混合式换热器
换热器分类及发展趋势
换热器的种类及各种发展趋势一、按照传统方式的不同，换热设备可分为三类：1．混合式换热器利用冷、热流体直接能与混合的作用进行热量的交换这类交换器的结构简单、但价便宜、常做成塔状。
两种容许完全混合且不同温度的介质，在直接接触的过程中完成其热量的传递。
例如：冷水塔（凉水塔）、造粒塔、气流干燥装置、流化床等。
2．蓄热式换热器在这类换热器中，能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。
首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。
由于两种流体交变转换输入，因此不可避免的存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。
蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气——气热交换的场合。
主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。
回转蓄热式换热器的结构特点是实现连续操作，换热器中的蓄热体一般采用成型板片或金属丝网组装的扇形柜内，其外部由金属壳体密封，并以每分1～4转得慢速转动进行连续换热。
3、间壁式换热器所谓间壁式换热器，是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称为传热面）相隔的空间里流动，通过璧面得导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。
参加换热的流体不会混合，传递过程连续而稳定地进行。
间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。
在某些场合由于防腐的需要，也有用非金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的。
这是工业制造最为广泛应用的一类换热器。
冷、热流体被一固体壁面隔开通过璧面进行传热。
按照传热面的形状与结构特点它可分为：（1）管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。
（2）板面式换热器：如板式、螺旋板式，、板壳式等。
（3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。
一. 夹套式换热器结构如图所示。
夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。
这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。
当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。
作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。
化工原理第四章传热及传热设备
物质热导率的大致范围
物质种类
热导率
纯金属 金属合金 液态金属 非金属固体 非金属液体 绝热材料 气体
100~1400 50~500 30~300 0.05 ~50 0.5~5 0.05~1 0.005~0.5
4.2 热传导
4.2.1 温度场和温度梯度 温度场：在某一瞬间，空间或物体内所有各点温度分布的总和。 即： t = f (x，y，z，θ) t--温度； x，y，z--空间坐标； θ--时间
温度梯度 ：
4.2.2 傅立叶定律（ Fourier’s Law）
单位时间内传导的热量Q与温度梯度dt/dx及垂直于热量方向
蓄热体
4、中间载热体式换热器 又称热媒式换热器。 换热原理：将两个间壁式换 热器由在其中循环的载热体 （称为热媒）连接起来，载 热体在高温流体换热器中从 热流体吸收热量后，带至低 温流体换热器传给冷流体。 典型设备：空调的制冷循环、 太阳能供热设备、热管式换 热器等。 适用范围：核能工业、冷冻 技术及工厂余热利用中。
优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利 用和回收便利。
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
3、蓄热式换热器
4.2 传导
热传导又称导热，是物质借助分子和原子振动及自 由电子运动进行热量传递的过程。
导热过程的特点是：在传热过程中传热方向上无质 点的宏观迁移。
混合式换热器
混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。
故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。
它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
混合式热交换器的种类按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型：(1)冷却塔(或称冷水塔)在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。
