板式換熱器的計(jì)算方法

板式換熱器的計(jì)算方法板式換熱器的計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，當(dāng)前比較流行的方法是對(duì)數(shù)均勻溫差法和NTU法。在計(jì)算機(jī)沒(méi)有普及的時(shí)候，各個(gè)廠家大多采納計(jì)算參數(shù)近似估量和流速-總傳熱系數(shù)曲線估量方法。當(dāng)前，愈來(lái)愈多的廠家采納計(jì)算機(jī)計(jì)算，這樣，板式換熱器的工藝計(jì)算變得快捷、方便、正確。以下簡(jiǎn)要說(shuō)明無(wú)相變時(shí)板式換熱器的一般計(jì)算方法，該方法是以傳熱和壓降準(zhǔn)則關(guān)系式為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。以下五個(gè)參數(shù)在板式換熱器的選型計(jì)算中是一定的：總傳熱量（單位：kW）.一次側(cè)、二次側(cè)的出入口溫度一次側(cè)、二次側(cè)的同意壓力降最高工作溫度最大工作壓力假如已知傳熱介質(zhì)的流量，比熱容以及出入口的溫度差，總傳熱量即可計(jì)算得出。溫度T1=熱側(cè)入口溫度 * A3F7 y&G7S+QT2=熱側(cè)出口溫度 3 s'_% s5s.T"D0q4bt1=冷側(cè)入口溫度 & L8~: |;B:t2M2w$zt2=冷側(cè)出口溫度熱負(fù)荷熱流量衡算式反應(yīng)兩流體在換熱過(guò)程中溫度變化的互相關(guān)系，在換熱器保溫優(yōu)秀，無(wú)熱損失的狀況下，關(guān)于穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，其熱流量衡算關(guān)系為：0BN/I"A+m0z'H9~(熱流體放出的熱流量)=(冷流體汲取的熱流量)在進(jìn)行熱衡算時(shí)，對(duì)有、無(wú)相變化的傳熱過(guò)程其表達(dá)式又有所差異。(1)無(wú)相變化傳熱過(guò)程式中Q——冷流體汲取或熱流體放出的熱流量， W；#Q/p3p:I4~0N'I)Wmh,mc 熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； +Z:I9b-h9h"r3P){/Cph,Cpc 熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/(kg?K)；6L8t6b3o&m/nT1,t1 熱、冷流體的入口溫度，K；T2,t2 熱、冷流體的出口溫度，K。(2)有相變化傳熱過(guò)程兩物流在換熱過(guò)程中，此中一側(cè)物流發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其熱流量衡算式為：&w3v)j4I4R一側(cè)有相變化1Y#e$B6c&z%C3W-W*J雙側(cè)物流均發(fā)生相變化，如一側(cè)冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過(guò)程式中可編寫(xiě)可改正r,r1,r2 物流相變熱，J/kg；D,D1,D2 相變物流量，kg/s。關(guān)于過(guò)冷或過(guò)熱物流發(fā)生相變時(shí)的熱流量衡算，則應(yīng)按以上方法分段進(jìn)行加和計(jì)算。對(duì)數(shù)均勻溫差(LMTD)對(duì)數(shù)均勻溫差是換熱器傳熱的動(dòng)力，對(duì)數(shù)均勻溫差的大小直接關(guān)系到換熱器傳熱難易程度 .在某些特別狀況下沒(méi)法計(jì)算對(duì)數(shù)均勻溫差，此時(shí)用算術(shù)均勻溫差取代對(duì)數(shù)均勻溫差，介質(zhì)在逆流情況和在并流狀況下的對(duì)數(shù)均勻溫差的計(jì)算方式是不一樣的。在一些特別狀況下，用算術(shù)均勻溫差代替對(duì)數(shù)均勻溫差。熱長(zhǎng)(F)熱長(zhǎng)和一側(cè)的溫度差和對(duì)數(shù)均勻溫差有關(guān)系。 F=dt/LMTD以下四個(gè)介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱：密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)是用來(lái)權(quán)衡換熱器傳熱阻力的一個(gè)參數(shù)。