冷、熱流體的種類有：種類有：氣氣- -氣熱管換熱器熱管式空氣預熱器）；氣熱管換熱器熱管式空氣預熱器）；氣氣- -液熱管換熱器熱管式省煤器）；液熱管換熱器熱管式省煤器）；氣氣- -蒸汽熱管換熱器熱管鍋爐）。蒸汽熱管換熱器熱管鍋爐）。（2分離式熱管換熱器圖分離式熱管換熱器圖8-23）：）： 熱管段的蒸發(fā)段和凝結段分開，用熱管段的蒸發(fā)段和凝結段分開，用汽液管道連通，形成工質的閉合循環(huán)汽

33、液管道連通，形成工質的閉合循環(huán)回路。熱管內的工作液體在蒸發(fā)段被回路。熱管內的工作液體在蒸發(fā)段被加熱變成蒸汽通過導汽管輸送到凝結加熱變成蒸汽通過導汽管輸送到凝結段，蒸汽被管外流體冷卻，凝結液由段，蒸汽被管外流體冷卻，凝結液由液導管回到蒸發(fā)段。液導管回到蒸發(fā)段。 不斷循環(huán)。不斷循環(huán)。（3回轉式熱管換熱器圖回轉式熱管換熱器圖8-24）：它由許多熱管組成，這）：它由許多熱管組成，這些熱管繞一定的軸旋轉。冷、熱流體分別熱管的放熱段和加些熱管繞一定的軸旋轉。冷、熱流體分別熱管的放熱段和加熱段進行熱交換。其最大特點是清灰方便。熱段進行熱交換。其最大特點是清灰方便。第三節(jié)第三節(jié) 混合式換熱器混合式換熱器 混合

34、式換熱器是靠冷、熱流體直接接觸進行換熱，冷熱流混合式換熱器是靠冷、熱流體直接接觸進行換熱，冷熱流體間沒有固體傳熱面。其優(yōu)點是：結構簡單，耗材少，無熱組，體間沒有固體傳熱面。其優(yōu)點是：結構簡單，耗材少，無熱組，無過熱或熱腐蝕等問題。無過熱或熱腐蝕等問題。 混合式換熱器形式很多。如混合式換熱器形式很多。如 敞開式設備：借空氣自然通風或強制通風來冷卻熱水的有敞開式設備：借空氣自然通風或強制通風來冷卻熱水的有 噴水池和冷卻塔。噴水池和冷卻塔。 密封容器：兩種介質在同一密封容器內直接接觸換熱，如密封容器：兩種介質在同一密封容器內直接接觸換熱，如 混合式冷凝器、洗滌器、蒸發(fā)式空冷器、浸沒燃燒混合式冷凝器、

35、洗滌器、蒸發(fā)式空冷器、浸沒燃燒 蒸發(fā)器等。蒸發(fā)器等。1. 1. 冷水塔圖冷水塔圖8-25 8-25 ） 在火電廠，化工生產(chǎn)部門、制冷空調工程中需要大量冷卻在火電廠，化工生產(chǎn)部門、制冷空調工程中需要大量冷卻水，用來冷卻蒸汽、空氣、氣體、油及輔助機械的軸承等。水，用來冷卻蒸汽、空氣、氣體、油及輔助機械的軸承等。 在我國內陸地區(qū)的火電廠，為了減少冷卻水的消耗，通常采在我國內陸地區(qū)的火電廠，為了減少冷卻水的消耗，通常采用閉式供水。冷卻塔就是讓溫度已經(jīng)升高了的冷卻水在其中被空用閉式供水。冷卻塔就是讓溫度已經(jīng)升高了的冷卻水在其中被空氣冷卻后循環(huán)使用。氣冷卻后循環(huán)使用。 冷卻塔的結構：如圖8-25，由塔體、

36、淋水裝置、集水池組成。 淋水裝置：通常做成柵格狀填充物而堆積在塔內，其上設有分水槽。 冷卻過程：水沿著傾斜的柵板成薄膜狀下流而被上升自然通風，或用引風機的空氣冷卻。 塔體呈多棱柱或截頭多楞錐體，材料有金屬骨架，或用磚砌和鋼筋混凝土結構。塔體有的高達數(shù)十米。 冷卻后的水落入集水池，通過循環(huán)水泵送電廠使用?；痣姀S雙曲線型冷卻塔結構：圖火電廠雙曲線型冷卻塔結構：圖8-268-26為所示。由塔體封筒）、淋水裝置、為所示。由塔體封筒）、淋水裝置、集水池組成。集水池組成。冷卻過程：從凝汽器來、溫度已經(jīng)升冷卻過程：從凝汽器來、溫度已經(jīng)升高了的冷卻水送高了的冷卻水送1010米高處的配水槽、米高處的配水槽、淋水