例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。
(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热处理。
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!(3)喷射式热交换器在这种设备中，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传质，并—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喷淋室的类型和构造(1)喷淋室的构造图6-2(a)是应用比较广泛的单级、卧式、低速喷淋室，它由许多部件组成。
前挡水板有挡住飞溅出来的水滴和使进风均匀流动的双重作用，因此有时也称它为均风板。
换热器分类
按照传统方式的不同，换热设备可分为三类：1．混合式换热器利用冷、热流体直接能与混合的作用进行热量的交换这类交换器的结构简单、但价便宜、常做成塔状。
两种容许完全混合且不同温度的介质，在直接接触的过程中完成其热量的传递。
例如：冷水塔（凉水塔）、造粒塔、气流干燥装置、流化床等。
2．蓄热式换热器在这类换热器中，能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。
首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。
由于两种流体交变转换输入，因此不可避免的存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。
蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气——气热交换的场合。
主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。
回转蓄热式换热器的结构特点是实现连续操作，换热器中的蓄热体一般采用成型板片或金属丝网组装的扇形柜内，其外部由金属壳体密封，并以每分1～4转得慢速转动进行连续换热。
3、间壁式换热器所谓间壁式换热器，是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称为传热面）相隔的空间里流动，通过璧面得导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。
参加换热的流体不会混合，传递过程连续而稳定地进行。
间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。
在某些场合由于防腐的需要，也有用非金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的。
这是工业制造最为广泛应用的一类换热器。
冷、热流体被一固体壁面隔开通过璧面进行传热。
按照传热面的形状与结构特点它可分为：（1）管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。
（2）板面式换热器：如板式、螺旋板式，、板壳式等。
（3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。
一. 夹套式换热器结构如图所示。
夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。
这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。
当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。
作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。
空气分离制氧技术-第4章 换热器
第四章换热器4.1概述制氧机的换热器很多。
空气在压缩过程中，为了提高等温效率就需要机壳冷却、级间冷却器、空气液化循环中需设置主换热器。
空分装置的保冷箱中有液化器、过冷器以及精馏系统的主冷凝蒸发器等。
它们的性能直接影响制氧机的经济指标，其可靠性关系着制氧机的安全运行状况。
4.2换热器分类4.2.1换热器原理可分为三大类：1、混合式换热器。
冷、热流体通过直接接触进行热量交换，故亦称直接接触式换热器.如水冷塔、空冷塔。
2、蓄热式换热器。
冷、热流体交替通过传热表面。
当冷流体通过时将冷量（或热量）贮存起来，而后热流体（或冷流体）再将冷量取走。
如蓄冷器。
3、间壁式换热器（亦称间接式换热器）。
冷、热流体被固体传热表面隔开，而热量的传递通过固体传热面而进行。
此类换热器应用十分普遍,在空分装置中所应用的换热器多属于此种类型。
间壁式换热器按其传热面的结构又分为：管式换热器、板式换热器、板翅式换热器等。
4.2.2换热器根据流体状态变化可分为三种：1、传热双方都没有相变。
例如蓄冷器（或可逆式换热器）中是气体与气体之间的传热。
过冷器是气体与液体间的传热。
2、仅有一侧发生相变。
