板式换热器设计计算与校核计算
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3184.7
对流传热系数（W/（m2·℃））
11200
11679
污垢系数（（m2·℃）/W）
0.45×10-4
0.45×10-4
压强降（Pa）
46223.6
40625.1
八、附 录
<表1>板式换热器的污垢热阻（m2·℃）/W
<图1>多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献
(1) 《板式换热器工程设计手册》（重排本）杨崇麟主编.北京：机械工业出版社，1998；
换热器
中文名称：
换热器
英文名称：
heat exchanger
其他名称：
热交换器
定义：
将热量从一种载热介质传递给另一种载热介质的装置。
应用学科：
航空科技（一级学科）；航空安全、生命保障系统与航空医学（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
求助编辑百科名片
换热器Leabharlann Baidu
换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。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。换热器种类很多，但根据冷、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。
一、说 明 书
现有一块建筑用地，建筑面积为12500m2，采用高温水在板式换热器中加热暖气循环水。高温水进入板式换热器的温度为100℃，出口的温度为75℃；循环水进入板式换热器的温度为65℃，出口的温度为90℃。供暖面积热强度为293 kJ／(m2·h)。要求高温水和循环水经过板式换热器的压强降均不大于100kPa。请选择一台型号合适的板式换热器。（假设板壁热阻和热损失可以忽略）
(2) 《板式换热器的设计与应用》[J] 刘相宜.山东能源，1989年（4）：1—5。
(3) 《换热器设计手册》（第三卷）[M]E.U.施林德尔 . 马庆芳等译 . 北京：机械工业出版社，1988；
(4) 《换热器设计手册》钱颂文等译.北京：化学工业出版社，2002；
(5) 《热交换器设计手册》（下册）[M]尾花英朗[日].北京：石油工业出版社，1981；
当量直径de= 0.0072 m
板片厚度δo=0.0008(材料为18.8不锈钢)
传热和压降计算关联式如下：
若采用此换热器，则要求过程的总传热系数K≥3100 W／(m2·℃)。
四、验证
（1）算两流体的流速u：
高温水流速：
循环水流速：
（2）算雷诺数Re：
（3）计算努塞尔特数Nu：
（4）求两流体的传热系数α：
高温水传热系数：
循环水传热系数：
（5）求污垢热阻R：
参考<表二>选取两流体的污垢热阻为：
（6）求总传热系数K，并核算：
在板壁热阻和热损失可以忽略时，总传热系数为：
计算表明，K大于选择该型号换热器的初设值K´= 3100W／(m2·℃)，故初选的BR0.3型板式换热器是合适的，满足设计要求。
五、核算
（1）压强降△P核算：
定压比热容cp2=4.18 kJ／(kg·℃)
导热系数λ2=0.669 W／(m·℃)
流体运动黏度ν2=0.4205×10-6m2／s
普兰特数Pr2=2.465
（3）计算热负荷和两流体的质量流速
热负荷：
高温水质量流速：
循环水质量流速：
（4）计算两流体的平均传热温差
对数平均温度差：
循环水的传热单元数：
（4）求两流体的传热系数α
（5）求污垢热阻R
（6）求总传热系数K，并核算
五、核算·············································7
（1）压强降△P核算
（2）换热器的换热量核算
六、结论·············································7
题 目：板式换热器设计及其选用
一、说明书·············································2
二、设计方案·············································3
三、初步选定·············································4
管壳式
管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。
①热的一侧（高温水）在87.5℃下的有关数据如下：
密度ρ1=970.17kg／m3
定压比热容cp1=4.196 kJ／(kg·℃)
导热系数λ1=0.67425 W／(m·℃)
流体运动黏度ν1=0.355×10-6m2／s
普兰特数Pr1=2.145
②冷的一侧（循环水)在77.5℃下的有关数据如下：
密度ρ2=976.3 kg／m3
（1）已知两流体的工艺参数
（2）确定两流体的物性数据
（3）计算热负荷和两流体的质量流速
（4）计算两流体的平均传热温差
（5）初选换热器型号
四、验证·············································6
（1）算两流体的流速u
（2）算雷诺数Re
（3）计算努塞尔特数Nu
可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
注意事项
1、保持管网的清洁，无论是在工作前还是工作完成后，我们都必须对管网中进行清洁处理，这样做的目的是为了避免发生换热器堵塞的现象。还要注意及时对除污器以及过滤器的清洗，让整个工作顺利完成。
2、严重把关软化水，对于任何一种水质把关，这一点是相当重要，在进行对软化水水质处理的前提下，首先要认真检查系统中的水和软化罐水质问题，如果确定合格就可以进行注入处理。
3、流体连接间接式换热器
