传热原理及换热器设计详解
换热器设计手册
换热器设计手册换热器设计手册第一部分：引言换热器在许多工业领域中起着至关重要的作用，能够有效地传递热量和冷却介质。
本手册旨在提供关于换热器设计的详细说明和指导，以确保设计和运行的安全性、可靠性和高效性。
第二部分：换热器的基本原理和分类2.1 换热器的基本原理换热器是通过将热量从一个介质传递到另一个介质来实现的。
基于传热原理，换热器可以分为传导、对流和辐射换热器。
2.2 换热器的分类根据换热介质的流动方式和传热机理，换热器可以分为管壳式换热器、板式换热器、螺旋板换热器等。
第三部分：换热器设计的影响因素3.1 流体参数流体参数包括流体的流量、温度、压力、热导率等。
这些参数将直接影响到换热器的传热效果和换热面积的确定。
3.2 材料选择换热器的材料选择对其使用寿命和换热效率有着重要的影响。
应根据介质的性质和工作环境进行材料选择，并考虑材料的耐腐蚀性、导热性等因素。
3.3 热负荷计算通过计算热负荷，可以确定换热器的尺寸和换热面积。
热负荷计算依赖于流体参数和换热器的设计要求。
第四部分：换热器的设计步骤4.1 确定换热方式根据介质的性质和工艺要求，选择合适的换热方式，如对流换热、辐射换热或传导换热。
4.2 计算传热面积根据热负荷计算结果，确定换热器的传热面积。
传热面积的计算需要考虑流体参数和介质的传热特性。
4.3 确定换热器尺寸和形状根据换热器的传热面积和流体参数，确定换热器的尺寸和形状。
应确保设计的换热器能够有效地传递热量和具有合理的流体阻力。
4.4 选择材料根据介质的性质和工作环境，选择合适的材料。
应考虑材料的耐腐蚀性、导热性和可加工性等因素。
第五部分：换热器的安装和维护5.1 安装要求换热器的安装应符合相关的安全标准和操作规程。
在安装过程中，应注意保护换热器的密封性和防止外部损坏。
5.2 运行和维护换热器的运行和维护需要定期检查和保养。
应注意定期清洗换热器以防止结垢和污垢的堆积，避免影响换热器的传热效果。
换热器设计原理
换热器设计原理
换热器设计原理即通过传导、对流和辐射三种方式实现热量的传递和交换。
换热器是一种用于加热或冷却流体的设备，常见于工业生产、暖通空调系统以及汽车发动机等领域。
传导是换热器中最基本的传热方式之一。
当两个物体的温度不相同时，它们之间会产生相互传导热量的现象。
传导通过物体内部的微观震动来传递能量，换热器中的传导主要通过盘管、管道等直接接触热源和冷源的部分实现。
对流是换热器中最常见的传热方式。
当热源与冷源之间有流体介质时，它们通过流体的运动来传递热量。
对流分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指由于温度差引起的流体自然的密度变化和热对流现象。
而强制对流是通过外部的力量，如风扇或泵等，来强迫流体运动以实现换热。
辐射是热量以电磁辐射的形式传递的方式。
当物体的温度高于绝对零度时，它会发射热辐射，这种辐射能够穿过真空传递热量。
换热器中的辐射通过热辐射表面（如金属片或陶瓷片）实现热量的传递和吸收。
基于以上原理，换热器的设计需要考虑以下几个方面：
1. 确定换热器的传热方式：根据具体的应用需求和工作条件，选择合适的传热方式（传导、对流或辐射）或它们的组合；
2. 决定换热面积：根据所需的换热量和传热系数，计算出合适的换热面积；
3. 选择换热器材料：根据工作温度、压力和介质特性等因素，
选择适合的换热器材料，如不锈钢、铜、铝等；
4. 设计换热器结构：包括换热器的形状、大小、管道布置和流体流动方式等，以实现最佳的换热效果；
5. 确保换热器的有效运行：包括管路的密封、泄露检测和定期维护等，以确保换热器的效率和安全性。
换热器原理与设计
换热器原理与设计
换热器是一种用于热传递的设备，其原理基于热量的传导、对流和辐射等传热机制。
换热器被广泛应用于各个领域，如工业加热和冷却系统、空调系统、汽车发动机等。
换热器的设计需要考虑多种因素，包括传热效能、压降、材料选择等。
传热效能是衡量换热器性能的一个重要指标，该指标可以通过比较进出口流体的温度差和流量来计算得出。
传热效能越高，换热器完成热传递的能力就越强。
在设计换热器时，首先需要确定换热器的类型。
常见的换热器类型包括壳管式换热器、板式换热器、管式换热器等。
每种类型的换热器有着不同的结构和传热性能。
换热器的选择还需要考虑流体的特性。
流体的热导率、密度、比热容等参数会直接影响到换热器的设计。
同时，流体的温度、流量以及换热要求也需要考虑进去。
在设计过程中，还需要注意换热器的流体阻力问题。
流体在通过换热器时会产生阻力，这会导致压力降低。
为了降低流体阻力，可以采用合适的管道直径和流道设计。
另外，材料的选择也非常重要。
换热器需要能够承受高温、高压以及一定的腐蚀性，因此常用的材料包括不锈钢、铜、铝等。
根据具体的工作环境和需求，选择适合的材料可以保证换热器的使用寿命和工作效率。
总之，换热器的设计需要考虑多种因素，包括传热效能、流体特性、流体阻力以及材料选择等。