例如液化器是气体与冷凝气体之间的传热。
饱和空气在液化器中放出热量后部分变成液体。
3、传热双方都有相变。
如主冷凝器和辅助冷凝器中气氮放出热量冷凝成液氮、液氧吸收热量蒸发为气氧。
4.3换热器的结构形式及工作原理4.3.1空冷塔的作用及工作原理为了使冷却水与空气充分接触，充分混合，以增大传热面积，强化传热通常采用的是“填料塔”或“筛板塔”。
也有用空心喷淋塔的。
目前我国大型空分设备的空气冷却塔主要采用上段为填料塔，装新型塑料环，下段为筛板塔取得了较好的效果。
顶部的传热温差只有0.5℃，并彻底解决了结垢问题。
其次，在空气冷却塔中，空气和水直接接触，既换热又受到了洗涤，能够清除空气中的灰尘，溶解一些有腐蚀性的杂质气体如H 2S、SO 2、SO 3等，避免板翅式换热器铝合金材质的腐蚀，延长使用寿命。
换热器基本结构及性能特点
shell-and tube heat exchangers
（管壳式换热器）
封头shell cover 固定管法兰stationary head flange-channel
放气接口vent connection
膨胀节expansion joint
壳体shell
管程tube（side）pass
壳体接管
换热器的基本结构 和性能特点
换热器的基本结构和性能特点
在工业生产中，要实现热量的传递，须采用一定 的设备，此种传递热量的设备，称换热器或热交换 器。
换热器广泛应用于各种工业生产过程中，其主要 用途适用于加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等方面， 因其使用的条件不同，其容量、压力、温度等变动 范围较大，为了适应不同的用途，存在各种形式及 结构的换热器。
正三角形排列：
优点：管子较多，传热系数较大； 缺点：管外机械清洗较为困难，管外流体的流动阻力较大。
正方形排列：
(1)在相同的管板面积上可配置的传热管最少 (2)易于用机械清洗管外壁
同心圆排列：
(1)靠近壳体的地方管子分布比较均匀； (2)在壳体直径很小的换热器中可排列的管子数目比正三角形多。
换热器的基本结构和性能特点
主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一 种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动， 其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
目前工业生产中采用的主要有固定管板式，浮头式和U型 管式三类。其主要构造都是在一圆筒形壳体内设置许多平行管 组成的管束构成的。 换热器的基本结构和性能特点
换热器的基本结构和性能特点
按换热器传热面形状和结构分类
(1)管式换热器：管式换热器通过管子壁面进行传热，按传热管 的结构不同，可分为列管式换热管、套管式换热器、蛇管式换 热器和翅片管式换热器等几种。管式换热器应用最广。 (2)板式换热器：板式换热器通过板面进行传热，按传热板的结 构形式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热 器和热板式换热器。 (3)特殊形式换热器：这类换热器是指根据工艺特殊的要求而设 计的具有特殊结构的换热器。如回转式换热器、热管式换热器、 空气冷却器等。
换热器原理
21. 间断型翅片管式换热器强化传热原理.
P117
22. 翅片管式换热器翅片的常用形式、特点.
(1).平翅片：主要通过增大换热面积来达到强化传热的效果，平翅片结构简单，易于加工，应用最早和最广泛的翅片结构。
(2)．间断型翅片
在平翅片表面开孔、开槽，使其表面结构改变的翅片称为间断型翅片。如条缝形翅片、槽形翅片、百叶窗形翅片、穿孔形翅片等。
3. 对腐蚀性介质,可选用什么材料换热器?
非金属材料换热器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等
4. 管壳式换热器特点，常用类型？
优点：管壳式换热器具有易于制造、成本较低、清洗方便、适应性强、处理量大、工作可靠以及选材范围广等特点,且能适用于高温高压的工况。缺点：存在壳程流动死区、壳程压力损失较大、容易结垢以及容易发生管束诱导振动等
(4)液体耦合间接式换热器：
系统由两台间壁式换热器组成，通过某种传热介质(如水或液态金属)的循环耦合在一起。
主要优点：①② P4
2. 换热器常用哪些材料制造?
金属材料换热器：碳钢、不锈钢、铝、铜、镍及其合金等
非金属材料换热器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等。
稀有金属换热器可解决高温、强腐蚀等换热问题，但材料价格昂贵使应用范围受到限制。钛应用较，钽、锆等应用较少。
(2) 加大平均温差:尽量采取近于逆流的传热方式; 提高热流体温度或降低冷流体温度
(3) 采用高效能传热面
8. 用对数平均温差法,效率-传热单元数法进行传热计算.
9. 温度变化对流体物性参数的影响,如何修正.
?
10. 已知冷、热流体进口温度分别为t1、t2,出口温度分别为t’1,t’2,画出顺流、逆流换热时冷热流体温度的变化曲线,写出顺流、逆流的对数平均温差计算公式,并比较对数平均温差法和效能=传热单元数法.