流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载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，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
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。
(7) 当所选换热器均满足设计要求时，该换热器才是合适的。
三、初步选定
（1）已知两流体的工艺参数
高温水t1´=100℃
t1〞=75℃
△P1≤100 kPa
循环水t2´= 65℃
t2〞= 90℃
△P2≤100 kPa
（2）确定两流体的物性数据
高温水的定性温度为：
循环水的定性温度为：
根据定性温度，分别查取两流体的有关物性数据：
板片厚度（m）：0.0008
材料：18.8不锈钢
工艺参数
名称
热侧
冷侧
物料名称
高温水
循环水
操作温度（℃）
100 / 75
65 / 90
流量（kg / h）
34914
34972
流体密度（kg /m3）
970.17
976.3
流速（m/s）
0.311
0.31
传热量（W）
1049995.6
总传热系数（W/（m2·℃））
二、换热器按用途分类
1、加热器
加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器
预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3、过热器
过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
4、蒸发器
蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
三、按换热器的结构分类
3、新系统检验，对于一些新系统来说，不能马上与换热器进行交替使用，首先需把新的系统在指定的时间段运行，让它有了一个运行模式后，此时方可以把换热器并入系统中使用，这样做的目的完全是为了避免管网中的杂质破坏换热器设备。
行业状况
概述
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。
已知的工艺参数：
住宅建筑面积（m2）
12500
供暖面积热强度（kJ／(m2·h)）
293
流体名称
高温水
循环水
进口温度（℃）
100
65
出口温度（℃）
75
90
压强降（kPa）
≤100
≤100
二、设计方案
(1) 根据热量平衡的关系，求出未知的换热量和质量流量，同时算出两流体的平均温度差；
(2) 参考有关资料、数据，设定总传热系数K，求出换热面积S，根据已知数据初选换热器的型号；
(6)《热交换器原理与设计》史美中、王中铮.东南大学出版社，1996.11；
(7) 《换热器原理及计算》[M]朱聘冠.北京：清华大学出版社，1989；
(8)《机械设计课程设计》巩云鹏.东北大学出版社，2000.12.
(9) 《传热学》[M]杨世铭.北京：人民出版社，1981；
(10)《换热器》（中册）[M]兰州石油机械研究所主编.北京：烃加工出版社，1988；
(3) 运用有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求；
(4) 参考有关资料、数据，查出流体的污垢热阻；
(5) 根据式 求得流体的总传热系数，该值应不小于初设的总传热系数，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；
(6) 如果大于初设值，则再进一步核算两流体的压强降和换热量，是否满足设计要求，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
分类
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：
一、换热器按传热原理分类
热侧流道为流体压缩流道，冷侧流道为流体扩张流道
高温水压强降：
循环水压强降：
计算表明，高温水和冷却水的压强降均满足设计要求。
（2）换热器的换热量核算：
而实际设计要求的热负荷量为：Q= 1017361.1W
即：Q´>Q
故，换热器的换热量满足设计要求。
六、结论
通过计算表明，所选的BRO.3型换热器满足该住宅地用于高温水加热暖气循环水的设计要求。（板壁热阻和热损失可以忽略的情况下）。
由<图1>查得，取：Ф=0.942，
则平均传热温差：
（5）初选换热器型号
根据两流体情况，假设K´=3100 W／(m2·℃)，故：
传热面积：
由换热器系列标准中初选BR0.3型板式换热器，有关工艺参数如下：
换热面积So=35m2
流程组合
单板换热面积Ao=0.368m2
单流道截面积Aε=0.0013392m2
七、设计结果·············································8
八、附录·············································9
表1：板式换热器的污垢热阻
图1：多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献·············································9
1、表面式换热器
表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
2、蓄热式换热器
蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
七、设计结果
换热器型式：BRO.3型板式换热器
板式换热器构造：
1——前支柱；2——活动压紧板；
3——上导杆；4——垫片；5——板片；
6——固定压紧板；7——下导杆；
8——压紧螺柱、螺母。
换热面积（m2）：35
流程组合：
单板换热面积（m2）；0.368
单流道截面积（m2）：0.0013392
