板式换热器课程设计

船舶柴油机高温淡水冷却器设计

摘要：本文简要介绍了板式换热器的结构、优缺点、设计原理与设计依据，运用对数平均温差法（LMTD）设计了一款船舶柴油机高温淡水板式换热器，并对其进行热力和阻力校核。

关键词：板式换热器对数平均温差板片流程污垢系数

目录

第1章板式换热器基本构造 (3)

1.1 整体结构 (3)

1.2 流程组合方式 (4)

1.3 半片形式及其性能 (5)

1.3.1 常用形式 (5)

1.3.2 特种形式 (5)

1.4 密封垫片 (5)

第2章板式换热器的优缺点及应用 (6)

2.1 优点 (6)

2.2 缺点 (7)

2.3 应用 (7)

第3章板式换热器热力及相关计算 (8)

3.1 确定总传热系数的途径 (8)

3.2 总传热系数的计算 (8)

3.3 传热系数的计算 (11)

3.4垢阻的确定. (11)

第4章计算类型及工程设计一般原则 (12)

4.1 计算的类型 (12)

4.2工程设计、计算的一般原则 (13)

第5章板式换热器热力计算实际应用 (15)

第1章板式换热器基本构造

1.1整体结构

板式换热器的结构相对于板翅式换热器、壳管式换热器和列管式换热器比较简单，它是由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等零部件所组成，如图1-1所示：

板片为传热元件，垫片为密封元件，垫片粘贴在板片的垫片槽内。粘贴好垫片的板片，按一定的顺序（如图1-1所示，冷暖板片交叉放置）置于固定压紧板和活动压紧板之间，用压紧螺柱将固定压紧板、板片、活动压紧板夹紧。压紧板、导杆、压紧装置、前支柱统称为板式换热器的框架。按一定规律排列的所有板片，称为板束。在压紧后，相邻板片的触点互相接触，使板片间保持一定的间隙，形成流体的通道。换热介质从固定压紧板、活动压紧板上的接管中出入，并相间地进入板片之间的流体通道，进行热交换。

图1-1所示板式换热器为可拆式板式换热器，其原理就是在上导杆处安装了活动滑轮、顶压装置，在增减板片的时候，可以通过该滑轮调节换热器内可安装板片数量，顶压装置加固整体结构牢固性；而对于一些小型的板式换热器，则没有该装置，而是直接地将固定压紧板和活动压紧板通过导杆固定连接起来，这种结构没有清洗空间，清洗、检查时，板

片不能挂在导杆上，虽然这样的结构轻便简易，但对大型的、需经常清洗的板式换热器不太适用。

对于要进行两种以上介质换热的板式换热器，则需要设置中间隔板。

1.2流程组合方式

为了使流体在板束之间按一定的要求流动，所有板片的四角均按要求冲孔，垫片按要求粘贴，然后有规律地排列起来，形成流体的通道，称为流程组合。（图1-2[a]、[b]、[c]是典型的排列方式）流程组合的表示方式为：

式中：M

1，M

2

，…M

i

：从固定压紧板开始，甲流体侧流道数相等的流程数；

N

1，N

2

，…N

i

：M

1

，M

2

，…M

i

中的流道数；

m

1，m

2

，…m

i

：从固定压紧板开始，乙流体侧流道数相等的流程数；

n

1，n

2

，…n

i

:：m

1

，m

2

，…m

i

中的流道数。

图1-2 典型的流程组合

1.3板片形式及其性能

板片是板式换热器的核心元件，冷、热流体的换热发生在板片上，所以它是传热元件，此外它又承受两侧的压力差。从板式换热器出现以来，人们构思出各种形式的波纹板片，以求得换热效率高、流体阻力低、承压能力大的波纹板片。

1.3.1常用形式

板片按波纹的几何形状区分，有水平平直波纹、人字形波纹、斜波纹等波纹板片；按流体在板间的流动形式区分，有管状流动、带状流动、网状流动的波纹板片。

1.3.2特种形式

为了适应各种工程的需要，在传统板式换热器的基础上相继发展了一些特殊的板片及特殊的板式换热器。

1：便于装卸垫片的板片

2：用于冷凝器的板片

3：用于蒸发器的板片

4：板管式板片

5：双层板片

6：石墨材料板片

7：宽窄通道的板片

1.4密封垫片

板式换热器的密封垫片是一个关键的零件。板式换热器的工作温度实质上就是垫片能承受的温度；板式换热器的工作压力也相当程度上受垫片制约。从板式换热器结构分析，

密封周边的长度(m)将是换热面积(m2)的6~8倍，超过了任何其它类型的换热器。

第2章板式换热器的优缺点及应用

2.1 优点

1：传热系数高

管壳式换热器的结构，从强度方面看是很好的，但从换热角度看并不理想，因为流体在壳程中流动时存在着折流板—壳体、折流板—换热管、管束—壳体之间的旁路。通过这些旁路的流体，并没有充分地参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。所以板式换热器有较高的传热系数，一般情况下是管壳式换热器的3~5倍。

2：对数平均温差大

在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动，总体上是错流的流动方式。如果进一步分析，壳程为混合流动，管程是多股流动，所以对数平均温差都应采用修正系数。修正系数通常较小。流体在板式换热器内的流动，总体上是并流或逆流的流动方式，其温差修正系数一般大于0.8，通常为0.95。

3：占地面积小

板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2~5倍，也不像管壳式换热器那样需要预留抽出管束的检修场地，因此实现同样的换热任务时，板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/10。

4：重量轻

板式换热器的板片厚度仅为0.6~0.8mm，管壳式换热器的换热管厚度为2.0~2.5mm；管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重得多。在完成同样的换热任务的情况下，板式换热器所需要的换热面积比管壳式换热器的小。

5：价格低

在使用材料相同的前提下，因为框架所需要的材料较少，所以生产成本必然要比管壳式换热器低。

6：末端温差小

管壳式换热器，在壳程中流动的流体和换热面交错并绕流，还存在旁流，而板式换热器的冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面，且无旁流，这样使得板式换热器的