热交换器设计中两种设计方法的比较
1 热交换器的热基本计算
Q-热负荷，W; M1,M2- 分别为热流体与冷流体的质量流量，kg/s； h1，h2-分别为冷热流体的焓，J/kg； 1代表热流体，2代表冷流体；
代表流体的进口状态， 代表流体的出口状态。
热计算基本方程式
热平衡方程式
Q M1 h1 h1 M 2 h2 h2
当流体无相变时，热负荷也可用下式表示：
为修正系数
其它流动方式时的平均温差
tm tlm,c
若令
t2 t2 冷流体的加热度 P t2 两流体的进口温差 t1 t1 热流体的冷却度 t1 R t2 冷流体的加热度 t2
P的数值代表了冷流体的实际吸热量与最大可能的 吸热量的比率，称为温度效率，恒小于1。 R是冷流体的热容量与热流体的热容量之比， 可以大于1、等于1或小于1。
t t e
μkA
t x t e
-μ kAx
t ln μ kA t
t t t t tm ( 1) t t t ln ln t t
由于式中出现了对数，故常把tm称为对数平均温差。
d dt1 qm1c1 d dt2 qm 2c2
由于qm1c1和qm2c2 不变，则d↓ ， dt1、dt2↓
故沿着流体流动方向，冷热流体温度变化渐趋平缓，温 度分布曲线形状的凹向不可能反向。
逆流情况下的平均温差
逆流换热器中冷、热流体温度的沿程变化如下图。
d k[t1 ( x) t2 ( x)]dA kt ( x)dA
d[t ( x)] k t ( x)dAx
顺流情况下的平均温差
1 1 d[t ( x)] dt1 ( x) dt2 ( x) qm1c1 qm2c2 d d
《热交换器原理与设计》热交换器设计-3-5
《热交换器原理与设计》热交换器设计-3-53.5 换热器的管束换热器的管束是换热器中的一个重要部分，其作用是承载和传递热量和流体，并保证卫生安全和运行可靠性。
根据不同的设计要求和应用场合，管束的形状、材质和结构都有所不同。
管束的形状通常可以分为三种：直管、U型管和螺旋管。
(1) 直管式管束直管式管束是最简单的管束形式，它由一组平行排列的管子组成，两端通过管板连接起来。
直管式管束适用于流量小、温差小、介质清洁的场合，如冷却水等。
(2) U型管束U型管束由一组成对的 U 形管子组成，相邻的 U 形管子通过管板相连。
U型管束更加适用于各种条件下的换热，具有良好的热传递效果，同时也便于清洗、检修。
螺旋管束由一根管子缠绕成螺旋形而成。
螺旋管束可以提高换热器的传热系数，但设计和制造难度较大。
管束的材质对于换热器的性能、寿命和安全性有着重要的影响，通常管材应具备优异的热传导、耐腐蚀和机械强度。
(1) 金属材质金属材质主要包括不锈钢、钛合金、铜、铝等。
其中不锈钢是最常用的材料，具有良好的耐腐蚀和机械强度，适用于大多数工作条件。
非金属材质主要包括塑料、橡胶、陶瓷、石墨等。
与金属材质相比，它们具有相关的低成本、耐腐蚀、低密度、环保等特点，适用于某些特殊工况。
管束的结构包括单通道管束和多通道管束两种。
单通道管束是指管束中只有一个流体通道的管束，适用于流体流量小、温差小、换热系数要求不高的场合。
单通道管束由直管或U型管组成。
总之，管束的选择应根据具体应用情况进行综合考虑，以满足设计要求和安全可靠性。
同时应注意管束的清洗、检修和维护工作，以保证换热器长期安全稳定运行。
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计
热交换器是一种用于传热的设备，广泛应用于工业生产、能源
领域以及日常生活中。
其作用是在两种流体之间传递热量，使它们
达到所需的温度。
热交换器的设计和运行原理对于提高能源利用效
率和保障设备安全稳定运行具有重要意义。
热交换器的原理是利用热传导的物理特性，通过将两种流体分
别置于不同的传热面上，使它们之间产生温度差，从而实现热量的
传递。
在热交换器中，传热面的设计和流体流动方式是影响传热效
率的关键因素。
此外，热交换器的设计还需要考虑流体的物性参数、流体流速、传热面积以及传热介质的选择等因素。
在热交换器的设计过程中，首先需要确定传热的需求，包括传
热量、传热温差等参数。
然后根据流体的性质和工艺要求选择合适
的传热面积和传热介质。
接下来是热交换器内部结构的设计，包括
传热面的布置方式、流体流动路径的设计等。
最后是对热交换器的
整体结构进行设计，包括支撑结构、连接方式、绝热措施等。
热交换器的设计需要综合考虑传热效率、成本、占地面积等因素。
为了提高传热效率，可以采用增加传热面积、改善流体流动方
式、优化传热介质等措施。
在降低成本方面，可以通过材料选择、结构设计等途径进行优化。
此外，合理设计热交换器的结构，可以减小占地面积，提高设备的整体性能。
总的来说，热交换器的设计是一个综合考虑传热效率、成本和结构合理性的工程问题。
通过科学合理的设计，可以提高能源利用效率，降低生产成本，保障设备的安全稳定运行。