当量直径（m）：0.0072
对流传热系数（W/（m2·℃））
11200
11679
污垢系数（（m2·℃）/W）
0.45×10-4
0.45×10-4
压强降（Pa）
46223.6
40625.1
八、附 录
<表1>板式换热器的污垢热阻（m2·℃）/W
<图1>多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献
(1) 《板式换热器工程设计手册》（重排本）杨崇麟主编.北京：机械工业出版社，1998；
换热器
中文名称：
换热器
英文名称：
heat exchanger
其他名称：
热交换器
定义：
将热量从一种载热介质传递给另一种载热介质的装置。
应用学科：
航空科技（一级学科）；航空安全、生命保障系统与航空医学（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
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换热器Leabharlann Baidu
换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。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。换热器种类很多，但根据冷、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。
一、说 明 书
现有一块建筑用地，建筑面积为12500m2，采用高温水在板式换热器中加热暖气循环水。高温水进入板式换热器的温度为100℃，出口的温度为75℃；循环水进入板式换热器的温度为65℃，出口的温度为90℃。供暖面积热强度为293 kJ／(m2·h)。要求高温水和循环水经过板式换热器的压强降均不大于100kPa。请选择一台型号合适的板式换热器。（假设板壁热阻和热损失可以忽略）
(2) 《板式换热器的设计与应用》[J] 刘相宜.山东能源，1989年（4）：1—5。
(3) 《换热器设计手册》（第三卷）[M]E.U.施林德尔 . 马庆芳等译 . 北京：机械工业出版社，1988；
(4) 《换热器设计手册》钱颂文等译.北京：化学工业出版社，2002；
(5) 《热交换器设计手册》（下册）[M]尾花英朗[日].北京：石油工业出版社，1981；
当量直径de= 0.0072 m
板片厚度δo=0.0008(材料为18.8不锈钢)
传热和压降计算关联式如下：
若采用此换热器，则要求过程的总传热系数K≥3100 W／(m2·℃)。
四、验证
（1）算两流体的流速u：
高温水流速：
循环水流速：
（2）算雷诺数Re：
（3）计算努塞尔特数Nu：
（4）求两流体的传热系数α：
高温水传热系数：
循环水传热系数：
（5）求污垢热阻R：
参考<表二>选取两流体的污垢热阻为：
（6）求总传热系数K，并核算：
在板壁热阻和热损失可以忽略时，总传热系数为：
计算表明，K大于选择该型号换热器的初设值K´= 3100W／(m2·℃)，故初选的BR0.3型板式换热器是合适的，满足设计要求。
五、核算
（1）压强降△P核算：
定压比热容cp2=4.18 kJ／(kg·℃)
导热系数λ2=0.669 W／(m·℃)
流体运动黏度ν2=0.4205×10-6m2／s
普兰特数Pr2=2.465
（3）计算热负荷和两流体的质量流速
热负荷：
高温水质量流速：
循环水质量流速：
（4）计算两流体的平均传热温差
对数平均温度差：
循环水的传热单元数：
（4）求两流体的传热系数α
（5）求污垢热阻R
（6）求总传热系数K，并核算
五、核算·············································7
（1）压强降△P核算
（2）换热器的换热量核算
六、结论·············································7
题 目：板式换热器设计及其选用
一、说明书·············································2
二、设计方案·············································3
三、初步选定·············································4
管壳式
管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。
①热的一侧（高温水）在87.5℃下的有关数据如下：
密度ρ1=970.17kg／m3
定压比热容cp1=4.196 kJ／(kg·℃)
导热系数λ1=0.67425 W／(m·℃)
流体运动黏度ν1=0.355×10-6m2／s
普兰特数Pr1=2.145
②冷的一侧（循环水)在77.5℃下的有关数据如下：
密度ρ2=976.3 kg／m3
（1）已知两流体的工艺参数
（2）确定两流体的物性数据
（3）计算热负荷和两流体的质量流速
（4）计算两流体的平均传热温差
（5）初选换热器型号
四、验证·············································6
（1）算两流体的流速u
（2）算雷诺数Re
（3）计算努塞尔特数Nu
可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
注意事项
1、保持管网的清洁，无论是在工作前还是工作完成后，我们都必须对管网中进行清洁处理，这样做的目的是为了避免发生换热器堵塞的现象。还要注意及时对除污器以及过滤器的清洗，让整个工作顺利完成。
2、严重把关软化水，对于任何一种水质把关，这一点是相当重要，在进行对软化水水质处理的前提下，首先要认真检查系统中的水和软化罐水质问题，如果确定合格就可以进行注入处理。
3、流体连接间接式换热器