换热器的分类
换热器的分类换热器的分类换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器,冷却器,冷凝器,蒸发器和再沸器等,应用更加广泛. 换热器是指两种不同温度的流体进行热量交换的设备。
换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：1.根据冷,热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类,即间壁式,混合式和蓄热式.在三类换热器中,间壁式换热器应用最多,：1.1间壁式换热器的类型1.1.1 夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却.1.1.2沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器.1.1.3 喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善.1.1.4套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大. 套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式.1.1.5管壳式换热器管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位. 管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上.在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程.管束的壁面即为传热面. 为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板.折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加.常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛. 流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程.为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组.这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程.同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程.在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱.因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力.1.2混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。
换热器的介绍及分类
换热器的介绍及分类换热器（亦称为热交换器或热交换设备）是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用。
换热器可以按不同的方式分类。
按其操作过程可分为间壁式、直接接触式、蓄热式（或称回热式）三大类。
换热器分类：直接接触式换热器，也叫混合式换热器，是冷热流体进行直接接触并换热的设备。
通常情况下，直接接触的两种流体是气体和汽化压力较低的液体；蓄能式换热器的工作原理，是利用固体物质的导热特性，具体而言，热介质先将固体物质加热到一定温度，冷介质再从固体物质获得热量，通过此过程可实现热量的传递；间壁式换热器，也是利用了中介物的热传导，冷、热两种介质被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换。
对于供热企业而言，间壁式换热器的应用最为广泛。
根据结构的不同，它还可划分为管式换热器、板式换热器和热管换热器。
一、管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器。
是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。
▲管壳式换热器根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、填料函式换热器等四种类型。
二、固定管板式换热器固定管板式换热器是管壳式换热器的一种。
固定管板式换热器两端的管板采用焊接的方式与壳体连接，主要由外壳、管板、管束、顶盖（封头）等部件构成。
▲固定管板式换热器固定管板式换热器的优点是：◆结构简单；◆在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；◆每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。
固定管板式换热器的缺点是：◆壳程不能进行机械清洗；◆当换热管与壳体的温差较大（大于50℃）时会产生温差应力，解决措施是在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高；◆只适用于流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的工作场合。
九种换热器工作原理(动态图详解)
间壁式换热器，也就是利用了中介物得热传导,冷、热两种介质被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换.对于供热企业而言，间壁式换热器得应用最为广泛。根据结构得不同,它还可划分为管式换热器、板式换热器与热管换热器。ﻫ01
套管式换热器得优点就是:
◆结构简单，能耐高压;
◆传热面积可根据需要增减，应用方便。
套管式换热器得缺点就是:
◆管间接头多,易泄露;
◆占地面积较大,单位传热面消耗金属量大。
07
夹套式换热器就是板式换热器得一种，在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变得加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动得措施,以提高夹套一侧得给热系数。为补充传热面得不足，也可在釜内部安装蛇管.夹套式换热器广泛用于反应过程得加热与冷却.
◆传热系数高；
◆不易结垢与堵塞；ﻫ◆能利用温度较低得热源;ﻫ◆结构紧凑。
螺旋板式换热器得缺点就是:
◆操作压强与温度不宜太高；
◆不易检修。
０9
热管就是由一根抽除不凝性气体得密封金属管内充以一定量得某种工作液体而成。工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化,产生得蒸汽流至冷端冷凝放出潜热,冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。如此反复循环,热量不断从热端传至冷端。
U型管式换热器得优ห้องสมุดไป่ตู้就是:
◆管束可以自由浮动，无须考虑温差应力，可用于大温差场合;
◆它只有一块管板，法兰数量少，泄露点少、结构简单;
◆Ｕ型管式换热器运行可靠，造价低.