傳熱阻力主假如由傳熱板片資料和厚度、污垢和流體自己等要素組成。單位：W/m2°Corkcal/h,m22.壓力降壓力降直接影響到板式換熱器的大小，假如有較大的同意壓力降，則可能減少換熱器的成本，但會(huì)損失泵的功率，增添運(yùn)轉(zhuǎn)花費(fèi)。一般狀況下，在水水換熱狀況下，同意壓力降一般在20-100KPa是能夠解接受的。污垢系數(shù)和管殼式換熱器對(duì)比，板式換熱器中水的流動(dòng)是處于高湍流狀態(tài)，同一種介質(zhì)的有關(guān)于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在沒(méi)法確立水的污垢系數(shù)的狀況下，在計(jì)算時(shí)能夠保存3可編寫(xiě)可改正10%的富饒量。計(jì)算方法熱負(fù)荷能夠用下式表示:Q=m?cp?dtQ=k?A?LMTDQ=熱負(fù)荷(kW)0s〃f$\8]〃11J$F)(m=質(zhì)量流速(kg/s)cp=比熱(kJ/kg°C)dt=介質(zhì)的出入口溫度差(C)#A6n%p-伊yk=總傳熱系數(shù)(W/m2C)A=傳熱面積(m2)LMTD=對(duì)數(shù)均勻溫差總的傳熱系數(shù)用下式計(jì)算：此中：k=總傳熱系數(shù)(W/m2C)a1=一次測(cè)的換熱系數(shù)(W/m2C)a2=一次測(cè)的換熱系數(shù)(W/m2C):r!r.f+v#w;r;C5=傳熱板片的厚度(m);f8X-L/]0h-~〃s3"9e入成片的導(dǎo)熱系數(shù)(W/mC)4可編寫(xiě)可改正R1、R2分別是雙側(cè)的污垢系數(shù)(m2°C/W)a1、a2能夠用努賽爾準(zhǔn)則式求得。板式換熱器選型計(jì)算板式換熱器是一種高效緊湊型熱互換設(shè)施，它擁有傳熱效率高、阻力損失小、構(gòu)造緊湊、拆裝方便、操作靈巧等長(zhǎng)處，當(dāng)前寬泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電力、石油、化工、制藥、紡織、造紙、食品、城鎮(zhèn)小區(qū)集中供熱等各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，所以掌握板式換熱器的選型計(jì)算對(duì)每個(gè)工程設(shè)計(jì)人員都是特別重要的。當(dāng)前板式換熱器的選型計(jì)算一般分為手工簡(jiǎn)略算法、手工標(biāo)準(zhǔn)算法及計(jì)算機(jī)算法三種，以下就三種算法的特色進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明。一、手工簡(jiǎn)略算法 計(jì)算公式：F=Wq/(K*△T)式中F—換熱面積m2Wq—換熱量WK 一傳熱系數(shù)W/m2?C△T—均勻?qū)?shù)溫差C依據(jù)選定換熱系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，計(jì)算換熱量、均勻?qū)?shù)溫差，設(shè)定傳熱系數(shù)，求出換熱面積。選定廠家及換熱器型號(hào)，計(jì)算板間流速，經(jīng)過(guò)廠家樣本供給的傳熱特征曲線及流阻特征曲線，查出實(shí)質(zhì)傳熱系數(shù)及壓降。若實(shí)質(zhì)傳熱系數(shù)小于設(shè)定傳熱系數(shù)，則應(yīng)降低設(shè)定傳熱系數(shù)，從頭計(jì)算。若實(shí)質(zhì)傳熱系數(shù)大于設(shè)定傳熱系數(shù)，而實(shí)質(zhì)壓降大于設(shè)定壓降，則應(yīng)進(jìn)一步降低設(shè)定傳熱系數(shù)，增大換熱面積，從頭計(jì)算。經(jīng)過(guò)頻頻校核，直到計(jì)算結(jié)果知足換熱系統(tǒng)的要求，最后確立換熱器型號(hào)及換熱面積大小。這類算法的長(zhǎng)處是計(jì)算簡(jiǎn)單，步驟少，時(shí)間短；弊端是結(jié)果不正確，應(yīng)用范圍窄。造成結(jié)果不正確的原由主假如樣本所供給的傳熱特征曲線及流阻特征曲線是必定工況條