因此，热交换器的设计对于工业生产和生活中的能源利用具有重要的意义。
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计热交换器是一种用于传热的设备，它可以将热量从一个流体传递到另一个流体，而两者之间并不直接接触。
热交换器广泛应用于工业生产和日常生活中，如空调系统、冷却系统、加热系统等。
在本文中，我们将深入探讨热交换器的原理与设计。
热交换器的原理主要基于热传导和对流传热。
在热交换器中，两种流体分别流经热交换器的两侧，通过热传导和对流传热的方式，实现热量的传递。
热交换器的设计主要包括换热面积、传热系数、流体流速等因素。
换热面积越大，传热效果越好；传热系数越大，传热效率越高；流体流速对于传热效果也有着重要的影响。
热交换器的设计需要考虑多种因素，如流体的性质、温度、压力、换热面积、传热系数等。
在实际工程中，需要根据具体的工况条件来选择合适的热交换器类型，如板式热交换器、管式热交换器、壳管式热交换器等。
不同类型的热交换器适用于不同的工况条件，需要根据实际情况进行合理选择。
在热交换器的设计过程中，需要进行热力学计算、流体力学分析、材料选型等工作。
通过这些工作，可以确定热交换器的尺寸、结构、材料等参数，确保热交换器在实际工作中能够达到预期的换热效果。
此外，还需要考虑热交换器的清洗维护、安装调试等问题，确保热交换器的长期稳定运行。
总的来说，热交换器是一种重要的传热设备，它在工业生产和日常生活中都有着重要的应用。
热交换器的原理基于热传导和对流传热，设计时需要考虑多种因素，如流体性质、温度、压力、换热面积、传热系数等。
合理的热交换器设计可以提高能源利用效率，降低生产成本，对于工业生产和环境保护都具有重要意义。
因此，热交换器的原理与设计是一个值得深入研究的课题，也是工程技术人员需要掌握的重要知识。
热交换器性能优化设计和能效评估
热交换器性能优化设计和能效评估热交换器作为一种常见的热能设备，在工业生产中起着至关重要的作用。
其性能的优化设计和能效的评估，对于提高设备运行效率，降低能源消耗具有重要意义。
本文将对进行深入探讨，从理论研究到实际应用，为热交换器的设计与改进提供有效参考。
首先，我们将从热交换器的基本原理和分类出发，对热交换器的工作原理进行详细介绍。
热交换器主要通过两种流体之间的热量传递来实现热能转换，根据其结构和工作方式可分为壳管式热交换器、板式热交换器等多种类型。
不同类型的热交换器具有各自的特点和适用场景，深入了解其原理对于后续的优化设计和能效评估具有重要指导意义。
接着，我们将介绍热交换器性能优化设计的相关方法和技术。
热交换器的性能优化设计旨在提高其传热效率和降低能量损失，关键在于合理设计热量传递面积、优化流体流动路径和提高传热系数等方面。
我们将结合实际案例，对热交换器性能优化设计的步骤和关键技术进行详细说明，为读者提供实用的设计指导。
随后，我们将重点讨论热交换器能效评估的方法和标准。
热交换器在运行过程中会产生一定的能量损耗，如何准确评估其能效对于制定节能改进方案至关重要。
我们将介绍热交换器能效评估的常用方法，包括传热系数计算、热效率测试和能量平衡分析等，并对各种评估指标的应用范围和适用性进行比较分析，为读者提供合理有效的评估方法。
最后，我们将以某工业热交换器的实际案例为例，对其性能优化设计和能效评估进行具体实践。
通过分析该热交换器的工作条件、热量传递效率和能源消耗情况，结合前期研究成果和相关理论知识，提出了一系列改进措施和节能建议，并对改进方案进行了实验验证，最终取得了显著的节能效果和性能提升。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，热交换器性能优化设计和能效评估是一个综合性和复杂性较强的工程问题，在实际应用中具有重要价值和意义。
本文以此为主题，系统地介绍了热交换器的基本原理、性能优化设计方法、能效评估标准和实际应用案例，希望为相关领域的研究和实践提供一定的参考和借鉴。
换热器形式和优缺点
在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
(4)混合式冷凝器
这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。
3.蓄热式换热器
蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。
(2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)
在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加Байду номын сангаас处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用!
蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：
热交换器原理与设计第5章 蓄热式热交换器
图5 .4 阀门切换型蓄热式热交换器工作原理图
图5 . 5 蓄热室结构简图
图5 .6 阀门切换型热交换器用于玻璃窑炉示意图
5.2 蓄热式热交换器与间壁式热交换器的比较
蓄热式中的热交换是依靠蓄热物质的热容量及冷、 热流体通道周期性地交替 ，使得蓄热式热交换器中 传热面及流体温度的变化具有一定的特点。
φ— 与温度有关的校正系数。
由于烟气温度高 ， 对于烟气与格子砖间换热 除了包含对流换热外同时应考虑辐射换热 ，
即采用复合换热系数：
“1, t = “1, tc +“1, tr
(5 . 17a)
“1, b = “1, bc +“1, br
(5 . 17b)
对于空气与格子砖间换热则仅考虑对流换热：
“2, t = “2, tc
图5 . 1 转子回转型空气预热器 1转子； 2转子的中心轴； 3环形长齿条； 4主动齿轮； 5烟气入口； 6烟气出口； 7空气入口； 8空气出口； 9径向隔板； 10过渡区； 11密封装置
图5.2 蓄热板结构图
图5.3为外壳回转型蓄热式热 交换器 ， 它由上下回转风罩、 传动装置 、蓄热体 、密封装 置 、烟道和风道构成； 一端 为8字形 ， 另一端为圆柱形的 两个风罩盖在定子的上下两 个端面上 ，其安装方位相同， 并且同步绕轴旋转。
☆设有一 间壁式热交换器 ，传热面积为F，但冷 气体及热气体各占一半 ， 热气体的平均温度
为t 1,m， 冷气体的平均温度为t 2,m 则在时间 τ0
内该间壁式热交换器的传热量：
Q=KF(t1,m – t 2,m) τ0 ，
☆而热气体的放热量为：
J (5 .8)
Q=α1 F/2 (t1,m – t w1,m) τ0 ， J (5 .9)
换热器设计及性能分析总结二版
⏹ 换热器的定义：在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其他流体的设备(又称热交换器,Heat Exchanger) 。
一般是两种温度不同的流体参与传热,一种流体温度较高,放出热量,另一种流体温度较低,吸收热量。
但是,在某些换热器中,也有多于两种具有不同温度流体参与传热的。
这里所讲的换热器是指以传热为其主要目的的设备。
在工业生产中的有些设备,如制冷设备、干燥设备、精馏设备等等,在其完成指定的生产工艺过程的同时，都伴随着热量的交换,但传热并不是其主要目的,因此,就不属于换热器的范畴。
⏹ 换热器的分类：按用途分：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等按制造材料分：金属、石墨、陶瓷、熟料等按工作原理分:回热式（蓄热式）即冷热流体交替流过换热表面、混合式（冷热流体直接相互掺混）、间壁式（冷热流体由固体壁面隔开）按流动型式：顺流、逆流、混流、一次交叉流、顺流式交叉流、逆流式交叉流、混合式交叉流⏹ 各种流型平均温差的比较(1）逆流平均传热温差远远大于顺流平均传热温差。
事实上，在所有换热流型中,逆流和顺流是两种极端情形,逆流传热性能最好,平均传热温差最大，顺流传热性能最差,平均传热温差最小。
（2）在折流换热器中,即包含有逆流、也有顺流,因此，其平均传热温差介于逆流和顺流之间。
(3）对于三种典型的一次交叉流动而言，相同条件下两种流体都横向不混合的平均传热温差最大，相反,两种流体都横向混合的平均传热温差最小。
对于多次交叉流动而言,总趋势为逆流的多次交叉流动平均传热温差接近于逆流,总趋势为顺流的多次交叉流动平均传热温差接近于顺流。
(4）从出口温度来看,逆流式换热器冷流体出口温度可能高于热流体出口温度,但顺流式换热器冷流体出口温度永远低于热流体出口温度。
另一方面,逆流式换热器中冷、热流体最高温度位于换热器的同一端,该处传热壁面温度高,工作条件恶劣;而顺流式换热器中冷、热流体在换热器同一端进入,传热面冷却较好在所有流型中,交叉流动换热面热应力最小。
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计热交换器是一种广泛应用于工业生产和生活领域的热传递设备，其原理和设计对于提高能源利用效率和改善环境保护具有重要意义。
热交换器的工作原理主要是利用流体之间的热量传递，通过热传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递和平衡。
在设计热交换器时，需要考虑流体的性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以达到最佳的传热效果。
首先，热交换器的原理是基于热量传递的基本规律，即热量会自高温区流向低温区，直至两者温度相等。
这一原理是热交换器能够实现热量传递的基础，也是设计热交换器时需要遵循的核心原则。
通过合理的设计和优化，可以最大限度地提高热交换器的传热效率，从而节约能源和降低生产成本。
其次，热交换器的设计需要考虑流体的性质和流动状态。
不同的流体具有不同的传热特性，包括传热系数、比热容、粘度等，这些参数对于热交换器的设计和选择具有重要影响。
同时，流体的流动状态也会影响传热效果，包括流速、流态、流向等因素都需要在设计中进行充分考虑，以确保热交换器能够实现预期的传热效果。
另外，传热面积是影响热交换器传热效果的重要因素之一。
通过增大传热面积，可以增加热交换器与流体之间的热量交换，从而提高传热效率。
在设计热交换器时，需要根据实际工况和传热要求确定合适的传热面积，同时考虑传热面积的布置方式和结构形式，以实现最佳的传热效果。