混合式换热器
2)提高了容器利用率 新型立式容积式换热器的冷水区只占整个罐体容积的5 ％～10％，容器利用率比立式传统容积式热水器大大 提高。 3)节能效果明显 以蒸汽为热媒时，回收凝结水的温度低。 换热量大，换热能力强，升温快，达到定温时间短， 一级换热就满足使用要求，换热器数量大大减少，减 少了表面散热损失，起到节能作用。 4)热媒阻力增大 5）系统简化，方便维修使用
固定管板式换热器
优点：结构简单而紧凑，制造成本低， 在壳体直径相同时，排管数量最多。 缺点：壳程不能用机械方法清洗，检查 困难。 适用于：被加热水硬度低，壳体与管束 温差小，或温差稍大但壳程压力不高以 及壳程内介质不易结垢，或结垢能用化 学方法清洗的场合。
浮头式换热器
优点：1）壳体和管束的热变形是自由的，当壳程与管程两种介质的温差较 大时，管束与壳体之间不产生热应力；2）管束可从壳体内抽出，便于检修、 清洗。缺点：1）结构复杂，造价高；2）为使浮动管板能随管束一起从壳体 中抽出，使管束外缘与壳壁之间形成了一定宽度的环隙，减少了排管数目， 增大了管束外围的旁路流量，影响了换热器的热效率。
短、换热很不充分，一级换热难以满 足使用要求。 f)容积利用率低 。（换热管束上部 的同温热水区约占罐体容积的60%） g)体积大，一次投资高。 h)水质易受污染。 i)不节能。
2、新型卧式容积式换热器
传热系数K
式中 ——管束壁厚。 a1 ——换热管束内热媒向管束内壁的放热系数 ——管束内壁向外壁的导热系数 a ——管束外壁向被加热水的放热系数。
2)合理布置盘管管束 在管程局部地方改变介质流态使其 形成紊流，提高传热效果。
传热学-第七章换热器
1
qmc min qmc max
exp（
NTU）1
qmc min qmc max
第七章 换热器
当冷热流体之一发生相变时，即 qmc max 趋于无穷大
时，于是上面效能公式可简化为
1 exp NTU
当两种流体的热容相等时， 公式可以简化为
顺流：
逆流：
1 exp 2NTU
第七章 换热器
a、增加流速 增加流速可改变流态，提高紊流强度。
b、流道中加插入物增强扰动
在管内或管外加进插入物，如金属丝、 金属螺旋环、盘片、麻花铁、翼形物，以及 将传热面做成波纹状等措施都可增强扰动、 破坏流动边界层，增强传热。
第七章 换热器
c、采用旋转流动装臵 在流道进口装涡流发生器，使流体在一
（3）由冷、热流体的4个进、出口温度确定平均温
差，计算时要注意保持修正系数 具有合适
的数值。
（4）由传热方程求出所需要的换热面积 A，并核算
换热面两侧有流体的流动阻力。 （5）如流动阻力过大，改变方案重新设计。
第七章 换热器
对于校核计算具体计算步骤：
（1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计 算另一个出口温度
第七章 换热器
7.1 换热器简介 用来使热量从热流体传递到冷流体，
以满足规定的工艺要求的装置统称换热器。
分为间壁式、混合式及蓄热式（或称回热 式）三大类。
第七章 换热器
1、间壁式换热器的主要型式 （1）套管式换热器
图7-1 套管式换热器
适用于传热量不大或流体流量不大的情形。
第七章 换热器
（2）壳管式换热器 这是间壁式换热器的一种主要形式，又
(t1
t2
)
常见换热器结构及优缺点
6.7 换热器换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
化工生产中，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用甚为广泛。
由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。
6.7.1 直接接触式（混合式）在这类换热器中，冷热两种流体通过直接混合进行热量交换。
在工艺上允许两种流体相互混合的情况下，这是比较方便和有效的，且其结构比较简单。
直接接触式换热器常用于气体的冷却或水蒸汽的冷凝。
6.7.2 蓄热式蓄热式换热器又称为蓄热器，它主要由热容量较大的蓄热室构成，室中可填耐火砖或金属带等作为填料。
当冷、热两种流体交替地通过同一蓄热室时，即可通过填料将得自热流体的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。
这类换热器的结构简单，且可耐高温，常用于气体的余热及其冷量的利用。
其缺点是设备体积较大，而且两种流体交替时难免有一定程度的混合。
6.7.3 间壁式这一类换热器的特点是在冷热两种流体之间用一金属壁（或石墨等导热性好的非金属）隔开，以使两种流体在不相混合的情况下进行热量交换。
由于在三类换热器中，间壁式换热器应用最多，因此下面重点讨论间壁式换热器。
（1）夹套式换热器结构：夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。
优点：结构简单，加工方便。
缺点：传热面积A小，传热效率低。
用途：广泛用于反应器的加热和冷却。
为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。
（2）沉浸式蛇管换热器结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。
