热能与动力机械基础第八章 换热与蓄热装置

g) 斜针翅式换热器
h) 蜂窝形热交换器
i) 板壳式换热器
1－冷水入口 2－蒸汽加热管进口 3－排污管 4 －蒸汽加热管 5－冷却水进口 6－叉管 7－水煤气进口 8－冷却室 9－冷却水出口 10 －分离器 11－水煤气出口 12－回转支座 13－螺旋板 14－定距柱 15－头盖 16－垫片 17－切向接管 18－支架 19－活动端板 20－密封垫 21－上导杆 22－固定端板 23－ 压紧螺杆 24－板片 25－盖板 26－导流片 27－封头 28－翅片 29－隔板 30－封条 31 －热管 a) 盘管形 b) 螺旋板式 c) 板式换热器 d) 板翅 式换热器 e) 翅片式换热器f) 热管式换热器 g) 斜针翅形换热器 h) 蜂窝形换热器 i）板 壳式换热器 图8-4 间壁式换热器的结构型式
图8-1 自然通风循环水冷却塔示图
1—冷却水喷淋装置 2—填料 3—冷却风
插图8-1 火电厂 用双曲线型循环 水冷却塔
蓄热式(或称再生式、回热式)换热器——利用固 体壁面的蓄热作用，让冷、热流体交替流过固体壁 面，达到热量传递的目的。如图2-44所示空气预热 器就属回转型。蓄热式换热器还可分为回转型、阀 门切换型和蓄热体颗粒移动型三种型式 。
1－气体分配器 2－折流板 3－换热管 4－气体 出口
e)
f)
g)
a) 固定管板式 b) 双套管式 c) U形管式 d) 浮头式 e) 螺旋折流板 f) U形管管束 g) 列管管束 图8-5 管壳式换热器结构型式
插图8-4 管壳式换热器 (换热器端盖已打开 )
插图8 － 5

U型管式换热器工作原理
第八章 换热与蓄热装置
8.1 换热器的结构与传热计算 8.2 换热器设计计算基本方法
8.3 热能储存原理 8.4 蓄热技术的应用及蓄热器热设计
换热与蓄热装置是热能利用系统中的两个重要组成 部分，它们分别承担热能的传递和储存、调节的任务。 换热器有哪些类型? 构造上有什么特点及对热量的 传递有什么影响？换热与蓄热的原理?如何进行设计? 这些问题将在本章中得到解决.
8.1 换热器的结构与传热计算
8.1.1 换热器分类
随冷、热流体接触的方式不同，换热器分为间壁 式(也称表面式)直接接触式和蓄热式三种。 间壁式换热器——其工作原理是热流体将热量传 递给冷流体要通过一层固体壁，如锅炉中的省煤器， 各种废热锅炉以及油冷却器等。 直接接触式换热器——如图8-1，火力发电站用 的双曲线壳体型循环水冷却塔。
2) 湍流
Nu 0.023R pr
0.8 e
n
式中，流体被加热时， n 04 ； . 流体被冷却时， n 03 . 。 适用范围为 Re 1104 ~1.2 105
l / d e 60, pr 0.7 ~ 120
光滑管道
| t| | t w t f | 不大。
（2）流体在非园管内(如：方形、锯凿形、波纹形 等流道)及在具有折流板的流道内(为管壳式换热器 中壳侧流道)流动时。 每一种流道都有它各自的计算对流换热系数的关系 式，读者可查阅专门书籍。 （3）流体定向冲刷管束时 不同情况下其计算式也就不同。
1 对流换热系数 （1） 流体在管内流动时 1) 层流
N u 1.86Re pr
适用范围为 Vd Re 2200
1/ 3
d / l f /
1/ 3
0.14

0.48 pr 16700
d Re p r 10 l
0.004 f / 9.75
管壳式换热器是最常用的一种结构型式，它虽然在换 热效率、紧凑性和金属消耗量等方面不及其它换热器， 但是它具有结构坚固、可靠性高、适应性广等优点。 最常见的管壳式换热器有固定管板式(列管式)、双套管 式、U形管式和浮头式几种，见图8-5。
1－管束; 2－管板；3－壳体；4－管箱；5－接管; 6－分程隔板；7－折流板
8.1.3 换热器传热计算的基本公式
换热器传热计算的基本公式为传热方程和热平 衡方程，即传热方程
KFt
热平衡方程

" C1 (t1 t1 )
" C2 (t 2
t2 )
换热器计算中，传热系数K的计算式因不同型式而 异。对于管壳式换热器，可按以下近似式计算： 1 K 1 1 1 2 上式是在壁面清洁的情况下，若壁有结垢时还应考 虑垢层的热阻。 当换热器材质为金属时，通常 甚小，通常可略去， 这时传热系数K为：
今举一例为气流横向冲刷顺列管束，此时的对流放 热系数为
d 0.2Cs Cn
算：

d
Re
0.65
Pr
0.33
Cs 为考虑管束相对节距影响的修正系数，按下式计
Cs 0.2[1 (2 1 3)(1
2
2
) 3 ] 2
8.1.2 间壁式换热器的型式和基本构造
间壁式换热器是应用最广泛的一类换热器，有多 种分类法。 按工作流体间的相对流动方向可分为顺流(或并 流)、逆流、错流和混流多种方式，见图8-2； 按流程数量可分为单程和多程换热器，如图8-3。 按传热表面几何形状可分为很多种，见图8-4。
a) 顺流 b) 逆流 c) 错流 d) 总趋势为逆 流的四次错流 e) 先顺后逆的平行混流 f ) 先逆后顺的串联混流
1 2 K 1 1 1 2 1 2
1
换热器内流体的换热有对流换热和辐射换热，通常 可只考虑对流换热，但在有高温气体时，则高温气 体侧应同时考虑对流和辐射，即
1 d f
射放热系数 ( w / m2 k) 。
2 ( w / m k) ； d f 为辐 式中， d 为对流放热系数
图8-2 流体流动方式
a) (1-1型)单程换热器 b) (1-2型)多程换热器
图8-3
单程和多程换热器
a)
盘管式换热器
b)
螺旋板式换热器
插图8－2 螺旋板式换热器工作原理
c)
可拆式板式热交换器
插图8－3
不可拆式板式热交换器
d) 板翅式热交换器
纵翅
横翅
实物
e) 翅片管热交换器
f) 热管式热交换器