最后，传热系数是评价热交换器传热效果的重要参数之一。
传热系数受到多种因素的影响，包括流体性质、流动状态、传热面积和传热方式等。
在设计热交换器时，需要通过合理的布置和优化结构，以提高传热系数，从而实现更高效的热量传递。
总之，热交换器的原理和设计是一个复杂而又重要的课题，需要综合考虑流体性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以实现最佳的传热效果。
通过深入研究和不断优化，可以不断提高热交换器的性能，为工业生产和生活提供更加高效和环保的热传递解决方案。
换热器原理与设计期末复习题重点·
第一章1.填空：1．按传递热量的方式，换热器可以分为间壁式, 混合式, 蓄热式2. 对于沉浸式换热器，传热系数低，体积大，金属耗量大。
3. 相比较沉浸式换热器和喷淋式换热器，沉浸式换热器传热系数较低，喷淋式换热器冷却水过少时，冷却器下部不能被润湿.4.在沉浸式换热器、喷淋式换热器和套管式换热器中，套管式换热器中适用于高温高压流体的传热。
5.换热器设计计算内容主要包括热计算、结构计算流动阻力计算和强度计算6.按温度状况来分，稳定工况的和非稳定工况的换热器7.对于套管式换热器和管壳式换热器来说，套管式换热器金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。
2.简答：1.说出以下任意五个换热器，并说明换热器两侧的工质及换热方式答：如上图，热力发电厂各设备名称如下：1．锅炉(蒸发器) *； 2．过热器*； 3．省煤器* 4．空气预热器*； 5．引风机； 6．烟囱； 7．送风机； 8．油箱 9．油泵 1 0．油加热器*； 11．气轮机； 12．冷凝器*； 13．循环水冷却培* 14．循环水泵； 15．凝结水泵；16．低压加热器*； 17．除氧(加热)器*；18．给水泵 19．高压加热器·柱!凡有·者均为换热器2．比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点答：⑴沉浸式换热器缺点：自然对流，传热系数低，体积大，金属耗量大。
优点：结构简单，制作、修理方便，容易清洗，可用于有腐蚀性流体⑵喷淋式换热器：优点：结构简单，易于制造和检修。
换热系数和传热系数比沉浸式换热器要大，可以用来冷却腐蚀性流体缺点：冷却水过少时，冷却器下部不能被润湿，金属耗量大，但比沉浸式要小⑶套管式换热器：优点：结构简单，适用于高温高压流体的传热。
特别是小流量流体的传热，改变套管的根数，可以方便增减热负荷。
方便清除污垢，适用于易生污垢的流体。
缺点：流动阻力大，金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。
热交换器设计结构介绍
热交换器设计结构介绍
1、热交换器壳程采用了304不锈钢。
2、热交换器U型换热管采用Ф20×2.0、304不锈钢无缝管制作，并设2块支撑板。
3、壳程接管均使用304不锈钢无缝管。
法兰采用碳铜法兰，不锈钢密封面。
4、管程部分使用Q345R钢板制作，Ф400的一对法兰也是Q345R钢板加工制成，两个蒸汽接管使用20#钢无缝管。
5、该设备的设计思路是在保证热水干净不受铁锈污染的前提下，尽量降低成本减少设备投资，用较少的钱办达到目的的事。
加热器用久了，可以拔出换热管束进行清理水锈。
6、该热交换器属于I类压力容器，交货时经锅检所出具监督检验证书、合格证等质量证明。
热管、转轮、板式换热器热回收的比较
ⅳ.安装的位置应便于芯体更换
本文来源：中国热回收网
热管、转轮、板式换热器热回收的比较
随着我国经济实力的增长和人民物质文化生活水平的 不断提高；高层建筑的迅速发展，高气密化、高隔热化影响 到人们的工作和生活环境，人们对室内空气品质的要求也越 来越高，都渴望拥有一个健康、舒适的室内环境，特别是经 历了 SARS 的袭击，人们越来越注重室内空气品质，对引进 室外新风换气提出了更高的要求，但是换气必然会带来能量 的损失，引入新风需要消耗更多的能量，因此需要考虑一种 有效的节能方法，通过热回收装置使新风和排风进行热交 换。热交换器是空气调节和余热回收的关键装置。
⑵热管换热器的结构决定了它是典型的逆流换热，热管 又几乎是等温运行，因此热管换热器具有很高的效率。
⑶因冷热气体的换热在热管的外表面进行，容易扩展受 热面积。
⑷冷热气体中间用隔板隔开，没有泄漏，因此没有交叉 污染问题。
⑸由于流体流动通道宽敞，阻力损失小。 ⑹每根热管完全独立，维修方便。 ⑺从环境的适应性，余热回收效率、压力损失、防止堵 塞、清洗、寿命等综合指标看，热管换热器占据优势。
1.设备体积较大，需占用较多 建筑空间
2.没有传动设备，不消耗电力 2.易脏堵，不易清洗，阻力大。
3．不需要中间热媒
3.大风量时，选用有局限性
4.设备费低
4.1 板式换热器设计选用时应注意：
i.仅适用一般空调工程，当排风中含有有害成份时，不 宜选用。
ii.因阻力损失较大，为了在过渡季节能利用新风，减少 能耗，在换热器旁应设计旁通风管，以便让新风从旁通通过。
缺点
3.4 设计注意事项：
a.低温热管适用于温度-40℃~80℃，全年可使用，回收 冷量时，角度与热量相反。
热交换器传热计算的基本方法
三、换热器中传热过程对数平均温差的计算
1 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差 流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同.
