换热器 (4)
换热器讲义
11.2.4 折流板和支持板最小厚度：根据换热器直径和换热管无支撑跨距查GB151 表34。
工程设计中应注意如下：（1）表34 值为卧式换热器折流板的最小厚度（2）立式换热器无腐蚀时，可适当减薄（3）需抽管束且重量较重时，应适当加厚（4）有振动时，应适当加厚11.3 支持板（1）当换热器不需要设置折流板，但换热管无支撑跨距大于GB151 表42 规定时，应设置支持板。
（2）浮头换热器浮头端宜设置加厚的圆环形支持板11.4 U 形换热器的尾部支持U 形换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，结构尺寸A+B+C 大于GB151 表42规定时，应在弯管部分加支撑。
11.5 折流杆：用与换热管垂直的四组圆钢所形成的“井”字将换热管固定住。
折流杆换热器使壳程流体沿着管束轴线纵向流动，从而彻底消除流体横向流动而产生的诱发振动。
并且折流杆会使流体不断地产生卡门漩涡以提高传热的效率。
同时由于没有横向流动，故壳程流体压降较底。
折流杆换热器的关键技术在于正确的传热工艺计算及制造组装技术。
折流杆的直径等于换热管的间隙；可视一组折流圈相当于一块折流板（或支板承）11.6 螺旋折流板由数块扇形板排列在有一定升角的螺旋线上，使流体在壳体内形成螺旋流，其特点为：(1)可以使流体达到近似于柱塞流的效果；(2)返混程度很低，几乎没有流动的死区；(3)传热效率提高的同时，又获得了较佳的压降；(4)传热系数与螺旋角关系密切，最佳的螺旋角为25°~40°；(5)为减少无支撑跨长避免振动可用二头或多头螺旋。
11.7 拉杆，定距管：（1）换热管外径≥19mm 时，采用拉杆定距管结构；（2）换热管外径≤14mm 时,采用拉杆与折流板点焊结构；（3）拉杆应尽量均匀布置在管束外边缘。
对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3 个支承点。
（4）拉杆直径和数量根据GB151 表43,表4411.8 防冲与导流（1）管程设置防冲板条件：当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s 时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。
换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，oC ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
换热器换热面积选型计算方法
系列标准中，采用的h（mm）值为： • 固定管板式：150,300,600； • 浮头式：150,200,300,480和600.
七、外壳直径的确定
要求：壳体内径等于或稍大于管板的直径。
单程管壳体内径：
D t(nc 1) 2b' 式中: t—管心距，m；nc —横过管束中心线的管数； b’—管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离.
的原则，决定壳程数。 ⑤ 依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，
选定总传热系数K值。 ⑥ 由传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器
的基本尺寸。
2、计算管程、壳程压强降
根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压 强降。验算结果是否满足工艺要求。若压强降不符合要求， 要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规 格的换热器，重新计算压强降直至满足要求。
管程数m计算： m u u'
u——管程内流体的适宜流速；u’——管程内流体的实际流体。
2.壳程数
当温差校正系数 t 低于0.8，可采用壳方多程。
如：在壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体 内流经两次，称为两壳程。
但由于隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一 般不采用壳方多程的换热器，而是几个换热器串联使用
介质
植物油 井水
性质
热流体 冷流体
主要物性参数表
密度 kg/m3
950 995.7
比热 kJ//(kg·℃)
2.261 4.174
粘度 Pa·s
0.742× 10-3 0.801× 10-3
热导率 W/(m·
℃)
0.172
0.618
三、估算传热面积
1.热流量
换热器基本知识
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器 1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳
浮头式换热器
• 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完 全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出, 便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较 广。
• 优点：管间和管内清洗方便，不会产生热应力 ；
• 缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高 ，设备笨重，材料消耗量大，且浮头小盖在操 作中无法检查，制造时对密封要求较高。
