换热器的传热及阻力计算.ppt

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1、第二章第二章 换热器的传热换热器的传热 及阻力计算及阻力计算2-1 换热器传热计算基本参数和方程换热器传热计算基本参数和方程2-2 换热器传热计算的基本方法和步骤换热器传热计算的基本方法和步骤2-3 换热器的阻力计算换热器的阻力计算2.1 换热器传热计算基本参数换热器传热计算基本参数和方程和方程换热器热计算的基本方程式是：换热器热计算的基本方程式是：传热方程式：传热方程式：热平衡式：热平衡式：假设换热器向外界散热不计。则三式相等。假设换热器向外界散热不计。则三式相等。假设换热器向外界散热不计。则三式相等。假设换热器向外界散热不计。则三式相等。2.2 换热器传热计算的基本方法换热器传热计算的基本

2、方法和步骤和步骤换热器的热计算的内容换热器的热计算的内容换热器的基本方法及步骤换热器的基本方法及步骤 平均温差法平均温差法 效率单元数效率单元数(-NTU)法法(1)(1)设计计算：设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积。设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积。设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积。设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积。(2)(2)校核计算：校核计算：核算已有换热器在非设计工况下的传热性能核算已有换热器在非设计工况下的传热性能核算已有换热器在非设计工况下的传热性能核算已有换热器在非设计工况下的传热性能 。2、两种设计方法、两种设计方法（1）平均温差法平均温

3、差法平均温差法平均温差法（2）效率单元数法效率单元数法效率单元数法效率单元数法(-NTU)法法一、换热器的传热计算内容一、换热器的传热计算内容1 1、两种类型的设计、两种类型的设计对于对于设计计算设计计算而言，给定的是而言，给定的是 ，以及进出口，以及进出口温度中的三个，最终求温度中的三个，最终求独立变量独立变量：需要给定其中的需要给定其中的5 5个变量，才可以计算另外三个变量。个变量，才可以计算另外三个变量。对于对于校核计算校核计算而言，给定的一般是而言，给定的一般是 ，A A，以及以及2 2个进个进口温度，待求的是口温度，待求的是1 1、简单顺流及逆流换热器的对数平均温差的计算、简单顺流及

4、逆流换热器的对数平均温差的计算流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同.二、平均温差法：二、平均温差法：不论不论顺流逆流顺流逆流，对数平均温差对数平均温差可统一用下式表示可统一用下式表示：其中：其中：t tmaxmax-两两侧温差中温差中较大者。大者。t tminmin-两侧温差中较小者。两侧温差中较小者。平均温差的另一种更为简单的形式是平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均算术平均温差温差，即即算术平均与对数平均的比较：算术平均与对数平均的比较：算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是算术平均温差相当于温度呈直线变化的情

5、况，因此，总是大于大于相相同进出口温度下的对数平均温差，当同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差时，两者的差别小于别小于4 4；当；当 时，两者的差别小于时，两者的差别小于2.32.3。实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或者有时是实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流。逆流，有时又是顺流。对于这种复杂情况，我们当然也可以采用微元方法进行对于这种复杂情况，我们当然也可以采用微元方法进行分析，但数学推导将非常复杂。分析，但数学推导将非常复杂。实际上，实际上，逆流的平均温差最大，逆流的平均温差最大，因此，人们想到对因此，人们想到对纯逆纯逆流的流的对数平均温差进

6、行修正以获得其他情况下的平均温差对数平均温差进行修正以获得其他情况下的平均温差。：小于：小于1 1的温度修正系数。的温度修正系数。2 2、复杂布置时换热器平均温差的计算、复杂布置时换热器平均温差的计算：按逆流布置的对数平均温差。：按逆流布置的对数平均温差。对于复杂的对于复杂的叉流式叉流式换热器换热器，其传热公式中的平均温度的其传热公式中的平均温度的计算关系式较为复杂，工程上常常采用修正图表来完成计算关系式较为复杂，工程上常常采用修正图表来完成其对数平均温差的计算。具体的做法是：其对数平均温差的计算。具体的做法是：（a a）由换热器冷热流体的进出口温度，按照逆流方式由换热器冷热流体的进出口温度，