传热方程的一般形式： kAtm
换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却 流体的局部换热温差也是沿程变化的。
以顺流情况为例，作如下假设：
（1）冷热流体的质量流量qm2、qm1
dt1
dt2
1 qm1c1
d kdA t
1 qm2c2
d d 1 1
qm1c1 qm2c2
dt d kdAt
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
tx texp( kAx )
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平
均温差为：
tm
t t1 t2 dt dt1 dt2
t1 t1 dt1 t1
在固体微元面dA内，两种流体的换 热量为:
d kdA t
t2 dt2 t2
t2
对于热流体: 对于冷流体:
1 d qm1c1dt1 dt1 qm1c1 d
1 d qm2c2dt 2 dt2 qm2c2 d
dt
平均温差
t
m
与<逆0.流75工时作，时认的为对设数计平不均合温理差。t
lm
的比值
,c
示 在相同的流体进出口温度条件下，按逆流工作所需的传热
面积
Fcounte
与按某种流动形式工作所需的传热面积
r
比 Fother 之
值（传热系数相等的条件小），
即：
tm Fcounter
tlm,c
Fother
热交换器原理与设计
绪论1.2.热交换器的分类：1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等2）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。
3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式，逆流式，错流式，混流式4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。
过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。
第一章1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。
两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。
2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。
4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。
5.P（定义式P12）物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。
6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。
（定义式P12）7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。
除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。
（P22 例1.1）8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。
9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmaxε表示，即ε=Q/Qmax。
意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。
10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。
其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。
换热器
的面积和传热有效度。 解：首先分别画出顺流、逆流布置的温度分布图
W1=Wmax，W2=Wmin Rc=Wmin/Wmax=4680/9360=0.5
( ) ε = t' − t" max = t2" − t2' = 32 − 4 = 0.295
t1' − t2'
t1' − t2' 99 − 4
ε = 1 − exp[−NTU (1− Rc )] ⇒ NTU = 0.38
其中：Rc=Wmin/Wmax
相变时，Wmax → ∞; Rc → 0
逆流
ε = 1− exp[−NTU (1− Rc )] 1 − Rc exp[−NTU (1− Rc )]
例题：2.2 温度为 99 °C 的热水进入一个逆流热交换器，将 4 °C 的冷水加热到 32 °C。热水
的流量为 9360kg/h，冷水流量为 4680kg/h，平均传热系数为 830W/(m2 •°C )，试计算热交换器
或更换。 缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。 U 形管式换热器 构造：由 U 字形弯管组成管束，管子两端固定在同一管板上，弯曲端不加固定。 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：管内流体清洁、不易结垢，高温、高压、耐腐蚀性。 浮头式换热器 构造：管板一端与壳体以法兰实行固定连接，另一端可相对于壳体滑动。 优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。 缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查。 适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易结垢的场合。 填料函式换热器 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 缺点：填料处易泄漏。 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计