• 流体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。 图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内 流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样 流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。 同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次 通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。
设备。
二、间壁式换热器的类型
沉浸式蛇管换热器
管式换热器
间壁式换热器
板式换热器
喷淋式换热器
套管换热器
固定管板式
列管式换热器
U型管
平板式换热器
浮头式 填料函式
螺旋板式换热器 夹套式换热器
板翘式换热器 翘片式换热器
翘片管换热器
(一) 管式换热器
管式换热器特点
• 管式换热器虽然在换热效率、结构紧凑性和单位传热
• 缺点：由于受弯管曲率半径的限制，其换热管 排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利 用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利 。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形 管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只 能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报 废率较高。
换热器的发展以及应用
我厂为酸法制铝中试试验厂，在蒸发结晶工序 中，由于介质存在很强的腐蚀性，所以我厂选用了耐
腐蚀性能好，传热面不易结垢，传热性能良好的列管 式石墨加热器和块孔式石墨冷凝器。 我厂蒸发系统是由石墨加热器和钛质奥斯陆结 晶器以及玻璃钢组件组合而成的真空多效顺流蒸发 系统。这种使用真空蒸发工艺的蒸发系统，除了可以 提高蒸发效率，同时还可以保证设备不被腐蚀或减 缓腐蚀，延长设备使用寿命，设备的折旧费减少，达 到节能的目的，使得产品的总成本降低。列管石墨加 热器具体优点如下：①管束可以抽出，以方便清洗 管、壳程；②介质间温差不受限制；③可用于结垢比 较严重的场合；④传热性能良好；⑤可用于管程易腐 蚀场合。 ５换热器常见问题 ①金属换热器在生产过程中，由于换热器管板 受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀，管板焊缝 处经常出现渗漏，导致水和化工材料出现混合，生产 工艺温度难以控制，致使生成其它产品，严重影响产
体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和
低温流体之间循环，在高温流体接受热能，在低温流
体换热器把热能释放给低温流体。
３．２．４直接接触式换热器。直接接触式换热器是两 种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气 体冷凝器等。 ３．３按换热器用途分类
３．３．１
加热器。加热器是把流体加热到必要的温
陶瓷换热器研制成的这种装置的换热元件材料 系一种新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高温和抗热 冲击的优异性能，从１０００℃风冷至室温，反复５０次 以上不出现裂纹；导热系数与不锈钢等同；在氧化性 和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地 解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装 置传热效率高，节能效果显著，用以预热助燃空气或 加热某些过程的工艺气体，可节约一次能源，燃料节 约率可达３０％～５５％，并可强化工艺过程，显著提高 生产能力。 陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本 相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。 它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温 度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温 度１２５０～１４５０℃时，烟道出口的温度应是１０００～ １３００。Ｃ，陶瓷换热器回收余热可达到４５０～７５０ ６Ｃ，将 回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行 燃烧，这样直接降低生产成本，增加经济效益。陶瓷 换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发 展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题。它 的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗 热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作 简便。 ３．５按传热种类分类 有无相变传热和有相变传热两大类。无相变传 热一般分为加热器和冷却器。有相变传热一般分为 冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式
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。
传热-选择题
传热过程与换热器1. 下列哪种传热器不是间壁式换热器?(1)板翅式换热器（2）套管式换热器(3)回转式换热器(4)螺族板式换热器2. 下列哪个是传热单元数？（3）(1)ε (2) Cmin/Cmax (3) KA/C min (4) 课本公式（8-29）3. 热流体和冷流体交替地流过同一流道的换热器称为。