可編寫(xiě)可改正件下的曲線，而設(shè)計(jì)工況可能與之不符。別的樣本所供給的傳熱特征曲線及流阻特征曲線僅為水一水換熱系統(tǒng)，在使用中有很大的限制性。以下給出佛山顯像管廠總裝廠房低溫冷卻水及 40C熱水兩套換熱系統(tǒng)實(shí)例加以說(shuō)明采納手工簡(jiǎn)略算法得出的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異:BR35F=36m2 北京市華都換熱設(shè)施廠卻水系統(tǒng)流量m/h進(jìn)水溫度C出水溫度C壓降MPa流量m/h進(jìn)水溫度C出水溫度C壓降MPa計(jì)算結(jié)m BB m592817130611果實(shí)測(cè)結(jié)果BR05F=5i63m2北22二京市華都17換熱設(shè)施廠2172240C熱水系統(tǒng)工藝水高溫水流量3m/h進(jìn)水溫度C出水溫度C壓降MPa流量3m/h進(jìn)水溫度C出水溫度C壓降MPa計(jì)算結(jié)果6104099070實(shí)測(cè)結(jié)果10333919036工藝水冷凍水、手工標(biāo)準(zhǔn)算法計(jì)算方法與步驟（一）工藝條件熱介質(zhì)出入口溫度°CTh1Th2流量3/hQh壓力損失（同意值）出入口溫度°CTh1Th2流量3/hQh壓力損失（同意值）MPa△Ph冷介質(zhì)出入口溫度CTc1Tc2流量3/hQc流量3/hQc可編寫(xiě)可改正壓力損失(同意值)MPaAPc(二)物性參數(shù)物性溫度 °CTh=(Th1+Th2)/2Tc=(Tc1+Tc2)/2介質(zhì)重度Kg/m3YhYc介質(zhì)比熱KJ/kg.CCph Cpc導(dǎo)熱系數(shù)W/m.C入h入c運(yùn)動(dòng)粘度m2/svhvc普朗特?cái)?shù)PrhPrc均勻?qū)?shù)溫差(逆流)△T=((Th1-Tc2)-(Th2-Tc1))/ln((Th1-Tc2)/(Th2-Tc1))或^T=((Th1-Tc2)+(Th2-Tc1))/2 (分子等于零)計(jì)算換熱量Wq二Qh* Yh*Cph*(Th1-Th2)=Qc*Yc*Cpc*(Tc2-Tc1)W設(shè)施選型依據(jù)樣本供給的型號(hào)聯(lián)合流量定型號(hào)，主要依照于角孔流速。即:Wl=4*Q/(3600*n*Dz) W?sWl 一角孔流速m/sQ 一介質(zhì)流量m3/hD一角孔直徑m(六)定型設(shè)施參數(shù)(樣本供給)單板換熱面積sm2單通道橫截面積fm2板片間距l(xiāng)m均勻當(dāng)量直徑dem(d ^2*l)傳熱準(zhǔn)則方程式Nu=a*Re b*Prm壓降準(zhǔn)則方程式Eu=x*ReyNu—努塞爾數(shù)Eu—?dú)W拉數(shù)—板形有關(guān)參數(shù)、指數(shù)

Re一雷諾數(shù)Pr—普朗特?cái)?shù)m一指數(shù)熱介質(zhì)m= 冷介質(zhì)m=(七)制定板間流速初值Wh或WcWc=Wh*Qc/Qh（純逆流時(shí)）W取?s（八）計(jì)算雷諾數(shù)Re二W*de/vW—計(jì)算流速 m/sde—當(dāng)量直徑mv—運(yùn)動(dòng)粘度m2/s（九）計(jì)算努塞爾數(shù)Nu=a*Reb*Prm（十）計(jì)算放熱系數(shù)a=Nu*入/dea一放熱系數(shù)W/m2?C入一導(dǎo)熱系數(shù)W/m.C分別得出ah、ac熱冷介質(zhì)放熱系數(shù)（十）計(jì)算傳熱系數(shù)K=1/(1/a+1/a+r+r+r)W/m2.°Ch cp h cr—板片熱阻P?C/Wr一熱介質(zhì)污垢熱阻h??C/Wr—冷介質(zhì)污垢熱阻c—?C/W（十二）計(jì)算理論換熱面積Fm=Wq/(K*△T)（十三）計(jì)算換熱器單組程流道數(shù)n=Q/(3600*f*W)（圓整為整數(shù)）Q—流量m3/h