通过合理设计和选择合适的换热器，可以实现高效的热传递。
换热器原理与设计
换热器原理与设计
换热器是一种机械设备，它的主要作用是在不同流体之间传递热能，从而从一个流体系统中转移热量到另一个流体系统中。
换热器分为直接换热器和间接换热器，其原理主要是外壳换热器，波纹管换热器，盘管换热器和桥壳换热器等。
外壳换热器分为管状换热器和壳状换热器。
它们通常使用曲线管形式，由放置在外部壳体内部的内管，围绕其外表面运动流体，然后与外管的外表面冷却流体热量。
波纹管换热器主要由内管、定子、波纹管等组成。
定子和波纹管与内管圆柱体内壁紧密地结合在一起，外管和内管之间形成空气层，从而形成热隔离结构。
翅片的弯曲和相互结合使流体在接触的表面上有更大的传热效果。
盘管换热器是由管状容器、盘管、流体分配器等组成。
界面上的接触面积大，配有叶片，用于促进流体混合，以改善传热效率，热阻参数小，容量很大，传热量可以满足较高的工况要求。
桥壳换热器由内壳，节流器，外壳，内外壳组成。
内壳和外壳之间有一个空气层填充，节流器将内壳和外壳连接，形成内外流体两侧的热交换界面，实现内外流体的热量传递。
换热器工作原理讲解
换热器工作原理讲解换热器是一种常见的热交换设备，用于在不同的流体之间传递热量。
它广泛应用于化工、石油、电力、冶金等行业中，具有节能、高效的特点。
本文将详细介绍换热器的工作原理。
一、换热器的基本结构换热器一般由壳体、管束和传热介质组成。
其中，壳体通常由钢板制成，具有一定的强度和密封性。
管束是换热器的核心部分，由一系列的管子组成，通过它们与介质进行热交换。
传热介质则是传递热量的介质，可以是液体、气体或蒸汽等。
二、换热器的传热方式换热器的传热方式有三种：对流换热、传导换热和辐射换热。
1. 对流换热对流换热是指通过流体的对流传热进行热量交换。
换热器内的流体分为两种：一个是工作介质，即需要传热或降温的流体；另一个是传热介质，即用于传递热量的流体。
工作介质在管束内流动，而传热介质在壳体外流动。
当两者经过接触面时，热量会从高温流体传递到低温流体。
2. 传导换热传导换热是指通过固体的传导传递热量。
换热器中的管束和壳体都是由金属材料制成，金属具有较好的导热性。
当工作介质在管子内流动时，由于管子与管子之间有热交换，热量会通过管材的导热传递到周围环境。
3. 辐射换热辐射换热是指通过电磁波的辐射传递热量。
当换热器的温度较高时，会向周围空间发射电磁波，这些电磁波会被其他物体吸收并转化为热能。
这种换热方式在高温和真空环境下较为常见。
三、换热器的工作过程换热器的工作过程可以分为三个步骤：加热、传热和冷却。
1. 加热首先，工作介质进入换热器的一个侧面，经过管子的内部流动。
同时，传热介质从壳体进入，通过管束的外部流动。
此时，传热介质的高温和工作介质的低温之间存在温差，导致热量向工作介质传递，使工作介质得到加热。
2. 传热在传热过程中，热量通过对流、传导和辐射的方式在工作介质和传热介质之间进行交换。
工作介质经过管束内流动，热量会通过管材的导热传递到管壁上。
而传热介质在壳体外流动，热量则通过壳体与传热介质之间进行传导和对流传热。
3. 冷却最后，经过传热后的工作介质会变热，而传热介质则会冷却下来。
传热与换热器设计
m
t m
t 1 t 2 ln( t1 )
t 2
K
i
0
1
R1 R2
第二部分 GB151-1999
1、GB151-1999标准的适用范围
（1）本标准适用于固定管板式、浮头式、U 形管式和填函式换热器；
（2）适用的参数为： DN≤2600mm，PN≤35MPa， 且DN×PN≤1.75×104（mm·MPa）。
第二部分 GB151-1999
（2）而当管程压力高于壳程压力时，GB151规 定：接头试压应按图样规定，或按供需双方商定 的方法进行。出现上述工况时，一般按如下处理 方法：
1）用0.9ΦReL的应力值计算壳程的试验压力， 以尽量提高壳程试验压力使其达到管程试验压力， 但此时必须注意壳程其它元件是否也能承受在此 试验压力下的强度及密封性能。
第二部分 GB151-1999
用上述办法不能提高到规定的管程试验压力 时，可采取以下办法：
① 若差距不大，可以考虑适当增加厚度； ② 如仍然相差甚远，则只能以壳程允许的 最大试验压力试压，其后，再在壳程用氨渗透、 卤素渗透或氦渗透进行补充性试验。 2）对于可抽式管束，可先打管程高压，用 窥视镜从管板背面检查泄露情况。
第一部分 传热基本知识
⑤蒸汽一般走壳程，便于排液，传热系数也大。 ⑥粘度大的流体一般走壳程，便于提高流速。 ⑦给热系数小的流体如气体，应走壳程，易于提
高速度。 ⑧流量小的流体走壳程，易改变流动状态提高湍
动程度。
第一部分 传热基本知识
二、传热基本方程：
Qe K A t m
A
K
Qe t
蚀裕量的厚度。视换热管胀接和焊接取不同 的厚度。见GB151第5.6.2.1和5.6.2.2条。
换热器的设计原理