（3）(1)热管换热器(2) 间壁式换热器(3)回热式换热器(4)混合式换热器4. 试计算逆流时的对数平均温差，已知热流体由300℃冷却到150℃，而冷流体由50℃加热到100℃。
（1）(1)124 ℃ (2)134 ℃ (3)144℃ (4)154℃5. 下列哪个不是增强传热的有效措施？（4）(1)波纹管(2)逆流(3)板翅式换热器(4)在对流传热系数较大侧安装肋片6. 已知一传热设备，新投入时传热系数为78W／(m2．K)，使用一年后其传热系数为55W／(m2．K)，则其污垢热阻:（2）(1)0．018(m2.K)／W (2)0.005(m2.K)／W(3)0.0128(m2.K)／W (4)0.003(m2.K)／W7. 已知敷设在圆管外的保温材料的导热系数为0．08 W／(m.K),管外环境介质的传热系数为8W／(m2．K)，其临界热绝缘直径为：（1）(1)0．02m (2)200m (3)0.005m (4)50m8. 换热器管内为被加热水；管外为烟气，水侧结垢后管壁温度将会如何改变？或烟侧积灰后，管壁温度又将如何改变? (3 )(1)增大，增大(2)减小，减小(3)增大，减小(4)减小，增大9. 高温换热器为了避免出现较高壁温，常优先考虑采用哪种流动型式？（2）(1)逆流(2)顺流(3)叉排(4)顺排10. 试判断下述几种传热过程中哪一种的传热系数最大?(1)从气体到气体传热(2)从气体到水传热(3)从油到水传热(4)从凝结水蒸气到水11. 增厚圆管外的保温层，管道热损失将如何变化? （4）(1)变大(2)变小(3)不变(4)可能变大，也可能变小12. 在某一传热过程中，热流给定，若传热系数增加1倍，冷热流体间的温差将是原来的多少倍？( 4)(1)1倍(2)2倍(3)3倍(4) 0.5倍13. 临界热绝缘直径是指：（1 )（1）管道热损失最大时的热绝缘直径（2）？管道热损失最小时的热绝缘直径（3）？管道完全没有热损失时的热绝缘直径（4）？管道热阻最大时的热绝缘直径14. 对于换热器的顺流与逆流布置，下列哪种说是错误的？(2 )（1）逆流的平均温差大于等于顺流(2)逆流的流动阻力大于等于顺流(3)冷流体出口温度逆流可大于顺流(4)换热器最高壁温逆流大于等于顺流15. 在相同的进出口温度下，换热器采用哪种流动型式有可能获得最大平均温差?（3）(1)顺流(2)交叉流(3)逆流(4)混合流16. 用ε—NTU法进行换热器的校核计算比较方便是由于下述的哪个理由? (3 )(1)流体出口温度可通过查图得到(2)不需要计算传热系数(3)不需要计算对数平均温差(4)不需要进行试算17. 有一板式传热器，热流体进口温度80℃、出口温度50℃，冷流体进口温度10℃、出口温度30℃，则顺流布置时和逆流布置时的对数平均温差分别为多少? （4）(1)45．0℃，45．0℃ (2)42．5℃，40．0℃(3)44．8℃，39．9℃ (4)39．9℃，44．8℃18. 若冷、热流体的温度给定，传热器热流体侧结垢后传热壁面的温度将如何改变？(1)增加(2)减小(3)不变(4)有时增加，有时减小（2）19. 强化传热时，增强传热过程中哪一侧的传热系数最有效? ( 3)(1)热流体侧(2)冷流体侧(3)传热热阻大的一侧(4)传热热阻小的一侧20. 强化传热时，增强传热过程中哪一侧的传热系数最有效? ( 2)(1)热流体侧(2)冷流体侧(3)传热热阻大的一侧(4)传热热阻小的一侧21. 当采用加肋方法强化传热时，肋片应加在会最有效。
换热器计算步骤
第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—1名称设计压力设计温度介质流量容器类别设计规范单位Mpa ℃/ Kg/h / /壳侧7.22 420/295 蒸汽、水III GB150 管侧28 310/330 水60000 GB1502.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
第2章工艺计算2.3 确定物性数据2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃（2-1）管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
2.3.2 物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】表2—2密度ρi-=709.7 ㎏/m3定压比热容cpi=5.495 kJ/㎏.K热导率λi=0.5507 W/m.℃粘度μi=85.49μPa.s普朗特数Pr=0.853壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】表2—3密度 ρo =28.8 ㎏/m 3定压比热容 c po =3.033 kJ/㎏.K 热导率 λo =0.0606 W/m.℃ 粘度 μo =22.45 μPa.s 普朗特数Pr=1.1222.4估算传热面积 2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）将已知数据代入 （2-1）得：111p Q WC t =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K ；1t ∆——工艺流体的温差，℃；Q ——热流量，W 。
换热器试压方案(四篇)
换热器试压方案材料工程基础论文管壳式换热器论文摘要;本文主要介绍管壳式换热器。
并分析其特点。
关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板正文。
管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。
壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。
进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内____若干挡板。
挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。