一單通道橫截面積 m2—板間流速 m/s（十四）計(jì)算換熱器程數(shù)（十四）計(jì)算換熱器程數(shù)N=(Fm/s+1)/(2*n)（十五）（十六）一單板換熱面積計(jì)算實(shí)質(zhì)換熱面積F=(2*N*n-1)*s計(jì)算歐拉數(shù)m2（十五）（十六）一單板換熱面積計(jì)算實(shí)質(zhì)換熱面積F=(2*N*n-1)*s計(jì)算歐拉數(shù)m2（純逆流）Eu=x*Rey（十七）計(jì)算壓力損失（十七）計(jì)算壓力損失- -6△P=Eu*Y*W*N*10MPaY—介質(zhì)重度Kg/m3—板間流速 m/sN一換熱器程數(shù)選定廠家，依據(jù)角孔流速確立換熱器型號(hào)，從手冊(cè)查出在設(shè)計(jì)工況下冷、熱介質(zhì)的各樣物理參數(shù)，依據(jù)廠家樣本供給的傳熱經(jīng)驗(yàn)公式及流阻經(jīng)驗(yàn)公式，初步設(shè)定流體的板間流速，求出雷諾數(shù)，經(jīng)計(jì)算得出傳熱系數(shù)及壓力損失，在實(shí)質(zhì)換熱面積不小于理論換熱面積的前提下，若壓力損失大于許用值，則應(yīng)進(jìn)一步降低初定的板間流速，從頭計(jì)算。經(jīng)過(guò)頻頻校核，直到計(jì)算結(jié)果知足換熱系統(tǒng)的要求，最后確立換熱器型號(hào)及換熱面積大小。這類算法的長(zhǎng)處是計(jì)算結(jié)果正確，應(yīng)用范圍廣；弊端是計(jì)算復(fù)雜，步驟多，時(shí)間長(zhǎng)。三、計(jì)算機(jī)算法利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行板式換熱器選型計(jì)算，充足發(fā)揮了計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快的專長(zhǎng)，一個(gè)計(jì)算在微機(jī)上幾秒鐘內(nèi)就能達(dá)成，且結(jié)果的正確性是手算難以達(dá)到的。板換廠家選型計(jì)算軟件中存貯了計(jì)算所需的不一樣水溫時(shí)水的各樣物理參數(shù)及板式換熱器定型設(shè)施的全部參數(shù)，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)只要輸入工藝條件（如水量、水溫、壓降等）就能立刻得出計(jì)算結(jié)果，這為設(shè)計(jì)人員供給了極大的方便。計(jì)算人員還能夠輸入不一樣的工藝條件（如水量、水溫同樣，壓降不一樣樣）或改換換熱器型號(hào)以得出不一樣的計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)果的比較、優(yōu)化，最后選定既經(jīng)濟(jì)合理又性能靠譜的板式換熱器。設(shè)計(jì)人員在要求板換廠家供給板式換熱器選型計(jì)算書(shū)時(shí)，除了向板換廠家供給換熱系統(tǒng)的換熱量（或液體流量）、冷熱介質(zhì)的出入水溫、壓力損失外，還應(yīng)當(dāng)供給污垢系數(shù)（亦稱污垢熱阻）。壓力損失、污垢系數(shù)的設(shè)定值對(duì)選型是特別重要的。壓力損失設(shè)定值過(guò)大，換熱面積減小，固然節(jié)儉了設(shè)施一次性投資，但使換熱系統(tǒng)的能量耗費(fèi)增添、保護(hù)沖洗花費(fèi)增添、設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間縮短；壓力損失設(shè)定值過(guò)小，換熱面積增大，造成設(shè)施一次性投資增添。要達(dá)到既節(jié)儉了一次性投資，又使能量耗費(fèi)、保護(hù)沖洗花費(fèi)達(dá)到一個(gè)合理值，最正確的壓力損失為。污垢系數(shù)因換熱介質(zhì)不一樣而不一樣，設(shè)計(jì)人員不該為了安全而盲目將污垢系數(shù)取大，污垢系數(shù)最大不超出?°c/W。以下給出常用介質(zhì)板式換熱器的污垢系數(shù)：液體的種類污垢系數(shù)（m2?C/W）軟水或蒸餾水低硬度的工業(yè)用水高硬度的工業(yè)用水辦理過(guò)的冷卻塔循環(huán)水潤(rùn)滑油植物油有機(jī)溶劑以下分別給出瑞典舒瑞普企業(yè)及北京華海換熱器廠對(duì)某一換熱系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行剖析和比較：計(jì)算條件工藝水Q=25m3/hTh1=25CTh2=20C壓力損失冷凍水Tc1=5CTc2=10C污垢系數(shù)m2?C/kW瑞典舒瑞普企業(yè)計(jì)算結(jié)果工藝水流量（m/h）冷凍水流量（m/h）工藝水入口溫度（C）冷凍水入口溫度（C）工藝水出口溫度（C）冷凍水出口溫度（C）工藝水均勻溫度（C）冷凍水均勻溫度（C）工藝水容重（Kg/皿）冷凍水容重（Kg/m3）