优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。
缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小，为了强化传热，容器内加搅拌。
（3）喷淋式换热器结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。
第七章热质交换原理
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（续）
（3）水苗阻力
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喷淋室设计计算例题：
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（续）
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喷淋室校核计算：
在新的水温条件下，所需喷水系数的大小
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冷却塔设计计算例题
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（续）
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其他混合式热质交换设备的热工计算
水—水喷射式热交换器的构造与工作原理
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水—水喷射式热交换器的特性方程：
（1）质量守恒方程
（2）能量守恒方程
喷射器形成的相对压降：
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将各截面比作如下变换：
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最佳截面比和最大扬程：
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喷管出口截面：
喷管出口截面与圆筒形混合室入口截面之间的最佳距离：
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水-水喷射式热交换器的计算例题
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却极限。一般情况冷却极限为空气湿球温度，生产中要求冷却水出
混合式热交换器
按用途可将混合式换热器3种
• 1、 冷水塔(冷却塔)用自然通风或机械通 风的方法，将热水进行冷却降温。如热 力发电厂，中央空调冷却塔的冷却塔冷 却后进行循环，节约水资源。 • 2、 气体洗涤塔，用来洗涤气体为目的，， 如除尘，分离气体中的组分，气体的干 燥与加湿等。
按用途可将混合式换热器3种
4.2.3水－水喷射式热交换器
• 1构造与工作原理P226 • 2特性方程式最佳截面比与可达到的参数
4.3 混合式冷凝器
• 混合式冷水塔的类型
混合式冷水塔的类型
•
4.1.4 冷水塔的热力计算
• • • • • • 1、迈克尔焓差方程P207 2、水气热平衡方程 3、计算冷水塔的基本方程 4、冷却数的确定 5、特性数的确定 6、换热系数和传质系数的确定P210
4.1.5冷水塔的阻力计算
4.1.5冷水塔的阻力计算
• 1、机械通风冷却塔，将表4.1 • 2、自然通风冷却塔P213
配水系统
•
通风筒
• 作用是创造良好的空气动力条件，并将 排出冷却塔的湿热空气送往高空，减小 或避免湿热空气回流。自然通风的风筒 高达150米以上。其截面为圆锥形或抛物 线形。
通风筒
•
冷水塔的工作原理 P204
• • • • 见书P205 水分子向空气中扩散的推动力 △P＝P”－P 蒸发消耗的热量
蒸气喷射式制冷机结构和工作原理 蒸气喷射式制冷机结构和工作原理
蒸气喷射式制冷机结构和工作原理 蒸气喷射式制冷机结构和工作原理
.蒸气喷射式制冷原理： 蒸气喷射式制冷原理： 液体气化制冷，以消耗热能为动力。 液体气化制冷，以消耗热能为动力。 特点： 2.特点： 蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质， 蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质 ， 热 源工作蒸汽和制冷剂是同一种物质。 源工作蒸汽和制冷剂是同一种物质。目前使用 水。 由于水为工质所制取的低温必须在0℃以上， 由于水为工质所制取的低温必须在 ℃以上， 故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置或用 来制备某些工艺过程需要的冷媒水。 来制备某些工艺过程需要的冷媒水。
直接接触式换热器
冷热流体直接接触进行换热的设备
01 基本要求
03 日常维护
目录
02 选型应考虑的因素 04 清洗
基本信息
直接接触式换热器，也叫混合式换热器，是冷热流体直接接触进行换热的设备。通常见到的是一种流体为气 体，另一种流体为汽化压力较低的液体，而且在换热后容易分离开来。例如，在水冷却塔中，热水和空气在直接 接触的过程中发生热和质的传递，达到冷却水的目的。