换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。
等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。
管壳式换热器流体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。
图示为最简单的单壳程单管程换热器，简称为1-1型换热器。
为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。
这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。
类型。
由于管内外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。
如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。
因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。
根据所09无机非(1)材料工程基础论文采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：①固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单，但只适用于冷热流体温度差不大，且壳程不需机械清洗时的换热操作。
当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上____有弹性的补偿圈，以减小热应力。
②浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出，便于机械清洗和检修。
浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。
③u型管换热器每根换热管皆弯成u形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。
《核电站通用机械设备》第4章(热交换器)
蒸汽走管间，上进、下排冷凝液。疏水凝结液
走下部管间，与高压给水成逆流走向，右进左
排。
4.6.3高压给水加热器
4.6.4 凝汽器（冷凝器）
结构：
⑴每台机组配三台凝汽器，布置在机房底层。
⑵每台凝汽器有两组单流程管束，为卧式单程管
板式换热器。
原理：
循环冷却水（海水）由入口水室下端的进水暗渠
板为碳钢，管束与管板连接采用先焊后胀。两
端封头均为蝶形封头。
⑷筒体内还有防冲板、管束支撑板、防震杆等
换热器辅助部件。
4.6.3高压给水加热器
工作原理：
利用汽轮机抽汽加热高压给水，保证进入蒸汽
发生器的给水水温。
高压加热器的加热介质分别为蒸汽和疏水凝结
液。在同一筒体内，用壳程纵向隔板分成两个
加热区，上部为蒸汽加热区，下部为疏水凝结
4.2.3 浮头式热交换器
4.2.1 固定管板式热交换器
结构：
两端管板和壳体连接成一体。
特点：
结构简单，造价低廉。壳程不易检修和清洗；
两流体的温差较大时，应考虑热补偿。
使用工况：
4.2.1 固定管板式热交换器
4.2.2 U型管热交换器
结构：
管子弯成U型，管子两端固定在同一管板上。
特点：
⑴结构简单，重量轻
的温 度,℃;
α—比例系数,又称局部对流传热系数,W/
(m2·℃)
4.3.3.2 对流传热速率方程
牛顿冷却定律：
Q S t
(4-3)
式中：α—平均对流传热系数, W/(m2·℃);
S—总传热面积，m2；
Δt—流体与壁面之间的平均温差, ℃。
换热器课程设计
换热器课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握换热器的基本原理、类型、性能及计算方法，能够运用所学知识分析和解决实际工程问题。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解换热器的基本概念和作用；（2）掌握换热器的各种类型及其特点；（3）熟悉换热器的性能评价指标；（4）学会换热器的计算方法和步骤。
2.技能目标：（1）能够根据工程需求选择合适的换热器类型；（2）能够运用换热器计算方法进行分析；（3）具备绘制换热器原理图和流程图的能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对工程实践的认知和兴趣；（3）培养学生关注环保、节能等社会责任。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括换热器的基本原理、类型、性能及计算方法。
具体安排如下：1.第一章：换热器概述（1）换热器的定义和作用；（2）换热器的分类及特点；（3）换热器的基本性能评价指标。
2.第二章：换热器类型（1）表面式换热器；（2）对流换热器；（3）混合换热器；（4）蓄热换热器。
3.第三章：换热器性能（1）换热器的热传导方程；（2）换热器的传热系数；（3）换热器的效能和热损失。
4.第四章：换热器计算方法（1）换热器的尺寸计算；（2）换热器的流动阻力计算；（3）换热器的热负荷计算；（4）换热器的效率计算。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握换热器的基本原理和计算方法；2.案例分析法：分析实际工程中的换热器应用案例，提高学生的实践能力；3.实验法：安排实验室实践环节，让学生动手操作，加深对换热器的理解；4.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作精神和创新意识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《换热器原理与应用》；2.参考书：相关领域的研究论文和书籍；3.多媒体资料：PPT课件、视频教程等；4.实验设备：换热器实验装置，流动阻力测试设备等。
知识点4：U形管式换热器.