工藝水比熱（KJ/Kg?°C）冷凍水比熱（KJ/Kg?C）工藝水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m?C）冷凍水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m?C）-6 2工藝水運(yùn)動(dòng)粘度（10-m/s）-6 2冷凍水運(yùn)動(dòng)粘度（10?m/s）工藝水壓力損失（MPa）冷凍水壓力損失（MPa）工藝水角孔直徑（mm） 70冷凍水角孔直徑（mm） 70工藝水角孔流速（m/s）冷凍水角孔流速（m/s）工藝水板間流速（m/s）冷凍水板間流速（m/s）工藝水雷諾數(shù) 6190冷凍水雷諾數(shù) 4150均勻?qū)?shù)溫差（C） 15一… 2污垢系數(shù)（m?C/kW）換熱量（kW）……一… 2傳熱系數(shù)（W/m?C） 3847…….一 2換熱面積（m）換熱器程數(shù) 1換熱器型號(hào) GX-12板片總數(shù) 23板片資料 AISI316板片厚度（mm）墊片資料 NBR（S）最高工作壓力（MPa）北京華海換熱器廠計(jì)算結(jié)果、 3工藝水流量（m/h）、 3冷凍水流量（m/h）工藝水入口溫度（C）冷凍水入口溫度（C）工藝水出口溫度（C）冷凍水出口溫度（C）工藝水均勻溫度（C）冷凍水均勻溫度（C）工藝水容重（Kg/血）冷凍水容重（Kg/郁）工藝水比熱（KJ/Kg?C）冷凍水比熱（KJ/Kg?C）工藝水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m?C）冷凍水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m?C） -6 2..工藝水運(yùn)動(dòng)粘度（10 ?m/s） -6 2.冷凍水運(yùn)動(dòng)粘度（10?m/s）工藝水壓力損失（MPa）冷凍水壓力損失（MPa）工藝水角孔直徑（mm） 70冷凍水角孔直徑（mm） 70工藝水角孔流速（m/s）冷凍水角孔流速（m/s）工藝水板間流速（m/s）冷凍水板間流速（m/s）工藝水雷諾數(shù)3278冷凍水雷諾數(shù)828均勻?qū)?shù)溫差（°C）污垢熱阻（m2?C/kW）換熱量（kW）……一… 2傳熱系數(shù)（W/m?C）2251山rr—4 / 2、換熱面積（m）換熱器程數(shù)1換熱器型號(hào)BR20板片總數(shù)35板片資料SUS304板片厚度（mm）墊片資料EPNM最高工作壓力（MPa）從計(jì)算結(jié)果能夠看出，舒瑞普企業(yè)在計(jì)算中采納溫度設(shè)定值不變，經(jīng)過(guò)調(diào)整污垢系數(shù)，改變傳熱系數(shù)來(lái)知足傳熱方程F=Wq/（K*△T）。北京華海換熱器廠在計(jì)算中采納污垢系數(shù)設(shè)定值不變，經(jīng)過(guò)調(diào)整冷凍水出口溫度，改變均勻?qū)?shù)溫差及傳熱系數(shù)來(lái)知足傳熱方程 F=Wq/（K*△T）。換熱面積確實(shí)定在多半狀況下取決于設(shè)計(jì)工況的壓力損失設(shè)定值。北京華海換熱器廠經(jīng)過(guò)增添板片數(shù)目使流道數(shù)增添、降低板間流速來(lái)知足設(shè)計(jì)工況對(duì)壓力損失的要求。 舒瑞普企業(yè)不單能夠經(jīng)過(guò)增添板片數(shù)日來(lái)降低壓力損失，并且在板片數(shù)目不變的前提下經(jīng)過(guò)改變板片的組合也能在必定范圍內(nèi)降低壓力損失，這主要依靠于舒瑞普企業(yè)先進(jìn)的板片設(shè)計(jì)， 它使得舒瑞普企業(yè)所采納的板式換熱器跟設(shè)計(jì)工況比較靠近，并且換熱面積取值較小。北京華海換熱器廠選型計(jì)算結(jié)果的主要特色是與實(shí)質(zhì)工況比較靠近，它會(huì)在自控要求很高的換熱系統(tǒng)中，為正確選擇自控閥供給較為正確的數(shù)據(jù)。板式換熱器不一樣于其余設(shè)施的最顯箸特色是它的非標(biāo)準(zhǔn)化， 每個(gè)設(shè)施廠的模具都是自行開(kāi)發(fā)的，各有各的特色。所以同一換熱系統(tǒng)的板式換熱器面積大小會(huì)因設(shè)施廠家的不一樣而發(fā)生變化，這一點(diǎn)設(shè)計(jì)人員因在設(shè)計(jì)說(shuō)明中加以提示，不然業(yè)主在板式換熱器面