37、裝置、分水槽導水管下落至濺水淋水裝置、分水槽導水管下落至濺水碟成水滴，然后經(jīng)多層濺水條落入集碟成水滴，然后經(jīng)多層濺水條落入集水池?？諝鈴乃撞窟M入自然通水池。空氣從塔底部進入自然通風），從塔頂排出。風），從塔頂排出。冷卻后的水落入集水池，通過循環(huán)水冷卻后的水落入集水池，通過循環(huán)水泵送電廠使用。泵送電廠使用。 混合式冷凝器：混合式冷凝器： 混合式冷凝器是讓蒸汽在其混合式冷凝器是讓蒸汽在其中與冷卻水直接接觸而凝結。中與冷卻水直接接觸而凝結。 混合式冷凝器的類型：如圖混合式冷凝器的類型：如圖8-27： （1液柱式冷凝器圖液柱式冷凝器圖8-27a），），其中安裝有多塊圓缺形多孔淋水其中安裝有多塊圓缺形

38、多孔淋水板，水從板底小孔淋灑而下，以板，水從板底小孔淋灑而下，以增大冷卻水與蒸汽的接觸面積。增大冷卻水與蒸汽的接觸面積。 （2液膜式冷凝器圖液膜式冷凝器圖8-27b），），其中安裝有盤環(huán)間隔排列的淋水其中安裝有盤環(huán)間隔排列的淋水板，冷卻水從板上流下時形成液板，冷卻水從板上流下時形成液膜，蒸汽與之接觸時而凝結。膜，蒸汽與之接觸時而凝結。（3 3填充式冷凝器圖填充式冷凝器圖8-27c8-27c），），這里采用環(huán)狀體作為填料填充于塔這里采用環(huán)狀體作為填料填充于塔體內，冷卻水沿填料下流，蒸汽逆體內，冷卻水沿填料下流，蒸汽逆流而上，充分接觸。出水溫度高，流而上，充分接觸。出水溫度高，省水。省水。（4 4

39、噴射式混合冷凝器圖噴射式混合冷凝器圖8-8-27d27d），其工作原理基于文丘利管，），其工作原理基于文丘利管，具有一定壓力的冷卻水從噴嘴以霧具有一定壓力的冷卻水從噴嘴以霧狀噴出，在蒸汽吸入器內混合凝結。狀噴出，在蒸汽吸入器內混合凝結。不凝結氣體也從底部流出。不凝結氣體也從底部流出。第四節(jié)第四節(jié) 蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器一、換熱原理：一、換熱原理： 在蓄熱式換熱器中，冷、熱流體交替流過在蓄熱式換熱器中，冷、熱流體交替流過裝有固體填料的容器，依靠固體填料的熱容作用吸裝有固體填料的容器，依靠固體填料的熱容作用吸熱、放熱），實現(xiàn)冷、熱流體間的熱交換。熱、放熱），實現(xiàn)冷、熱流體間的熱交換。其換熱分兩個

40、階段進行：其換熱分兩個階段進行： 先是熱流體通過蓄熱體使其加熱并儲蓄；先是熱流體通過蓄熱體使其加熱并儲蓄； 接著冷流體通過蓄熱體吸取熱量并使蓄熱接著冷流體通過蓄熱體吸取熱量并使蓄熱 體冷卻。體冷卻。 反復以上過程，就能連續(xù)換熱。反復以上過程，就能連續(xù)換熱。2. 回轉式結構：回轉式結構：如圖如圖8-298-29為蓄熱式回轉式空氣預熱器，用于火為蓄熱式回轉式空氣預熱器，用于火電廠大型鍋爐。布置在鍋爐尾部煙道。電廠大型鍋爐。布置在鍋爐尾部煙道。構造：在巨大的轉子上分成許多小格倉，格倉構造：在巨大的轉子上分成許多小格倉，格倉內充滿蓄熱體。轉子繞中心軸承以內充滿蓄熱體。轉子繞中心軸承以3/45/43/4