图 U形管式换热器 1-U形管；2-壳程隔板；3-管程隔板
知识点4：U形管式换热器
知识点4：U形管式换热器
知识点4：U形管式换热器
原理：流体进、出口分别安装在同一端的两
侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自 由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻；管程清洗困难， 管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。 应用：适用于冷热流体温差较大、管内走清 洁不结垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体 的场合。
职业教育应用化工技术专业教学资源库 《化工设备认知与制图》课程
项目四 化工设备及设备布置图
任务4.2 换热器
Hale Waihona Puke 知识点4：U形管式换热器吉林工业职业技术学院
知识点4：U形管式换热器
结构：换热器每根管子均弯成U形，固定在同一管 板上。只有一个管箱，壳体与换热管之间不相连， 管束能从壳体中抽出或插入。只能为多管程，管板 不能兼作法兰，一般有管束滑道。
化工原理(管国锋主编_第三版)课后习题答案4_传热及换热器
第4章 传热及换热器1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。
设平板的导热面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。
测量数据如下：电热器材料的表面温度 ℃ 安培数 A 伏特数 V 高温面 低温面 2.8 2.3140 115300 200100 50试求：①该材料的平均导热系数。
②如该材料导热系数与温度的关系为线性：，则λ0和a 值为多少？001825.0)/(4786.0]2/)50200(1[5878.0]2/)100300(1[6533.0)/(6206.02/)()/(5878.01153.201.0/03.0)50200()/(6533.01408.201.0/03.0)200300(/)(1][000002102201121=⋅=++=++=∴⋅=+=⋅=⨯=⨯-⋅=⨯=⨯-∴=-=a C m w a a C m w C m w C m w VIL S t t Q m λλλλλλλλλλλ得）解2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2、t 3和t 4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。
12112)100200()200400(21200400400500(/)(/)(/)(][3213221343232121：：：：：：：：））：（：解==--==--=-=-=-=R R R R R R R R T T R T T R T T Q3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m ·℃)，0.16 W/(m ·℃)和0。
92 W/(m ·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m ，普通砖厚度为0.25m 。
已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
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。
换热器的设计1-基本原理
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
混合式（直接接触式） ：换热器内冷、热流体直 接接触、互相混合来实现热量交换。
典型应用：
电厂中的水冷塔
海勒式间接空冷凝汽器
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
2.1 换热器的传热计算的基本参数
一、基本参数和方程
流体1的放热热流量
qm1c1 t1' t1" W1 t1' 9; " ' " qm 2c2 t2 t2 W2 t2 t2
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主讲：魏高升
几种常见扩展表面的肋片效率：
实际散热量 f 假想整个肋表面的温度处于肋根温度下的散热量
•对于等截面直肋： ＝ tanh(mH )
0
m
mH
hP 2h Ac
肋片效率的影响因素：
f
热管式换热器具有较高的传热性能，但热管的制 造工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向
在冷、热流体进口温度相同、流量相同、换热面 面积相同的情况下，流动型式影响冷、热流体的出口 温度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。
顺排（矩形肋片）：
热交换器