热交换器是一种用于热能传递的设备，它能够将两种介质的热能进行有效的交换，从而实现热能的转移或调节。
热交换器通常由一组平行排列的管子构成，这些管子被称为换热管。
通过换热管，两种介质可以在不直接接触的情况下，通过壁面实现热能的传递。
热交换器的工作原理基于热传导和对流传热的基本原理。
当两种介质经过热交换器时，它们在换热管中流动，并通过壁面进行热能的传递。
通常情况下，一种介质在换热管内流动，被称为工作介质；而另一种介质则在换热管外流动，被称为冷却介质。
在热交换器中，工作介质和冷却介质在壁面上形成热传导层，热能通过壁面的热传导传递给冷却介质。
同时，工作介质和冷却介质的流动会形成一定的速度场，这会引起对流传热。
对流传热使得热交换效果更加显著，提高了热能传递的效率。
为了提高热交换器的效率，设计时需要考虑多种因素。
首先，换热管的设计要合理，以确保工作介质和冷却介质能够在壁面处充分接触，确保热能的传递效果。
其次，交换器的材料选择也非常重要，必须具有良好的热导性和耐腐蚀性，以确保长时间的稳定运行。
此外，流体的流速、压力和温度等参数也需要被正确地控制，以达到最佳的热交换效果。
总之，热交换器通过换热管技术，利用热传导和对流传热的原
理，实现了热能的传递与调节。
通过合理的设计与优化参数，可以提高热交换器的效率，满足不同领域对热能传递的需求。
化工原理课程设计-热交换器
化工原理课程设计-热交换器引言热交换器是化工工艺中常用的一种设备，其作用是实现热量的交换，从而实现能量的转移。
本文将从热交换器的原理、设计要点、性能评价等方面进行介绍和讨论。
一、热交换器的原理热交换器是通过两个介质之间的热传导来实现能量转移的设备。
它由一个或多个传热表面组成，介质在这些表面上相互接触，并通过传热表面之间的热传导来实现热量的传递。
根据介质的流动方式，热交换器可以分为管壳式热交换器和板式热交换器。
1.1 管壳式热交换器管壳式热交换器是目前最常用的一种热交换器。
它由一个管子和一个外壳组成，在外壳内部通过一个或多个管子，介质在管子内部流动，通过管子和外壳之间的热传导来实现热量的传递。
管壳式热交换器结构简单、可靠性高，广泛应用于化工、制冷等领域。
1.2 板式热交换器板式热交换器是近年来发展起来的一种新型热交换器。
它由一系列平行排列的波纹板组成，流体通过波纹板之间的间隙流动，通过波纹板的热传导来实现热量的传递。
板式热交换器具有传热效率高、体积小、重量轻等优点，因此在化工工艺中得到广泛应用。
二、热交换器的设计要点热交换器的设计是化工工艺中非常重要的一部分，设计的好坏直接影响到热交换器的性能。
下面将介绍热交换器设计的几个关键要点。
2.1 热传导热传导是热交换器实现热量传递的基本方式。
在设计热交换器时，需要考虑介质之间的热传导系数、传热表面的材料、传热表面的形状等因素，并通过合理的设计来提高热传导效率。
2.2 流体流动流体的流动方式对热交换器的传热效果有着重要影响。
在设计热交换器时，需要考虑流体的流动速度、流动的方式（如层流、湍流）、流体的阻力等因素，并通过合理的设计来优化流体的流动方式，提高传热效率。
2.3 温度差温度差是热交换器实现热量转移的驱动力。
在设计热交换器时，需要考虑介质之间的温度差、介质的流量、介质的性质等因素，并通过合理的设计来控制温度差，提高传热效率。
2.4 材料选择热交换器的材料选择直接影响到其耐腐蚀性、耐高温性、传热效率等性能。
热交换器原理与设计 2 管壳式热交换器重点内容
2 管壳式热交换器2.1管壳式热交换器的类型、标准与结构2.11类型和标准按其结构的不同一般可分：固定管板式、U型管式、浮头式和填料函式四种类型。
(1) 固定管板式热交换器是将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，由于管板与壳体固定在一起，所以称之为固定管板式热交换器。
优点：结构比较简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下可排的管数多。
缺点：壳程不能检修和清洗，因此宜于流过不易结垢和清洁的流体，当管束与壳体的温差太大而产生不同热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生流体的泄漏。
为避免后患可在外壳上装设膨胀节。
膨胀节作用：只能减小不能完全消除由于温差而引起的热应力。
(2) U形管式热交换器管束由U字形弯管组成。
管子两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。
优点：①结构简单、省去一块管板和一个管箱，造价低。
②管束和管壳体分离，热膨胀时互不约束，需要清洗时可以将整个管束抽出，同时可消除热应力。
③管子两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。
缺点：①清除管子内壁的污垢却比较困难。
②弯曲的管子需要一定的弯曲半径，降低了管板的有效利用③损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对热交换器的工作有不利的影响。
这些缺点，使其应用受限。
(3) 浮头式热交换器两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，这一端称为固定端。
另一端的管板不与壳体固定连接而可相对于壳体滑动，这一端被称为浮头端。
优点：①管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力。
②清洗、检修仅将整个管束从固定端抽出即可进行，总之比较简单。
③对于管子和壳体温差大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况，浮头式热交换器能很好适应。