7、按照逆流方式计算出相应的对数平均温差；计算出相应的对数平均温差；（b b）从修正图表由两个无量纲数查出修正系数从修正图表由两个无量纲数查出修正系数(c)(c)最后得出叉流方式的对数平均温差最后得出叉流方式的对数平均温差1 12 2、1 14 4等多流程管壳式换热器的修正系数等多流程管壳式换热器的修正系数 2 24 4、2 28 8等多流程管壳式换热器的修正系数等多流程管壳式换热器的修正系数 交叉流，两种流体各自都不混合时的修正系数交叉流，两种流体各自都不混合时的修正系数 一次交叉流，一种流体混合、一种流体不混合时的修正系数一次交叉流，一种流体混合、一种流体不混合时的修正系数 P19，温度修正系

8、数曲线，温度修正系数曲线关于关于 的注意事项：的注意事项：（1 1）值取决于无量纲参数值取决于无量纲参数 P P和和 R R式中：图表中均以式中：图表中均以P P为为横坐标横坐标，R R为参量为参量。（3 3）R R的物理意义：两种流体的的物理意义：两种流体的热容量之比热容量之比（2 2）P P的物理意义：流体的物理意义：流体2 2的的实际温升与理论上所能达到实际温升与理论上所能达到 的最大温升之比的最大温升之比，所以只能小于，所以只能小于1 1。（4 4）对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程程”数。数。3 3、各种流动形式的比较、各种流动形式的比较

9、1)(1)顺流和逆流是两种顺流和逆流是两种极端极端情况，在相同的进出口温度下，情况，在相同的进出口温度下，逆流的逆流的 最大，顺流则最小；最大，顺流则最小；(2)(2)顺流时顺流时 ，而逆流时，而逆流时，则可能大于则可能大于 ，可见，可见，逆流布置时的换热最强逆流布置时的换热最强。InOutInOut(3)(3)一台换热器的设计要考虑一台换热器的设计要考虑很多因素很多因素，而不仅仅是换热，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换

10、热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流。xTIn OutxTIn Out冷凝冷凝蒸发蒸发(4)(4)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。(1)(1)初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数k k(2)(2)根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度。待定的温度。(3)(3)由冷

11、热流体的由冷热流体的4 4个进出口温度确定平均温差个进出口温度确定平均温差 (4)(4)由传热方程式计算所需的换热面积由传热方程式计算所需的换热面积A A，并核算换热面流体并核算换热面流体的流动阻力。的流动阻力。(5)(5)如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。1 1 1 1、设计计算、设计计算、设计计算、设计计算利用平均温差法设计计算的步骤利用平均温差法设计计算的步骤利用平均温差法设计计算的步骤利用平均温差法设计计算的步骤：（1 1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度；温度；

12、2 2）根据）根据4 4个进出口温度求得平均温差个进出口温度求得平均温差 ；（3 3）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k k；（4 4）已知已知kAkA和和 ，按传热方程计算在假设出口温度下的传热，按传热方程计算在假设出口温度下的传热量量 ；（5 5）根据）根据4 4个进出口温度，用热平衡式计算另一个个进出口温度，用热平衡式计算另一个，这个值，这个值和上面的和上面的 ，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量；真实的换热量；（6 6）比较两个）比较两个 值，满足精度要求则结

13、束，否则，重新假定出值，满足精度要求则结束，否则，重新假定出口温度，重复口温度，重复(1)-(6)(1)-(6)，直至满足精度要求。，直至满足精度要求。2 2 2 2、校核计算、校核计算、校核计算、校核计算三、效能三、效能-传热单元数传热单元数(-NTU)法法1 1、换热器的、换热器的效能效能和和传热单元数传热单元数 换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器无限长，换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器无限长，对于一个对于一个逆流换热器逆流换热器来讲，则会发生如下情况来讲，则会发生如下情况 a a 当当 时，时，则，则 b b 当当 时，时，则，则于是，我们可以得到于是，我们可以得到然而，实