（二）管板及换热管的连接 管板一般采用圆形平板，在板上开孔并装设换热 管，在多管程换热器中管板上还设置分程隔板。 管板还起分隔管程和壳程空间，避免冷热流体混 合的作用。管板与换热管间可采用胀接、焊接或 二者并用的连接方式。 管板与换热管的胀接连接是利用管子与管板材料 的硬度差（选材时管板材料硬度要高于管子材料 硬度），使管子在管孔中在胀管器的作用下直径 扩大并产生塑性变形，而管板只产生弹性变形， 在胀管后管板在弹性恢复力的作用下与管子外表 面紧紧贴更换与 修补，但不宜在高温、高压下工作。随着温度和 压力增高，胀接的密封性和牢固性将逐渐下降。
四、管壳式换热器的总体结构
1、管壳式换热器的总体结构以及特点 1）浮头式换热器 • 浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性 连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相 连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的 管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束 可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构 复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种 流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较 大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃）， 介质易结垢需要清洗的场合。在炼油厂中使用的 各类管壳式换热器中浮头式最多。
（四）管箱 管箱的作用是将进入管程的流体均匀分布到各换 热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多 管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分隔作 用。管箱结构如图所示，其中图（a）适用较清洁 的介质，因检查管子及清洗时只能将管箱整体拆 下，故不太方便；图（b）在管箱上装有平盖，只 要将平盖拆下即可进行清洗和检查，所以工程应 用较多，但材料消耗多；图（c）是将管箱与管板 焊成一体，这种结构密封性好，但管箱不能单独 拆下，检修、清洗都不方便，实际应用较少。
3）蒸发器：与冷凝器的操作刚好相反，两种 介质中 的一种介质由液体被蒸发成汽体。 4）加热器：只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。 5）冷却器：如果热量不回收利用，完成用冷却剂（如 水、空气）来冷却另外一种介质的操作的换热器 称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为 空气冷却器，简称空冷器。 2、按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。 3、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。
4化工仿真DCS换热器单元仿真操作
100.0%
第TTVV1011三0B1B节
位 阀
0.0% 0.0%
TTVV1011A01A 调节器输出
换热器仿真
进换热器
100%
不进换热器
复杂控制：热物流的出口温度控制
第三节 换热器仿真
二、换热器冷态开车仿真操作
1.工艺流程 2.本单元复杂控制说明 3. 冷态开车步骤
P101A泵坏（冷料泵）
P101泵出口压力急骤下降 FIC101流量急骤减小。 冷出口温度↑，汽化率↑
P102A
P102泵出口压力急骤下降。 冷出口温度↓，汽化率↓
TV101A阀卡
热物流经换热后的温度降低 冷物流出口温度降低。
部分管堵
热物流流量↓ 冷出口温度↓，汽化率↓
换热器结垢严重
热物流P102泵出口压略↑ 热物流出口温度高
步骤一：启动冷物流进料泵P101A 阶段一：冷料进料
步骤二：冷物流E10启动热物流入口泵P102A 步骤二：热物流进料
第三节 换热器仿真
三、换热器的故障判断
换热器的故障处理
换热器常见故障及其现象
故障类型
主要现象
FIC101阀卡（冷进料阀）
FIC101流量↓ P101泵出口压力↑ 冷物流出口温度↑
化工仿真DCS操作
换热器仿真单元操作
换热器（heat exchanger），是将热流体的部分热量 传递给冷流体的设备
第三节 换热器仿真
套管换热器
蛇管换热器
第三节 换热器仿真
板式换热器
套管换热器
第三节 换热器仿真
一、换热器的工业用途
1.处理工艺介质以达到规定温度 2.生产过程中加热或降温 3.工艺过程中改变相态：如工厂中的锅炉房 4.回收热量
换热器基础知识测试题
换热器基础知识测试题姓名：分数：一、填空题（每空1分，共50分）1、以在（两种流体）之间用来（传递热量）为基本目的的传热设备装置，称为换热器，又叫做（热交换器）。
2、换热器按作用原理和传热方式分类可分为：（直接接触式换热器）、（蓄热式换热器）（间壁式换热器）。
3、、离心式压缩机可用来（压缩）和（输送）化工生产中的多种气体。
它具有：处理量大，（体积小），结构简单，（运转平稳），（维修方便）以及气体不受污染等特点。
4、换热器按传热面形状和结构分类可分为：（管式换热器）、（板式换热器）及特殊形式换热器。