换热器的设计原理换热器是一种用于传递热量的设备，它可以将热量从一个物体传递到另一个物体，从而实现热能的转移和利用。
换热器的设计原理主要包括传热方式、传热介质、换热器的结构和流动方式等。
传热方式是换热器设计的基础。
常见的传热方式有传导、传热和对流。
传导是指热量通过固体物质直接传递的过程，而传热是通过流体介质进行热量传递的过程。
对流则是通过流体的对流运动实现热量传递。
换热器根据传热方式的不同，可以分为传导式换热器、传热式换热器和对流式换热器。
传热介质是换热器设计中的关键要素。
常见的传热介质有气体、液体和固体。
选择适当的传热介质可以提高换热效果和效率。
比如，在液体换热器中，常用的传热介质是水，因为水的热导率较高，并且易于获得和运输。
而在空气冷却器中，常用的传热介质是空气，因为空气的热容量大，且不易引起腐蚀。
换热器的结构也是设计的重要考虑因素之一。
换热器的结构形式多种多样，常见的有管壳式换热器、板式换热器、管束式换热器等。
管壳式换热器是最常见的一种结构形式，它由一个外壳和管束组成，通过管壳两侧的流体实现热量的传递。
而板式换热器采用一系列平行的金属板，通过板与板之间的薄液膜实现传热。
管束式换热器则是在外包管中加入一束管子，通过管内外的流体实现热量的传递。
流动方式是换热器设计中的另一个重要因素。
流动方式包括顺流流动、逆流流动和混合流动等。
顺流流动是指热量和流体在换热器中的流动方向相同，逆流流动则是指热量和流体在换热器中的流动方向相反，而混合流动则是指热量和流体在换热器中的流动方向不确定。
不同的流动方式对换热效果和效率都有一定的影响，根据具体的应用需求选择合适的流动方式非常重要。
除了以上几个设计原理外，还需要考虑换热器的压力损失、换热系数和热传导阻力等因素。
压力损失是指流体在经过换热器时由于阻力造成的压力降低，可以通过合理的设计减小压力损失，提高能量利用效率。
换热系数是反映换热器传热能力的指标，可以通过优化换热器的结构和流动方式来提高换热系数。
传热原理及传热设备
传热原理及传热设备一、传热原理传热是物质内部或不同物质之间能量传递的过程，可以分为传导、对流和辐射三种方式。
1. 传导传导是指热量通过固体物质的分子传递，分为导热和扩散两种方式：•导热：热量通过物质中的导热子（如电子、电子空穴、振动子等）传递，是固体传热的主要方式。
导热能力与物质的热导率有关。
•扩散：热量通过物质中的不同分子在热运动中的传递，是固体和气体传热的主要方式。
2. 对流对流是指通过流体（液体或气体）介质的热量传递，通常包括自然对流和强制对流两种方式：•自然对流：由于热的浮力作用，流体的循环产生热量传递，如水的烧沸过程中产生的对流。
•强制对流：通过外界力（如风扇、泵等）的作用引起流体的流动，加快热量传递。
3. 辐射辐射是指通过电磁波辐射的方式进行热量传递，不需要介质参与。
辐射传热主要是通过发射和吸收辐射能量来传递热量。
材料的辐射能力与其温度、表面特性有关。
二、传热设备传热设备是用于实现热量传递的装置，根据传热方式的不同，可以分为传导传热设备、对流传热设备和辐射传热设备。
1. 传导传热设备传导传热设备主要用于传导传热方式的应用，常见的设备包括：•散热片：通过扩大表面积，提高固体材料与周围介质之间的传热效率。
•导热管：利用高热导率的材料，在内外两端形成热媒介传递热量。
•热交换器：将两个介质间的热量进行传递，常用于工业生产过程中的冷却和加热。
2. 对流传热设备对流传热设备主要用于对流传热方式的应用，常见的设备包括：•换热器：通过在不同介质之间设置换热管，实现热量的传递和交换。
•冷凝器：将气体或蒸汽冷却成液体，通过换热器进行热量传递。
•散热器：利用风扇或水冷装置将设备散发的热量传递到空气或水中。
3. 辐射传热设备辐射传热设备主要用于辐射传热方式的应用，常见的设备包括：•太阳能集热器：利用反射板和辐射板将太阳能转化为热能。
•电炉：通过电能转化为热能，并通过辐射进行热量传递。
三、传热设备的选择考虑因素在选择传热设备时，需要考虑以下因素：1.传热效率：传热设备的传热效率高低直接影响到能源利用效率和使用成本。
换热器的工作原理
换热器的工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，它的工作原理是利用流体之间的热交换实现热量的传递。
换热器广泛应用于工业生产、能源系统、空调系统等领域，起到了重要的热能转移作用。
换热器的工作原理可以简单描述为热量传导和对流传热的过程。
下面将详细介绍换热器的工作原理。
1. 热量传导：换热器中的热量传导是指热量通过固体壁板的传递。
换热器通常由两个流体流经相邻的金属壁板，热量从一个流体通过壁板传递给另一个流体。
这种热量传导是通过壁板的分子振动和碰撞实现的。
壁板通常是由导热性能较好的金属材料制成，如铜、铝、不锈钢等。
2. 对流传热：对流传热是指热量通过流体的传递。
换热器中的两个流体在壁板两侧形成了对流层，热量通过对流层的传递完成热交换。
对流传热受到流体的流速、流体性质以及壁板的热传导性能等因素的影响。