日常维护
日常操作应特别注意防止温度、压力的波动，首先应保证压力稳定，绝不允许超压运行。
清洗
的腐蚀、冲蚀、积垢、结焦等原因，使管子内外表面都有不同程度的结 垢，甚至堵塞。所以在停工检修时必须进行彻底清洗，常用的清洗(扫)方法有风扫、水洗、汽扫、化学洗清和机 械清洗等。
谢谢观看
基本要求
基本要求
1.热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。 2.换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。 3.价格便宜，维护容易，使用时间长。
选型应考虑的因素
选型应考虑的因素
流体的性质。
日常维护
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Principia and design of heat exchanger
4.1 冷水塔
4.1.1 类型和构造
工业上冷却水量的急速增长：
10万kW电厂，冷却水用量9000t/h； 3500t/a聚丙烯，冷却水用量3000t/h。
冷却水循环利用关键－温度：
* 热力发电厂汽轮机效率的提高与循 环水温的下降成正比：固体燃料电厂， 循环水每降低1oC，中压机组，汽轮机 效率提高0.47％，高压机组，提高0.35 ％；核燃料电厂，提高0.7％。
－－保证冷水塔冷却效果。
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4.1 冷水塔
4.1.1 类型和构造
种类：按照循环水在塔内是否与空气直接接触，分为干、湿式
干式：循环水流经塔内的换热器，再与空气进行热交换； 湿式：水与空气直接接触。
孰好？
干式用于水源紧张之处，不允许水分散失；或循环水有污染； 湿式用于水源充足之处，水分有蒸发，要间断排出“盐”水， 补充新水。 类型？
逆流塔，方向垂直交叉的为横流塔。
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4.1 冷水塔
4.1.1 类型和构造
（1）淋水装臵
作用：即填料，将进入塔内的热水尽可能分成细小水滴或水 膜，以增加水和空气的接触面积，延长接触时间，增加水气 之间的热质交换。 要求：提供较大的接触面积并具有良好的亲水性，制造简单 经久耐用，经济性好。 分类：点滴式、薄膜式和点滴薄膜式。
空气中的水分浓度成比例。当空气中的水分子浓度达到某个数值时， 会出现水分子逸出水面的速度与空气中水分子返回水面的速度相等的
情况，这时空气中水分子含量达到饱和，蒸发散热将减弱甚至停止。
故在一定温度下，蒸发速度取决于水分子由水面附近向空气深处的扩 散速度。 一般认为：当未饱和空气与水接触时，在水与气的分界面上存在 极薄的一层饱和空气层，水首先蒸发到饱和气层中，然后再扩散到空 气中去。
引射流体，在沿喷射器流动过程中，工作流体与被引射流体混合后
的混合流体的速度渐趋均衡，动能相反地转变为势能，然后送给用 户。 喷射式换热器和其它各种喷射器一样，其中所发生的过程可用 质量守恒定律、能量守恒定律和动量定理来描述。
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4.1 冷水塔
单位面积水面上的表面蒸发速度（kg/m2· h）与水温和蒸汽分子
向空气中扩散的速度有关。
水温：标志着水分子的平均动能以及冲破内聚力的束缚而逸出水 面的几率；
蒸汽分子向空气中扩散的速度：空气中水分子返回水面的速度与
对某一特定型式的喷射式换热器，在计算时应作具体考虑。 从这一点出发，喷射式换热器可分为：
1）工作流体和被引射流体在混合前处于不同相态，在混合过程
中一种流体的相态发生改变，如汽—水喷射式换热器及水—汽喷射 式换热器； 2）工作流体和被引射流体的相态相同，如水—水喷射式换热器 和汽—汽喷射式换热器。
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4.1 冷水塔
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4.1 冷水塔
4.1.2工作原理
冷水塔内水的降温主要是由于水的蒸发散热和气水之间的接触传 热。因为冷水塔多为封闭形式，且水温与周围构件的温度都不很高， 故辐射传热量可不予考虑。 根据气体动力学理论，处于无规则状态中的水分子，其运动速度 差别很大，速度大的分子动能也大，它们能克服内聚力的束缚冲出水 面，成为自由蒸汽分子。这些分子中的一部分与空气分子碰撞后可能 重新回到水面被水吸收（冷凝），而另一部分可由于扩散和对流的作 用进入空气的主流，成为空气中的水分子。上述这种水分子在常温下 逸出水面成为自由蒸汽分子的传质现象称为水的表面蒸发。由于逸出 水分子的平均动能比其余没有逸出水面的分子大，因而蒸发的结果会 使水温下降。
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4.2 喷射式换热器
3、极限工作状态及其计算
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4.2 喷射式换热器