5、管壳式换热器特点是圆形的（外壳）中装有（管束）。
一种介质流经（换热管）内的通道及其相贯通部分（称为壳程）。
它可分为：（浮头式换热器）、（U 型管式换热器）、套管式换热器、（固定管板式换热器）填料函式换热器等。
6、U型管式换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一块（管板），换热管作为（U字形）、两端都固定在（同一块管板）上；管板和壳体之间通过（螺栓）固定在一起。
7、（换热管）是管壳式换热器的传热元件，它直接与两种介质（接触），换热管的形状和（尺寸）对传热有很大的影响。
8、写出下列换热管及其在管板上的排列名称分别为：（a）正三角形（b）转角正三角形（c）正方形（d）转角正方形9、管壳式换热器流体的流程：一种流体走管内称为（管程），另一种流体走管外称为（壳程）。
管内流体从换热管一端流向另一端一次，称为（一程）；对U 形管换热器，管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次称为（两程）。
10、管板与换热管间的连接方式有（胀接）、（焊接）或二者并用的连接方式。
11、折流板的作用是引导（壳程流体）反复地（改变方向）作错流流动或其他形式的流动，并可调节（折流板间距）以获得适宜流速，提高（传热效率）。
另外，折流板还可起到（支撑管束）的作用。
12、换热器的水压试验压力为最高操作压力的（1.25~1.5）倍。
13、换热器的清洗方法有：（酸洗法）、（机械清洗法）、（高压水冲洗法）、海绵球清洗法。
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（3）传热过程至少由两种热量传递的基本方式组合而成 。
如 导热 + 对流换热
如空气流过 暖气ห้องสมุดไป่ตู้热器
对流 + 辐射
如锅炉炉膛 里的烟气
传热方程式
KAt KA(t f 1 t f 2 )
A
Kt
K (t
f1
t
f
2)
t t
1 RK K
式中：K是传热系数(总传热系数)。越大传热 越强，反之越弱
• 必须使用整个传热面上的平均温差 tm
换热器中传热过程的计算
1 热平衡方程式
热流体放热量 h qhch th' th'' 冷流体吸热量 c qccc tc' tc''
热流体放出热量=冷流体吸收热量
h qhch th' th'' c qccc tc' tc''
2 传热方程的一般形式： kAth tc
传热系数大， 结构紧凑，具有 可拆结构，检修 和清洗都 较方便。但操 作压力和温度 都不能太高。 不宜处理易结 垢的物料。
5.螺旋板式换热器
由两块平行的金属板卷制 起来，构成两个螺旋通道，再 加上上下盖及连接管而成，冷 热两种流体分别在两螺旋通道 中流动。
结构较紧凑，螺旋流通有 利于提高传热系数，冲刷效果 好，污垢形成速度低，且材料 范围广。但不易清洗，检修困 难，承压能力低。
是指用来表征传热过程强烈程度的指标。
式中：RK是热阻
RK R1 R R2
第三节 换热器
一、换热器的基本结构与工作原理
• 换热器 使热量从热流体传递到冷流体以满足规定的工艺要求
的设备统称为换热器。 • 换热器的分类 1、按工作原理和特点可分为 表面式（过热器再热器省煤器凝汽器冷油器） 混合式（除氧器冷却塔减温器） 回热式（回热式空预器）
3.肋片管式换热器
从而使管外的热阻 减小，传热增强
又称翅片管，由几组管外加装了肋片的蛇形管组成， 一般用于管内流体和管外空气的热交换。
结构较紧凑，对于换热 面的两侧流体表面传热系数
相差较大的场合非常合适。
4.板式换热器
由一组已冲压出凹凸波纹的长方形薄金属板（型板） 平行排列，并以密封垫片及夹紧装置组装而成 。冷、热两 种流体在板间通道内相间流动，每一块板面都是传热面。
t1’
t1’
t1”
t2”
t2”
t1”
t2’ 顺流
逆流
t2’
讨论： 各种流动形式的比较
(1)顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆
流的 tm 最大，顺流则最小； (2)顺流时 th tc ，而逆流时， tc 则可能大于 th ，可见，逆
流布置时的换热最强。
dTh
Ti T dq
dTc
Ti
内容提要
单元五 传热及换热器
能量传递的两种方式-做功和传热 本单元介绍热量传递的三种基本方式： 导热 对流换热 热辐射
换热规律 复杂传热过程的传热规律 传热计算 传热规律在传热器中的应用
学习导引
本章首先分析了传热过程及特点，对传热基本方程 的分析，获得传热系数的计算方法，最后讨论换热 器的类型、工作原理、平均温差及其，并延伸到强 化和削弱传热过程的可能途径与措施。
1、9—管板；2—外壳；3—换热管； 4—折流挡板；5—壳程流体进口； 6—管程隔板；7—管程流体出口；
应用最广泛的表面式（管壳式）换热器，又称为列管式换热器。 • 管程
流体从管的一端流到 另一端称为一个管程。 • 壳程
管子总数及流体流量一定时， 管程数越多，管内流速越高
低压加热器
低压加热器器芯
6.板翅式换热器
由若干层基本换热元件叠 合（使相邻两流道流动方向交 错）焊接组成， 两侧都有翅片， 传热能力强。结构非常紧凑、 轻巧，但易堵塞，清洗困难， 检修不易。