换热器的工作原理可以分为两种类型：直接传热和间接传热。
1. 直接传热：直接传热是指两个流体直接接触并交换热量。
例如，水和蒸汽在换热器中直接接触并交换热量。
这种方式通常适用于两个流体之间温度差较小的情况。
直接传热的优点是传热效率高，但由于两个流体直接接触，可能存在污染、腐蚀等问题。
2. 间接传热：间接传热是指两个流体通过壁板进行热量传递，彼此之间不直接接触。
例如，热水通过管道流经换热器的壁板，与空气进行热量交换。
这种方式通常适用于两个流体之间温度差较大的情况。
间接传热的优点是能够避免两个流体之间的混合和污染。
换热器的性能评价指标主要包括传热系数、压降和换热面积。
1. 传热系数：传热系数是指单位面积上的热量传递量。
传热系数越大，换热器的传热效率越高。
传热系数受到流体性质、流速、壁板材料等因素的影响。
2. 压降：压降是指流体通过换热器时的压力损失。
压降越小，流体通过换热器的阻力越小，能耗也就越低。
压降受到流速、管道长度、管道直径等因素的影响。
3. 换热面积：换热面积是指用于热量传递的有效面积。
换热面积越大，热量传递的面积也就越大，传热效率也会提高。
换热器 设计手册
换热器设计手册第一部分：换热器概述换热器是工业生产中常用的设备，用于将热能从一个流体传递到另一个流体，以实现热能的平衡和利用。
在化工、能源、制药、食品等行业都有广泛的应用。
本手册将以换热器的设计、选择、运行与维护为主要内容，为工程师和操作人员提供全面的指导和参考。
第二部分：换热器设计原理1. 热传导原理：介绍热量在换热器中的传导过程，包括对流、传导、辐射等热传导方式。
2. 换热器工作原理：介绍不同类型换热器的工作原理，如壳管式、板式、螺旋式等。
3. 换热器设计参数：详细介绍换热器设计中的参数，如传热系数、流体速度、材料选取等。
第三部分：换热器设计流程1. 换热器类型选择：根据不同工艺要求和流体特性选择合适的换热器类型。
2. 换热器计算及模拟：对换热器进行热平衡计算和流体模拟，确定换热器的尺寸和传热面积。
3. 换热器结构设计：设计换热器壳体、管束、管板、密封装置等结构。
4. 材料选取：根据工作条件和流体性质选择合适的材料，包括金属、非金属等。
5. 换热器性能分析：对设计的换热器进行性能评估，确保满足工艺要求。
第四部分：换热器运行与维护1. 换热器安装与调试：介绍换热器的安装、泄漏检测、气密性测试等。
2. 换热器运行优化：讲述换热器的操作技巧和运行优化方法，包括流体控制、温度调节等。
3. 换热器维护与保养：指导换热器的定期检查、清洗、维护和更换零部件。
第五部分：换热器设计案例分析通过实际的换热器设计案例，分析不同场景下的换热器选型、设计、运行和维护过程，并总结经验和教训。
结语本手册以换热器设计为主线，系统介绍了换热器的原理和应用，涵盖了设计、选择、运行和维护的全过程。
希望通过本手册的阅读，读者能够对换热器设计有全面的了解，并能在实际工程中有效应用。
换热器工作原理
换热器工作原理标题：换热器工作原理引言概述：换热器是工业生产中常用的设备，用于传递热量并实现物质的热交换。
了解换热器的工作原理对于提高生产效率和节约能源具有重要意义。
一、传热机理1.1 对流传热：流体在换热器内部流动，通过流体与壁面的热传递实现热量传递。
1.2 辐射传热：换热器内部的热源向周围空间辐射热量，使介质温度升高。
1.3 导热传热：通过换热器壁面的传热，将热量传递给另一侧介质。
二、换热器结构2.1 管式换热器：由管束和管板组成，介质在管内流动，实现热量传递。
2.2 板式换热器：由多层板组成，介质在板间流动，通过板间热传递实现换热。
2.3 换热管束：管束内部通过流体循环，实现热量传递，管束结构多样，适用于不同介质。
三、换热器工作原理3.1 热量传递：介质在换热器内部流动，通过传热机理实现热量传递。
3.2 温度差：介质在换热器内部的温度差异导致热量传递，实现温度调节。
3.3 热效率：换热器工作原理决定了热效率，合理设计和操作可以提高热效率。
四、换热器分类4.1 按传热方式分类：包括对流换热器、辐射换热器和导热换热器。
4.2 按结构分类：包括管式换热器、板式换热器、换热管束等。
4.3 按介质分类：根据介质性质和工艺要求选择不同类型的换热器。
五、换热器应用5.1 工业生产：换热器广泛应用于化工、石油、食品等工业领域，实现热能转化和能源利用。
5.2 暖通空调：换热器在暖通空调系统中起着关键作用，实现室内外热量交换。
5.3 新能源利用：换热器在新能源领域中也有应用，如太阳能热水器、地源热泵等。
结语：换热器作为重要的热能转换设备，在工业生产和生活中发挥着重要作用。
了解换热器的工作原理对于提高能源利用效率和生产效率具有重要意义。
希望本文对读者有所帮助。
换热器工作原理讲解
换热器工作原理讲解换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
它能够将热量从一个流体传递到另一个流体，实现能量的转移和利用。