流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载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，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
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。
(7) 当所选换热器均满足设计要求时，该换热器才是合适的。
三、初步选定
（1）已知两流体的工艺参数
高温水t1´=100℃
t1〞=75℃
△P1≤100 kPa
循环水t2´= 65℃
t2〞= 90℃
△P2≤100 kPa
（2）确定两流体的物性数据
高温水的定性温度为：
循环水的定性温度为：
根据定性温度，分别查取两流体的有关物性数据：
板片厚度（m）：0.0008
材料：18.8不锈钢
工艺参数
名称
热侧
冷侧
物料名称
高温水
循环水
操作温度（℃）
100 / 75
65 / 90
流量（kg / h）
34914
34972
流体密度（kg /m3）
970.17
976.3
流速（m/s）
0.311
0.31
传热量（W）
1049995.6
总传热系数（W/（m2·℃））
二、换热器按用途分类
1、加热器
加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器
预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3、过热器
过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
4、蒸发器
蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
三、按换热器的结构分类
3、新系统检验，对于一些新系统来说，不能马上与换热器进行交替使用，首先需把新的系统在指定的时间段运行，让它有了一个运行模式后，此时方可以把换热器并入系统中使用，这样做的目的完全是为了避免管网中的杂质破坏换热器设备。
行业状况
概述
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。
已知的工艺参数：
住宅建筑面积（m2）
12500
供暖面积热强度（kJ／(m2·h)）
293
流体名称
高温水
循环水
进口温度（℃）
100
65
出口温度（℃）
75
90
压强降（kPa）
≤100
≤100
二、设计方案
(1) 根据热量平衡的关系，求出未知的换热量和质量流量，同时算出两流体的平均温度差；
(2) 参考有关资料、数据，设定总传热系数K，求出换热面积S，根据已知数据初选换热器的型号；
(6)《热交换器原理与设计》史美中、王中铮.东南大学出版社，1996.11；
(7) 《换热器原理及计算》[M]朱聘冠.北京：清华大学出版社，1989；
(8)《机械设计课程设计》巩云鹏.东北大学出版社，2000.12.
(9) 《传热学》[M]杨世铭.北京：人民出版社，1981；
(10)《换热器》（中册）[M]兰州石油机械研究所主编.北京：烃加工出版社，1988；
(3) 运用有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求；
(4) 参考有关资料、数据，查出流体的污垢热阻；
(5) 根据式 求得流体的总传热系数，该值应不小于初设的总传热系数，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；
(6) 如果大于初设值，则再进一步核算两流体的压强降和换热量，是否满足设计要求，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
分类
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：
一、换热器按传热原理分类
热侧流道为流体压缩流道，冷侧流道为流体扩张流道
高温水压强降：
循环水压强降：
计算表明，高温水和冷却水的压强降均满足设计要求。
（2）换热器的换热量核算：
而实际设计要求的热负荷量为：Q= 1017361.1W
即：Q´>Q
故，换热器的换热量满足设计要求。
六、结论
通过计算表明，所选的BRO.3型换热器满足该住宅地用于高温水加热暖气循环水的设计要求。（板壁热阻和热损失可以忽略的情况下）。
由<图1>查得，取：Ф=0.942，
则平均传热温差：
（5）初选换热器型号
根据两流体情况，假设K´=3100 W／(m2·℃)，故：
传热面积：
由换热器系列标准中初选BR0.3型板式换热器，有关工艺参数如下：
换热面积So=35m2
流程组合
单板换热面积Ao=0.368m2
单流道截面积Aε=0.0013392m2
七、设计结果·············································8
八、附录·············································9
表1：板式换热器的污垢热阻
图1：多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献·············································9
1、表面式换热器
表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
2、蓄热式换热器
蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
七、设计结果
换热器型式：BRO.3型板式换热器
板式换热器构造：
1——前支柱；2——活动压紧板；
3——上导杆；4——垫片；5——板片；
6——固定压紧板；7——下导杆；
8——压紧螺柱、螺母。
换热面积（m2）：35
流程组合：
单板换热面积（m2）；0.368
单流道截面积（m2）：0.0013392
当量直径（m）：0.0072