41、5/4轉轉/ /分旋轉。分旋轉。工作時，煙氣從通過煙道和轉子截面的工作時，煙氣從通過煙道和轉子截面的50%50%向向下流出，冷空氣從另一側，經(jīng)風道和轉子截面下流出，冷空氣從另一側，經(jīng)風道和轉子截面的的3040%3040%向上進入。轉子每轉一圈，蓄熱板吸、向上進入。轉子每轉一圈，蓄熱板吸、放熱一次，以實現(xiàn)煙氣和空氣之間的換熱。放熱一次，以實現(xiàn)煙氣和空氣之間的換熱。特點：傳熱量大，結構緊湊，便于布置，可減特點：傳熱量大，結構緊湊，便于布置，可減輕低溫腐蝕，便于清洗。輕低溫腐蝕，便于清洗。第五節(jié) 特殊換熱器 為了適應高溫、高壓、高真空、深冷、有毒、有放射性和腐蝕性等工藝條件，需要用特殊材料制成的換熱

42、器。一、小型低溫換熱器一、小型低溫換熱器網(wǎng)格式換熱器：圖網(wǎng)格式換熱器：圖8-31。構造：許多方形銅絲網(wǎng)與用低溫膠浸漬的構造：許多方形銅絲網(wǎng)與用低溫膠浸漬的開孔紙片交替疊和組裝圖開孔紙片交替疊和組裝圖8-32壓制壓制而成，形成許多平行通道的剛性結構。而成，形成許多平行通道的剛性結構。工作原理：進行熱交換時，氣流在平行通工作原理：進行熱交換時，氣流在平行通道中流動。流道布置為：每一股氣流的道中流動。流道布置為：每一股氣流的周圍周圍4股逆向流動，以保持最佳的逆流接股逆向流動，以保持最佳的逆流接觸傳熱圖觸傳熱圖8-31 ）。）。2. 孔板式換熱器孔板式換熱器工作原理：與網(wǎng)格式換熱器基本相同。工作原理：

43、與網(wǎng)格式換熱器基本相同。構造：在結構上與網(wǎng)格式換熱器不同之處在于，用開有許多細孔的薄銅構造：在結構上與網(wǎng)格式換熱器不同之處在于，用開有許多細孔的薄銅片或薄鋁片代替銅絲網(wǎng)，使用導熱性能較差的材料塑料或不銹鋼作片或薄鋁片代替銅絲網(wǎng)，使用導熱性能較差的材料塑料或不銹鋼作為隔熱襯墊，并用環(huán)氧樹脂、低溫膠粘接或經(jīng)釬焊而成。其結構和斷面為隔熱襯墊，并用環(huán)氧樹脂、低溫膠粘接或經(jīng)釬焊而成。其結構和斷面如圖如圖8-33所示。所示。 換熱特點：換熱特點： 具有很大的比表面積與表面換熱系數(shù)；具有很大的比表面積與表面換熱系數(shù)； 軸向間隔減小了縱向導熱；軸向間隔減小了縱向導熱； 孔板與孔板之間的重集流效應即氣流穿過孔板

44、以后，在孔板與孔板之間的重集流效應即氣流穿過孔板以后，在襯墊開孔的空間混合重新分配）、因孔板的橫向高導熱性而襯墊開孔的空間混合重新分配）、因孔板的橫向高導熱性而減輕了氣流不均所引起的效率下降。減輕了氣流不均所引起的效率下降。 多孔板可以顯著提高換熱器的緊湊度。多孔板可以顯著提高換熱器的緊湊度。 孔眼的長徑比孔眼的長徑比/d=0.51.0小，不能形成穩(wěn)定的邊界層，小，不能形成穩(wěn)定的邊界層，加之孔板錯位，可提高效率。加之孔板錯位，可提高效率。 使用鍍銀不銹鋼，使導熱效率略有降低。使用鍍銀不銹鋼，使導熱效率略有降低。二、新型材料換熱器二、新型材料換熱器為了適應耐腐蝕性流體的需要，發(fā)展新型材料換熱器。

45、1. 非金屬換熱器：主要有石墨、聚四氟乙烯和玻璃制作的換熱器。（1石墨換熱器 優(yōu)點：石墨具有良好的物理、化學性能，高度化學穩(wěn)定性； 耐酸和鹽類溶液的腐蝕，線膨脹系數(shù)小，具有良好的抗熱沖擊性； 石墨不會污染介質； 對污垢的吸附力小，故容易清洗；石墨導熱系數(shù)高，據(jù)有良好的傳熱性能； 石墨便于加工，具有一定的抗振能力，可保持其機械性能。缺陷：易脆裂，抗彎和抗拉性差。作為換熱材料，要作不透性處理。方式：管殼式，塊式，階梯式，浸沒示，套管式，板式、螺旋板式。（2聚四氟乙烯換熱器聚四氟乙烯換熱器 優(yōu)點：化學性質穩(wěn)定，抗腐蝕；表面光滑，不吸附污垢，抗污塞性能好。其優(yōu)點：化學性質穩(wěn)定，抗腐蝕；表面光滑，不吸附