本文将深入探讨换热器的工作原理，帮助读者更好地理解和应用这一设备。
一、传热方式换热器的工作原理涉及到传热方式的选择。
常见的传热方式包括对流传热、辐射传热和传导传热。
在换热器中，主要采用对流传热和传导传热两种方式。
1. 对流传热对流传热是指通过流体的对流来传递热量。
流体可以是液体或气体，通过流体流动，热量会从高温区域传递到低温区域。
在换热器中，流体通常通过管道或管束流动，通过管壁和另一个流体间接传热。
对流传热可分为强制对流和自然对流两种方式，具体的选择取决于应用需求和工艺条件。
2. 传导传热传导传热是指热量通过物质的直接接触和分子振动传递。
当换热器中的两个流体之间有实体接触或通过固体壁分隔时，传导传热就会发挥作用。
这种传热方式通常在板式换热器中使用，效果较好。
二、换热器的基本构成换热器通常由两个流体的流动通道、壳体和传热面组成。
下面将详细介绍每个部分的作用和结构。
1. 流动通道换热器中的流动通道是流体流动的通道，用于传递热量。
通常有两种类型的流动通道：单相流体通道和多相流体通道。
单相流体通道适用于同一种流体的换热，如冷却水或蒸汽。
多相流体通道适用于两种或两种以上具有不同性质的流体之间的换热，如水-气、水-油等。
多相流体通道通常采用板式换热器的形式，能够实现高效传热。
2. 壳体换热器的壳体是容纳流动通道的外部壳体，起到支撑和保护作用。
壳体通常由金属或塑料制成，具有良好的强度和密封性。
3. 传热面传热面是流体之间进行热量传递的界面。
传热面可以是管壁、板式换热器中的板片，也可以是螺旋形或螺旋环形的结构。
传热面的设计和选择对换热器的传热效果起着重要的影响。
三、不同类型的换热器根据换热器的结构和工作原理的不同，可以将其分为多种类型。
下面将介绍常见的几种换热器类型及其特点。
化工原理17换热器的传热计算
02
传热的基本原理
热传导
01
热传导是热量在物体内部由高 温区域向低温区域传递的过程 ，主要通过物体内部的微观粒 子运动和碰撞来实现。
02
热传导的速率与物体的导热系 数、温度梯度以及物体厚度有 关。
03
导热系数是描述物质导热性能 的参数，其值越大，物质的导 热性能越好。
对流换热
对流换热是指流体与固体壁面之间的热量传递过程，是传热的重要方式之 一。
对流换热的速率主要取决于流体的流动状态（层流或湍流）、流体与壁面 之间的温差、流体的物理性质以及壁面的几何形状。
对流换热通常采用牛顿冷却公式进行计算，公式中包含了流体与壁面之间 的对流换热系数。
辐射换热
辐射换热是指物体通过电磁波的形式将热量传递 给其他物体的过程。
辐射换热的速率与物体的发射率、温度以及周围 物体的发射率和温度有关。
总结词
设计参数确定、传热面积计算、 热负荷计算、材料选择
传热面积计算
根据热量平衡原理，计算换热 器的传热面积。
材料选择
根据工艺条件和设计参数，选 择合适的材料，确保换热器的 性能和寿命。
案例二：某反应器的传热过程模拟
总结词
模拟软件选择、模型 建立、模拟结果分析、 优化建议
模拟软件选择
选择适合的反应器传 热过程模拟软件，如 Aspen、Simulink等。
的影响。
传热系数的计算与确定
总结词
传热系数是衡量换热器传热效率的重要参数，其计算方法取决于具体的传热过程和换热器类型。
详细描述
传热系数的计算与确定需要考虑多种因素，如换热器材料的导热性能、流体流动状态、流体的物性参数以及换热 器结构等。根据不同的传热过程和换热器类型，可以采用不同的计算方法来确定传热系数，如经验公式、实验测 定和数值模拟等。
化工原理换热器设计
化工原理换热器设计化工原理换热器设计换热器是一种用于加热、降温、密闭蒸发及真空加热干燥等工艺的热交换设备，广泛应用于化工、制药、食品、能源等行业。
在化工生产中，换热器的选型和设计是关键步骤，它能够对生产过程中的能源消耗、产品质量和安全生产产生极大的影响。
一、换热传热原理对于换热器而言，传热是其中最核心的原理。
换热器常用的传热方式有三种：对流、传导和辐射。
在化工过程中，主要采用对流传热方式，即通过流体间热量的传递来进行换热。
同时，设计中还需要考虑到热传导、影响换热效果的温度、流速、密度、热容等物理量，以及流体本身的性质。
二、换热器类型和结构换热器的类型和结构有很多种，根据传热方式的不同可以分为管壳式、板壳式和实心管式等。
其中，管壳式换热器是最常见的一种类型，通常由套管、管子和管板等组成。
套管是换热器的外壳，一般用钢板、铝合金等制成，套管的内部是一组纵向安装且参差不齐的管子，管板则用来固定管子并将其分组。
三、化工原理换热器设计要点1. 选取合适的传热面积在换热器的设计中，传热面积是十分重要的参数之一，不仅影响换热器的传热效率，而且直接影响其尺寸和重量。
所以需要根据具体工艺流程的要求，选择合适的表面积，以达到工艺流程的要求。
2. 制定合理的流动方案流量对于换热器的传热效率也有着极大的影响，因此，需要制定合理的流动方案，避免流体产生剧烈的流动过程，以做到最小的传质阻力。