外号：内浮头式热交换器缺点：①浮头与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大，在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将由此处旁通而不参加热交换过程。
热交换器原理与设计 史美中
热交换器原理与设计史美中简介热交换器（Heat Exchanger）是一种被广泛应用于工业领域的热传递设备。
它通过两个或多个流体之间的热交换，实现能量的转移。
热交换器的原理和设计对于提高能源效率、降低生产成本以及减少环境污染具有重要意义。
在本篇文档中，我们将探讨热交换器的原理和设计以及其在实际中的应用。
热交换器原理热交换器的基本原理热交换器的基本原理是利用两个或多个流体之间的热传导，实现能量的转移。
一般来说，热交换器由一个管束和一个壳体组成，流体在管束内部和壳体外部流动。
热交换器可以分为直接传热和间接传热两种类型。
直接传热是指两个流体直接接触并通过传热表面进行热传导。
这种方式适用于流体之间热传导速率较高的情况，如气体之间的传热。
间接传热是指通过一个热传导表面将热量从一个流体传递到另一个流体中。
这种方式适用于流体之间热传导速率较低的情况，如气体和液体之间的传热。
热交换器的工作原理热交换器的工作原理可分为对流传热和辐射传热两种方式。
对流传热是指流体与热交换器内部表面接触并通过对流的方式传热。
流体在热交换器中流动时，与热交换器内部表面发生热交换，使得热量从一个流体传递到另一个流体。
辐射传热是指通过电磁辐射的方式将热量从一个流体传递到另一个流体。
辐射传热主要由热交换器内部表面的热辐射和吸收来实现。
热交换器设计热交换器的设计考虑因素在热交换器的设计过程中，需要考虑以下因素：1.热传导的效率：热交换器设计的关键目标是实现尽可能高的热传导效率，以确保能量的有效转移。
2.流体的物性：流体的物性如粘度、比热容等对热传导效率产生重要影响，需要在设计过程中准确考虑。
3.热交换器的尺寸和形状：合理选择热交换器的尺寸和形状，以适应不同的场景和应用需求。
4.热交换器的材料选择：热交换器需要具备良好的耐腐蚀性和热传导性能，材料的选择对于热交换器的性能至关重要。
热交换器的设计步骤热交换器的设计通常包括以下步骤：1.确定热交换器的类型：根据实际应用需求和流体特性，选择适合的热交换器类型，如管壳式热交换器、板式热交换器等。
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第21卷 第1期郑州轻工业学院学报(自然科学版)Vol.21 No.1 2006年2月JO URNAL O F Z HENGZHOU UNIVERSITY OF LIG HT INDUSTR Y (Natural Science)Feb.2006收稿日期:2005-09-22作者简介:于翮(1971 ),男,河南省郑州市人,中国农业大学硕士研究生,主要研究方向:车辆动力节能和环保技术.文章编号:1004-1478(2006)01-0081-03热交换器设计中两种设计方法的比较于 翮, 辛吉吉(中国农业大学工学院,北京100000)摘要:分析比较了热交换器设计中常用的对数平均温差法和传热单元数法之间的联系和区别,并以增压柴油机的板翅式中冷器的设计为例,比较并验证了两种方法的设计结果.结果表明:两种方法设计出的换热器虽有一定偏差,但都可满足设计要求.关键词:热交换器;对数平均温差法;传热单元数法中图分类号:TK172 文献标识码:AComparison between two methods in heat exchanger designYU He, XI N Zhe(College o f Eng.,China Agr.Univ.,Beijin g 100000,Ch ina)Abstract:The link and difference between LMTD and NTU are compared,whic h are generally used in design -ing heat exchanger.The results of the two methods are illustrated by the intercooler design in turbochargeddiesel engine.The results show that although there exists deflec tion,both methods can meet the design require -ment.Key words:heat exchanger;log_mean temperature difference;number of heat transfer unit0 引言热交换器是化工、动力、冶金、食品、轻工、能源等各种工程领域普遍使用的基本设备.在热交换器的设计过程中,常用到对数平均温差法(LMTD 法)和传热单元数法(NTU 法).本文对两种方法进行了分析,通过工程实例对两种方法进行比较,并针对其中的问题进行了讨论.1 对数平均温差法和传热单元数法的比较1.1 对数平均温差法LMTD 法是人们比较熟悉的热交换器传热分析方法,在LMTD 法中,计算总传热效率的公式为Q =KF A t l m式中,Q 为传热量/J ;K 为总传热系数/W (m 2 )-1;A 为总传热面积/m 2;F 为修正系数.当传热器是逆流布置时F =1,而对于其他布置,F <1.Bowman 等对各种流动布置情况下的修正系数F 的值进行了计算,并且绘制了关于Z 和X 的函数关系图[1].其中Z 和X 的定义分别为Z =T h,i -T h,o T c ,o -T c,i X =T c ,o -T c,iT h,i -T h,o其中,T 为流体温度;下标i 表示流体进口,o 表示流体出口,h 表示热流体,c 表示冷流体.1 2 传热单元数法在处理流体流动形式较多,并且经常出现多股流体同时换热的情况时,通道排列不对称,各个通道的温度分布也不同,这时运用LMTD 法就十分复杂.Keys 等[2]采用传热单元数的设计方法,得出了不同情况下的换热效率 和传热单元数的关系.