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Hale Waihona Puke 2 气体洗涤塔：洗涤 各种气体，液体冷 却气体，液体吸收 气体中的某种成分
（吸收塔），湿式
除尘法；
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3 喷射式换热器：压力较高的流体由喷管喷出，形成高速流，
低压流体被引入混合室与射流直接接触进行换热，并一同进入 扩散管，扩散管出口处压力和温度达到一致后送给用户。
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4.2 喷射式换热器
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4.2 喷射式换热器
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4.2 喷射式换热器
（3）动量定理
动量的增量等于冲量，对于不同形状的混合室，动量定理的形
式不同。 根据工作流体与被引射流体相互作用的性质和条件，在喷射器
里要产生一系列只属于一定类型喷射器所特有的附加过程，于是针
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4.2 喷射式换热器
原理：喷射式换热器主要部件有：工作喷管、引入室、混合室和扩散管
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4.2 喷射式换热器
压力较高的流体称工作流体。工作流体通过喷管的膨胀，使其
势能转变为动能，以很高的速度从喷管喷出，并将压力较低的流体 （称被引射流体）卷吸到引入室内。工作流体把一部分动能传给被
4.2 喷射式换热器
优点：1）在提高被引射流体的压力的过程中不直接消耗机械能；
2）结构简单，与各种系统连接方便；
3）在工程上应用广泛。 例如：
水—水喷射式换热器可将高温水与部分低温水混合，得到一定
温度的混合水，供室内采暖； 汽—汽喷射式换热器用来提高低压蒸汽的压力，使工业蒸汽得
到回收，在凝结水回收系统中可借助于它使二次蒸汽得以利用；
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4.1 冷水塔
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4.1 冷水塔
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4.1 冷水塔
4.1 冷水塔
小间距平板
石棉水泥板
波纹交错
蜂窝
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4.1 冷水塔
铅丝水泥网格，热水以水滴型式淋洒下去。
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（2）配水系统 作用：将热水均匀分配到整个淋水面积上，从而使得淋水装 臵发挥到最大程度。 型式：槽式、管式和池式。
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4.1 冷水塔
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4.1 冷水塔
4.1.3 冷水塔的热力计算（略）
4.1.4 冷水塔的通风阻力计算（略）
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4 混合 换热器
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引 言
混合热交换器的最大特点是：冷热流体直接接触
从根本上避免了管壁热阻、管壁污垢热阻； 冷热流体混合充分，传热效率高。
长处？
广泛应用于冷热流体可以直接接触的场合 • 气体的洗涤和冷却； • 循环水的冷却； • 汽－－水间的混合加热； • 蒸汽的冷凝
4.1 冷水塔
4.1.1 类型和构造 4.1.2 工作原理 4.1.3 热力计算 4.1.4 通风阻力计算 4.1.5 设计计算 4.2 喷射式热交换器 4.2.1 一般问题 4.2.2 汽－－水～ 4.2.3 水－－水～ 4.3 混合式冷凝器 重点掌握 一般掌握 一般掌握 自 学
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重点掌握 重点掌握 一般掌握 一般掌握 自 学
几种常用的混合换热器
应用情况？ 冶金、化工、
动力工程、
空气调节
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几种常用的混合换热器： 1 冷水塔（冷却塔）：自然或极限通风，用空气将热水进行 冷却降温，如热力发电厂的循环水、合成氨中的冷却水。
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4.1 冷水塔
（1）淋水装臵1
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