3. 合理选择材质基于化工领域的产品多变性与毒性，需要选择合理的材质进行制造，在保证产品质量和腐蚀性的前提下，可以选择不同种类的金属材料。
4. 合理设计换热器管子结构在进行换热器设计时，需要注意管子设计的合理性，以避免产生过大的压降和传热不均的情况，同时，管子的连接方式和防止泄露的措施也需要斟酌。
5. 充分考虑安全因素工业生产中关于安全问题的考虑，不能仅仅局限于工艺生产过程中，对于换热器的选型排除并发生的安全风险，更应该谨慎。
综上所述，换热器在化工领域中起着重要的作用，设计人员可以根据自己实际的需求和知识技能，选择适当的换热器类型，根据传热原理结合热力学理论和操作经验，进行合理设计来达到更好的生产效益。
换热器设计手册 (2)
换热器设计手册1. 引言换热器是一种用于将热量从一个介质传递到另一个介质的设备。
它广泛应用于工业生产、能源系统和空调等领域中。
换热器的设计对于确保良好的热量传递效率至关重要。
本手册将介绍换热器设计的基本原理、常见的换热器类型以及设计过程中需要考虑的关键因素。
2. 换热器基本原理换热器的基本原理是利用热传导和流体运动来实现热量的传递。
换热器通常由两种介质流体通过分离的通道流动，介质1流经一个通道，介质2流经另一个通道。
换热器的目的是将介质1中的热量传递给介质2，或者将介质2中的热量传递给介质1。
换热器的热量传递可以通过对流、传导和辐射等多种机制来实现。
对流是指流体与固体表面之间的热量传递，传导是指通过固体材料的热传导来实现热量传递，辐射是指由于温度差引起的热辐射。
在换热器设计中，通常会根据具体情况选择合适的热传递机制。
3. 常见的换热器类型3.1 管壳式换热器管壳式换热器是一种常见的换热器类型，它由一个壳体和多个管束组成。
介质1通过壳体外部流动，介质2则通过管束内部流动。
热量通过管壁传递，从而实现介质1和介质2之间的热量交换。
管壳式换热器具有较大的热交换面积，适用于处理大流量和高温度差的情况。
3.2 板式换热器板式换热器是一种将多个金属板堆叠在一起形成的换热器。
介质1和介质2分别通过相邻的板间流动，热量通过板之间的传导实现热量传递。
板式换热器具有紧凑的结构和较高的热交换效率，适用于处理低流量和小温度差的情况。
3.3 管束式换热器管束式换热器由多个管束组成，每个管束内部流动的介质可以与其他管束中的介质进行热量交换。
管束式换热器适用于多个介质之间需要进行热量交换的情况。
3.4 其他类型的换热器除了上述常见的换热器类型，还有许多其他类型的换热器，如螺旋板式换热器、管栅板式换热器等。
根据具体的应用场景和要求，可以选择合适的换热器类型。
4. 换热器设计过程换热器设计的过程通常可以分为以下几个步骤：4.1 确定热量传递要求首先要确定换热器需要传递的热量，包括热负荷和传热表面积等参数。
换热器原理知识点总结
换热器原理知识点总结一、换热器的基本原理（一）热传导和对流传热换热器的换热过程主要涉及到热传导和对流传热两种方式。
热传导是指热量通过物体内部的传递方式，对流传热则是指流体与物体表面发生热量交换的过程。
在换热器中，通过这两种方式实现两种流体之间的热量传递。
（二）换热器的热力学基础换热器的热力学基础主要涉及热平衡、温度差、热传导等概念。
在换热器中，不同流体之间必须达到热平衡，即两种流体的温度相等。
换热器的有效性取决于流体之间的温差，温差越大，热量传递效率越高。
此外，热传导是换热的主要方式之一，它取决于物体的热导率、厚度和传热面积等因素。
二、换热器的分类（一）按换热方式分类按照换热方式的不同，换热器可以分为直接接触换热器和间接换热器。
直接接触换热器是指两种流体直接接触并交换热量，常见的有冷凝器和蒸发器；间接换热器则是指通过换热表面将两种流体的热量传递，常见的有管壳式换热器和板式换热器等。
（二）按换热器结构分类换热器的结构形式有很多种，常见的包括管式换热器、壳管式换热器、板式换热器、螺旋板片换热器等。
不同的结构形式适用于不同的工艺条件和换热要求。
（三）按换热性能分类换热器的性能可分为传热效率、压降、热应力等，这些性能指标对换热器的运行稳定性、能效和安全性有重要影响。
传热效率是衡量换热器性能的重要指标，不同的流体、流速、换热面积等因素都会影响传热效率。
三、换热器的性能参数（一）传热系数传热系数是衡量换热器性能的重要参数之一，它表示单位时间内单位换热面积上的传热量。
传热系数的大小直接影响着换热效率和设备尺寸，传热系数越大，换热器的性能越好。
（二）压降压降是指流体在换热器中通过程中的压力损失，它与设备的阻力、流体速度、管道布局等因素有关。
理想的换热器应该具有较小的压降，以降低能耗和提高设备效率。
（三）换热面积换热面积是指换热器传热表面的总面积，它是决定传热效率的重要因素之一。
通过增加换热面积可以提高传热效率，但也会增加设备成本和维护难度。
全套电子课件：热交换器原理与设计
Mb
t1 t1expma L
expma L expmb L
(p)
将式(p)代入(n)，则：
Z
t1
t1
t1
t1