该方法规定了3个无量纲量,即换热器有效度 ,传热单元数NTU,热容量流率比C *.其公式表达分别为=实际的传热量最大可能的传热量=QQ maxNTU =KA C min =1C minAK d A C *=C min C ma x =(WC p )min (WC p )max式中,C 为流体的热容量流率/(W-1),这3个量之间存在下列关系= (NTU,C *,流动布置形式)1 3 两种方法的比较对数平均温差法和传热单元数法都遵循热力学的基本原理,即都必须满足传热速率方程和热量衡算方程,这就决定了两种方法之间存在本质的联系和对应关系.1)LMTD 法和NTU 法都是基于传热速率方程和能量守恒方程的.其中NTU 法中的3个无量纲量 ,NTU 和C *都有明确的热力学意义,并且在推导NTU 法关系式中也运用了传热速率方程和能量守恒方程.LMTD 法似乎只应用了传热速率方程,但实际上能量守恒方程是隐含在系数F 中的,这一点容易使人误解,而且LMTD 法中的F 仅仅表示偏离逆流平均温差的程度.2)LMTD 法中的3个无量纲量F ,Z 和X ,同NTU 法中的 ,NTU 和C *存在着对应关系.例如考察两台具有相同传热系数、相同流体进口温度和流速的热交换器,一台是作为参考的逆流式热交换器,另一台是要研究的热交换器.当两台热交换器的传热速率和对数平均温差相同时,所研究的热交换器的F 值就是两台交换器传热面积之比.F 研究=A 逆流A =N t u (逆流且相同)N tu (实际)1同样,由定义可知,如果C h =C mi n ,则X = C *,Z =1/C *;如果C c =C m i n ,则X = ,Z =C *.3)LMTD 法和NTU 法在解决热交换器设计问题时难度相当,在处理热交换器性能校核问题时NTU 法可以直接求解,LMTD 法必须经过迭代运算来求解.4)在LMTD 法中,一般根据经验选F 值为0 8~1 0,在K ,A 确定的情况下,可直接估算Q 和 t lm .在设计初期,设计者可以凭经验来确定 t lm 和F值,进而根据Q 和F 初步估计所需的传热面积,而不必去考虑热交换器的流动布置形式和整体结构形式,这是NTU 法不能作到的.5)NTU 法中,在总传热系数近似为常数的应用场合,可以根据C *及NTU 的变化在 -NTU 关系中直接观察到 的增大情况,从而在优化设计过程中,更容易控制热交换器的改进方向和程度,而这一点又是LMTD 法无法作到的.2 工程实例分析热交换器的设计计算一般分为设计问题(尺寸问题)和额定性能问题.针对一个工程实例,笔者分别用LMTD 法和NTU 法进行设计,该任务要求确定一台用于增压柴油机的板翅式中冷器的芯子尺寸,中冷器芯子为板翅式换热器[3],其结构形式和单元结构如图1,图2所示,隔板和翅片材料为铝,导热系数为190W(m )-1,隔板厚度为0 4mm.翅片为国产的平直翅片.图1 中冷器芯子结构图2 中冷器结构图其中两种流体的进、出口的参数如表1所示.82 郑州轻工业学院学报(自然科学版)2006年表1 热交换器设计条件入口温度T i / 出口温度T o / 流量/(kg min -1)入口压力P i /k Pa 压降 P /kPa增压空气160602015016冷却空气20100101 3250 7对于这一问题,用LMTD 法和NTU 法进行设计的具体步骤如图3所示.图3 设计计算的框图用LMTD 和NTU 设计方法得出的解分别为:增压空气通道长度为520mm 和720mm,冷却空气通道长度都为50mm,芯子的高度分别为595m m 和358mm.结果表明:两种方法得出的结果有一定偏差.造成这种情况的原因有以下几点:1)关键数据的精度不同,同一个数值查表的结果有偏差.LMTD 法中,利用X 和Z 来查取修正值F 时,由于F =f (Z ,X )在某些范围内的斜率很大,所以X 稍有偏差,F 值就会相差很大.在NTU 法中,对结果影响较大的有NTU 值,但在NTU 法图表中,NTU 的值极难取得精确的解.2)在LMTD 法中,要用试定通道数的办法来决定翅片的有效宽度;在NTU 法中,要试算流体的质量流速,而且还需要多次查表计算.因此两种方法各有局限性,都会给计算结果带来影响.在实验验证中,笔者按照这两种方法的计算结果,分别制造两个中冷器,并且按照不同尺寸要求采取了两种安装方式(见图4,图5).实验结果表明:该设计中采用两种不同方法设计出的热交换器都可以满足设计要求.在实际设计中,除了要考虑满足性能指标的目标函数,还需要满图4 LMTD 法计算出的中冷器安装图示图5 NTU 法计算出的中冷器安装图示足压降以及换热器的最小长、宽、高等尺寸要求,这些要求在优化设计中被称为约束.此外,还可选用多种表面结构,不同型号,流体的流量、温度等设计变量.优化设计就是在满足约束条件的情况下,有效地调节设计变量,最终取得具有最优目标函数的设计.因此,要评价两种设计方法的优劣,不仅要从设计方法的操纵性上考虑,还要针对具体目标函数,约束条件和设计变量,统筹考虑设计过程.3 结语在热交换器的设计中,无论是采用LMTD 法还是NTU 法,从选择换热芯子到最后计算出结果都要花费很大的精力,而且计算中大多时候要试算.随着计算机技术的不断进步,数值模拟在中冷器的设计中已经被越来越多的设计者采用.特别是CFD 软件的出现和应用,热交换器的设计和研究逐渐向着更深层次发展.结合了C AD/CFD 技术的优化设计已经成为目前热交换器研究的一个方向.参考文献:[1] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M ].南京:东南大学出版社,1996[2] Keys W M,London A pact Heat Exchangers[M].NewYork:McGraw Hill B ook Company,1980.[3] 王松汉.板翅式换热器[M].北京:化学工业出版社,198483 第1期于 翮等:热交换器设计中两种设计方法的比较。