适用于清洁和腐蚀性低的 流体换热。近年来在制冷空调 技术领域中应用广泛。
(b)
1—平隔板；2—侧条；3—翅片；4—流体
7.热管式换热器
Pt qm, hin hout
反应堆冷却剂进出蒸汽发生器的比焓，kJ／46kg
传热过程计算的基本公式
传热计算
＝k ( tf1- tf2 ) A＝k A t
这里，假设二侧流体温度始终保持不变，
t＝tf1- tf2 =常量
实际上，在换热器中，一定流量的热流体沿程
放出热量，温度不断下降；冷流体沿程吸收 热量，温度不断上升。而且，冷、热流体间 的温差是不断变化的，即：t 常量
因此，利用传热方程式来计算整个传热面 上的热流量时，如何选用传热温差t？
锅炉受热面传热分析
P170 汽轮机主要辅助设备传热分析 P171
本章 小结
•
本章阐明了典型壁面传热系数传热过
程的计算；叙述了换热器的结构、工作原
理及其基本计算方法。
•
主要内容有：
• 传热过程与传热系数；
• 增强传热与削弱传热的基本途经；
• 换热器的结构与工作原理；
• 换热器的传热计算，难点是：平均温差
重点内容
1、了解换热器的基本结构、工作原理，了解表 面式换热器的主要型式及适用场合。 2.掌握平均温差的计算，了解换热器传热计算的 基本步骤。 3.了解强化传热及削弱传热的原则和有效方法。
复习
传热过程
传热过程往往是导热、热对流和热辐射三种基本热量
传递方式的组合。
如冷库墙体 的传热方式
室外空气 对流与辐射换热
校核计算— 按已知换热器的换热面积求取工作流体的终温 或核算换热器的换热量。
对已有换热器进行校核 一般是给定热力工况的某些参数，如流体质量流量(qm,1、qm,2)、 流体入口温度t‘1和t’2，校核流体出口温度及热流量。
换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式
kAtm qm1c1 t1 t1 qm2c2 t2 t2
l、算术平均温差：
tm
t't" 2
式中：t’—进口温差，t”—出口温差
• 假设温度t的角码表示为：“ ’ ” —进口温度，
•
“ ” ” —出口温度。
• 角标表示为：“1”一热流体，“2”一冷流体。
•
顺流 进口温差：t’＝t1’- t2’ 出口温差：t”= t1”- t2”
逆流 进口温差：t’＝t1’- t2” 出口温差：t”= t1”-t2’
混合式换热器：冷热流体 直接接触，彼此混合进行 换热，在热交换同时存在 质交换，如空调工程中喷 淋冷却塔，蒸汽喷射泵等；
三、混合式换热器
除氧器
3.按流动形式分
⑴ 顺流 ⑵ 逆流 ⑶ 叉流 ⑷复杂流
传热计算
表面式换热器内冷、热流体的相对流向 工程上换热器一般都
尽可能采用逆流布置
（d）混合流
在冷、热流体进口温度相同、流量相同、换热面面积 相同的情况下，流动型式影响冷、热流体的出口温度、换 热温差、换热量以及换热器内的温度分布。
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。
kAtm
△tm——平均传热温差。
Hot fluid
Cold fluid
T T1
Th (Hot) T2
Tc (cold) x
顺流
Hot fluid
Cold fluid
T
T1
Th
Tc
逆流
T2 x
31
平均温差的计算方法：
To
T dq
dTc
In
Out
In
dTh
To
Out
34
tm,算术
tmax
2
tmin
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相
同进出口温度下的对数平均温差，当 tmax tmin 2时，两者的差 别小于4％；当 tmax tmin 1.时7 ，两者的差别小于2.3％。
2、对数平均温差
换热器的主要型式
2、根据传热面的结构分类
1.管壳式换热器
应用最广泛的表面式换热器，又称为列管式换热器。 • 管程
流体从管的一端流到 另一端称为一个管程。 • 壳程
2.套管式换热器
由两根同心圆管组成，流体Ⅰ在内外管间环形通道中 流动，流体Ⅱ在内管中流动。
结构比较简单、紧凑，一 般用于高压逆流换热的场合。
在一根抽除不凝性气体的密闭金属管内充以一定量的 某种工作液体构成。利用工作液体反复循环地在热端吸热 汽化，蒸汽流到冷端放热凝结，使热量不断的由热端传递 到冷端。
凝结液的回流可以通过不同的方法来实现，如毛细管 作用或重力等。
热管的工作液 体可以是氨、水、 丙酮、汞等。
一、表面式换热器
——冷热流体分别从流道壁面的两侧流过
• 火电厂换热器特性分析
核电厂蒸汽发生器传热计算
●传热设计计算是给定结构形式 和一回路、二回路参数，求取 传热面积。
●传热校核计算是给定设备传 热面积，由已知的一些参数求 另一些参数。
一、自然循环蒸汽发生器的传热设计计算
●蒸汽发生器的热平衡
一回路冷却剂质量流量，kg／s
反应堆冷却剂 的热功率，kW
火力发电厂各类换热器特性分析
燃料在炉膛内燃烧，其火焰和烟气的热量不断 通过中间介质面来吸收并传给水，蒸汽和空气， 这些中介质面就称为锅炉受热面. 锅炉受热面一般有： 水冷壁 过热器 再热器 省煤器 空气预热器 锅炉受热面的作用：用以相应完成给水的预热， 蒸发，过热和再热的任务.
省煤器
空气预热器
基本假定： • 换热器无热损失； • 流体的热容不变； • 传热系数K不变。
tm
tmax tmin ln tmax
tmin