expma L mb expma
x L
expmb expmb
L
L
ma x
(q)
式(q)表示了壳侧流体温度沿距离x的变化规律。
若对式(n) x求导，可得壳侧流体温度的变化率：
dZ dt1 dx dx
P’ = P ·R R’ = 1/R
（2）P的物理意义：冷流体的实际温升与理论所
能达到的最大温升之比（< 1） → 温度效率
（3）R的物理意义：两种流体的热容量之比。
R t1 t1 W2 t2 t2 W1
1) 热流体在管外为一个流程， 冷流体在管内先逆后顺两个
流程<1–2>型热交换器
ψ
R2 1
W1 KS
d 2t1 dx 2
2 dt1 dx
KS W2
t2b
t2a
(h)
将式(b)代入式(h)并整理：
d 2t1 dx 2
2KS W1
dt1 dx
KS W2
2 t1
t1
0
(i)
此为壳侧流体温度沿流动方向的微分方程。
为求解此式，引入新变量：
Z = t′1 – t1
(j)
t′1为热流体起始温度，看作常量，(i)式变成：
Mamaexpma x Mbmb mb x
(r)
将式(f)代入式(r)，考虑到边界条件：
x=0时，t1 =t″1，t2a =t′2，t2b =t″2
则：
Mama
Mbmb
传热原理及换热器设计详解
传热速率：换热器在单位时间内所交换的热量， 是设备特性，反映的是换热器本身具有的换热能力 总传热速率方程如下：
t m 总传热推动力 Q KAt m 1 / KA 总热阻
式中 K──总传热系数，W/(m2· ℃)或W/(m2· K)； Q──传热速率，W或J/s；
A──总传热面积，m2；
H in
Temperature
H out C out
C in Length
H in
Temperature
C out H out
C in
Length
传热平均温差的计算 -对数平均温差
变温传热：在换热过程中， 冷热两流体或其中一种流 体沿壁面任何位置的温度 在不断的变化 根据流体在换热器内的流 动方向不同，变温传热平 均温差的计算方法不同
40
传热系数
传热系数的影响因素
– 冷、热测流体湍动程度
• 传热膜系数
– 流体物性
• 粘度、导热系数、比热容
– 换热表面热阻
• 污垢系数
– 金属壁热阻
• 金属导热系数 • 金 1 1 RfH RfC K H c
符号说明：
K- 总传热系数 α -热侧传热膜系数 α -热侧传热膜系数 δ –金属壁厚度 λ –金属导热系数 Rf -热侧壁面污垢系数 Rf -冷侧壁面污垢系数
计算
某厂房面积35000m2需要供暖,按照相关 规范，厂房供暖标准为60W/m2,一次网供 水温度130 ℃ ，回水70 ℃ ，二次网回 水温度55 ℃，出水温度65 ℃ 。水的比 热均按照4.18kJ/kg ℃,试计算：
– 供暖热负荷多少千瓦？ – 所需一次侧水量、二次侧水量多少吨/小时？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热量的基本计算公式（有相变）
Q=mΔH Q：发生相变时，介质吸收或者 放出的热量,单位：kJ ΔH：相变介质的潜热，也叫做 焓差，单位：kJ/Kg.K m：物体的质量，单位：kg
返回
8
显热:物质在没有发生相变的情况下温度 变化时所吸收或放出的热量.例如,将一壶 冷水加热,随着时间的推移,水吸收热量, 温度升高,在水没有烧开之前,水的相态没 有变,它所吸收的热量称为显热
返回
1
基本介绍
传热在化工生产中占据重要的位置,设备投 资就占全部设备投资的30%-40% 热量传递是自然界最普遍的现象。凡有温 差存在的地方，热量总是自发地由高温向 低温传递。 传热即是我们平常所说的热传递,由于温度 差而造成能量由高温区向低温区的转移. 传热是化工生产中使用的非常普遍的单元操 作。加热和冷却都属于传热
常见物质的导热系数
金属铜 384 W/C m
金属钛
不锈钢
9
4
W/C m
W/C m
水
木材
0.58
0.116
W/C m
W/C m
无机盐
0.1~0.3
W/C m
返回
16
二、对流传热
流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。
用水壶烧水，虽然炉火只加热壶的底部，但是
最后全壶水都被烧开，这是因为靠近壶底的水
层流流动
湍流流动
三、热辐射 借助电磁波以发射和吸收辐射 线的形式进行的热传递，称为 辐射传热或热辐射。 特点：1能量转移、能量形式的 转化 2电磁波是热量传递的媒 介 3辐射传热不是单方面的 能量传递，而是物体间电磁波 的相互交换的结果
传热基本理论
概念
传热:从化工角度讲，是传热过程，即由 于存在温度差而发生热传递的化工过程。 热现象:物质运动的一种表现,物体内部大 量分子做无规则运动的宏观表现 物体的内能物体内部所有分子做无规则 运动的动能和分子势能的总和。内能是 不同于机械能的一种能量,可以与机械能, 电能等其他形式能量相互转化. 温度越高,内能越大,人们通常把内能称为 热能.