46、污垢，抗污塞性能好。其傳熱面積大，可使結構緊湊，成本低。傳熱面積大，可使結構緊湊，成本低。缺陷：機械性能和導熱性能較差；缺陷：機械性能和導熱性能較差；方式：管殼式，管束多。具有柔性，可做成各種方式。方式：管殼式，管束多。具有柔性，可做成各種方式。 （3玻璃換熱器：玻璃換熱器：優(yōu)點：化學穩(wěn)定性好，耐腐蝕，表面光滑，不易結垢，易清洗，線膨脹系數(shù)優(yōu)點：化學穩(wěn)定性好，耐腐蝕，表面光滑，不易結垢，易清洗，線膨脹系數(shù)小。小。缺陷：機械強度差，加工性能差。缺陷：機械強度差，加工性能差。方式：盤管式、淋盤式、管殼式、套管式、插入式。方式：盤管式、淋盤式、管殼式、套管式、插入式。2. 稀有金屬換熱器稀有金屬換熱

47、器特點：材料較貴，有：鈦、鉭、鋯等。其中，常用的是鈦金屬，具有較強的特點：材料較貴，有：鈦、鉭、鋯等。其中，常用的是鈦金屬，具有較強的抗腐蝕性除硝酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸外用作海邊電廠的凝汽器。鉭抗腐蝕性除硝酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸外用作海邊電廠的凝汽器。鉭金屬：其承壓、傳熱性能比石墨、玻璃好；其耐腐蝕和耐熱性能超過鈦。金屬：其承壓、傳熱性能比石墨、玻璃好；其耐腐蝕和耐熱性能超過鈦。第六節(jié) 換熱器的強化傳熱技術一、增強傳熱的基本途經(jīng)一、增強傳熱的基本途經(jīng) 根據(jù)傳熱基本公式根據(jù)傳熱基本公式 ，可以通過提高傳熱系數(shù)，可以通過提高傳熱系數(shù)K、增加傳熱面積增加傳熱面積F，加大傳熱溫差，加大傳熱溫差t來實現(xiàn)

48、。來實現(xiàn)。（1增加傳熱面積增加傳熱面積F：合理提高單位體積的傳熱面積，如采用：合理提高單位體積的傳熱面積，如采用翅片管、波紋管、板翅式傳熱面等。翅片管、波紋管、板翅式傳熱面等。（2加大傳熱溫差加大傳熱溫差t：通過改變冷熱流體的溫度來改變傳熱：通過改變冷熱流體的溫度來改變傳熱溫差；改變冷熱流體的流動方式逆流、順流、錯流）。溫差；改變冷熱流體的流動方式逆流、順流、錯流）。（3提高傳熱系數(shù)提高傳熱系數(shù)K：和材料本身的物理性質有關。：和材料本身的物理性質有關。QK Ft二、增強傳熱的方法二、增強傳熱的方法1. 1. 改變流體的流動情況改變流體的流動情況（1 1增加流速：增加流速可以改變流動狀態(tài)，提高湍

49、流脈動程度。增加流速：增加流速可以改變流動狀態(tài)，提高湍流脈動程度。（2 2加插入物：在管內安放或管外套裝如金屬絲、金屬螺旋圈環(huán)，盤狀構件、加插入物：在管內安放或管外套裝如金屬絲、金屬螺旋圈環(huán)，盤狀構件、麻花鐵、翼形物等形式的插入物，可增強擾動、破壞邊界層，使傳熱增強。麻花鐵、翼形物等形式的插入物，可增強擾動、破壞邊界層，使傳熱增強。（3 3加旋轉流動裝置：旋轉流動的離心力使流體產(chǎn)生二次流，可強化傳熱。加旋轉流動裝置：旋轉流動的離心力使流體產(chǎn)生二次流，可強化傳熱。（4 4依靠外來能量作用：有三個措施：依靠外來能量作用：有三個措施：用機械或電的方法使傳熱表面或流體表面發(fā)生振動；用機械或電的方法使傳熱表面或流體表面發(fā)生振動；對流體施加聲波或超聲波，使之受到壓縮或膨脹，以增加脈動而強化傳熱；對流體施加聲波或超聲波，使之受到壓縮或膨脹，以增加脈動而強化傳熱；外加靜電場，對流體加以高壓以形成非均勻徑向電場，可引起流體傳熱面混外加靜電場，對流體加以高