温度:表示物体冷热程度的物理量 热量:在热传递过程中,高温物体放热,温 度降低,内能减少,低温物体吸热,温度升 高,内能增加,这部分增加或者减少的内能 就是热量.热量指的是热传递过程中传递 能量的多少.热量是与过程有联系的量,有 传热过程才有热量
比热容:单位质量的某种物质温度升高或 降低1K时所吸收或者放出的热量,叫做这 种物质的比容热,用符号Cp表示.
12
传热的三种基本方式
一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递
T1
到温度较低的部分，或传递到与之接
触的另一物体的过程称为热传导，又 称导热。 特点：没有物质的宏观位移
T2
物质的导热性能和导热系数
把刚开的水倒进铝饭盒,因其烫手而不能 直接去端,如果是把开水倒进瓷碗,因其不 烫手而可以直接端,这种现象说明铝比瓷 的导热性能好 导热性能强的物质叫热的良导体,导热性 能弱的物质叫热的不良导体,物质导热性 能的好坏用导热系数表示.导热系数越大, 表明物质的导热能力越强
先得到热量，温度升高，受热膨胀，密度减小， 就向上流动，而壶上部水温较低，密度较大，
自动下降，由于水的上下循环流动，将热量从
流体的一部分传到另一部 分，这种现象就对流传热。
对流传热分为自然对流和强制对流 自然对流是由于流体各处温度不同引起密度差 别而引起的对流，像前面讲的水壶烧水的过程， 以及大气因下层受热而产生的上下循环流动都 是自然对流 强制对流是由于受到外力的作用而产生的对流， 像用泵把流体送到换热器，用搅拌使反应釜内 液体产生的对流 工业上由于强制对流能够取得好的传热效果。 因此多采用强制对流
对流传热在生产中应用相当广泛，例如： 气流干燥器，喷雾干燥器，厢式干燥器， 都是以对流为主的干燥器，锅炉水暖系 统主要利用对流原理将热量从锅炉传递 到散热器，换热器则充分运用对流原理 实现热交换
层流流动与湍流流动
流体在流道内的流动分为层流流 动、过渡流动和湍流流动三种状 态。 自然对流通常是层流流动或过渡 流动，强制对流通常是湍流流动。 湍流流动是最强烈的流动方式， 最有利于传热，因此任何换热器 的设计都希望流体在其中是充分 发展的湍流流动。 板式换热器由交错波纹板片构成 的复杂流道，使得流体在较小的 流速下既可以进入湍流状态，因 此可以强化传热，得到更高的传 热效率。 返回 20
计算
某厂房面积35000m2需要供暖,按照相关 规范，厂房供暖标准为60W/m2,一次网供 水温度130 ℃ ，回水70 ℃ ，二次网回 水温度55 ℃，出水温度65 ℃ 。水的比 热均按照4.18kJ/kg ℃,试计算：
– 供暖热负荷多少千瓦？ – 所需一次侧水量、二次侧水量多少吨/小时？
返回
每一种物质都有其对应的导热系数 固体的导热系数虽温度的升高而升高 一般金属的导热系数最大,固体非金属次之,液 体较小,气体的导热系数最小 化工厂在选用设备材料时,就要参考各物质的导 热系数,在需要传热的地方,如锅炉的水管,换热 器的换热管,用传热系数大的材料,而需要阻止 传热的场合如设备管路的保温层,则用导热系数 小的材料
如水的比热容为4.18kJ/Kg.K.则表示1千 克的水当其温度升高1K时,需要吸收的热 量是4.18千焦耳.
热量的基本计算公式（无相变）
Q=Cpm（T高-T低） Q：不发生相变时，物体吸收或者放出 的热量,单位：kJ Cp：物体的比热容，单位：kJ/Kg.K m：物体的质量，单位：kg T高，T低：热传递过程先后物体的温 度差单位：K
潜热:在温度压力不变时物质相变所吸收 或放出的热量.例如:1个大气压下，当 373K(100 ℃)时水达到沸腾,虽继续加热, 水温仍保持不变,这时,所提供的热量都被 用于水变成蒸汽的相变,此时水吸收的热 量就是潜热.潜热的具与冷流体
参与传热的流体称为载热体,温度较高在传 热过程中失去热量的流体,称为热流体,温度 较低并在过程中得到热量的流体称为冷流 体 传热过程通常是在两种流体间进行的