14、际情况的传热量然而，实际情况的传热量q q总是小于可能的最大传热量总是小于可能的最大传热量q qmaxmax，我，我们将们将q/qq/qmaxmax定义为换热器的效能，并用定义为换热器的效能，并用 表示，即表示，即对于一个已存在的换热器，如果已知了效能对于一个已存在的换热器，如果已知了效能 和冷热流体的进和冷热流体的进口温差，则实际传热量可很方便地求出口温差，则实际传热量可很方便地求出那么在未知传热量之前，那么在未知传热量之前，又如何计算？和那些因素有关？又如何计算？和那些因素有关？以以顺流顺流换热器为例，并假设换热器为例，并假设 ，则有，则有根据热平衡式得：根据热平衡式得：于是于是式式，相加

15、相加：热容比热容比热容比热容比式式代入下式得：代入下式得：+当当 时，同样的推导过程可得：时，同样的推导过程可得：上面的推导过程得到如下结果，对于上面的推导过程得到如下结果，对于顺流顺流：当当 时时上面两个公式合并，可得：上面两个公式合并，可得：换热器效能公式中的换热器效能公式中的 依赖于换热器的设计，依赖于换热器的设计，则依赖则依赖于换热器的运行条件，因此，于换热器的运行条件，因此，在一定程度上表征了换在一定程度上表征了换热器热器综合综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为为传热单元数传热单元数NTUNTU，即，即因此，因此，与顺流

16、类似，与顺流类似，逆流逆流时：时：当冷热流体之一发生相变时当冷热流体之一发生相变时，相当于，相当于 ，即，即 ，于是上面效能公式可简化为，于是上面效能公式可简化为当两种流体的热容相等时，即当两种流体的热容相等时，即 公式可以简化为公式可以简化为顺流：顺流：逆流逆流：（，及两个进口温度，求，及两个进口温度，求 ）2 2、用效能用效能-传热单元数法计算换热器的步骤传热单元数法计算换热器的步骤（1 1）设计计算）设计计算 显然，利用已知条件可以计算出显然，利用已知条件可以计算出 ，而带求的，而带求的k k，A A则包则包含在含在NTUNTU内，因此，对于设计计算是已知内，因此，对于设计计算是已知 ，

17、求，求NTUNTU，求解过，求解过程与平均温差法相似，不再重复。程与平均温差法相似，不再重复。（2 2）校核计算）校核计算 由于由于k k事先不知，所以仍然需要假设一个出口温度，具体事先不知，所以仍然需要假设一个出口温度，具体如下：如下：假设一个出口温度假设一个出口温度 ，利用热平衡式计算另一个，利用热平衡式计算另一个 利用四个进出口温度计算定性温度，确定物性，并结合换利用四个进出口温度计算定性温度，确定物性，并结合换热器结构，计算总传热系数热器结构，计算总传热系数k k 利用利用k,Ak,A计算计算NTUNTU（，及进出口温度中的三个，求，及进出口温度中的三个，求 ）利用利用NTUNTU计算

18、计算 。利用利用=W Wminmin(t(t1 1 t t2 2)计算计算，利用，利用=kA 计算计算另一个另一个。比较两个比较两个，是否满足精度，否则重复以上步骤。，是否满足精度，否则重复以上步骤。总之，总之，-NTU法法根据根据 及及NTU的定义及换热器的定义及换热器两类热计算的任务可知，设计计算是已知两类热计算的任务可知，设计计算是已知 求求NTU ，而校核计算则是由，而校核计算则是由 NTU求取求取 值。它们值。它们计算步骤都与平均温差中对应计算大致相似。计算步骤都与平均温差中对应计算大致相似。对于比较复杂的流动形式，可利用线算图来计算对于比较复杂的流动形式，可利用线算图来计算对于比较

19、复杂的流动形式，可利用线算图来计算对于比较复杂的流动形式，可利用线算图来计算效能效能效能效能 。顺流顺流逆流逆流单壳程换热器单壳程换热器双壳程换热器双壳程换热器平均温差法与平均温差法与 -NTU-NTU法的比较：法的比较：设计计算时，两者的工作量差不多，只是平均温差法要设计计算时，两者的工作量差不多，只是平均温差法要求求，可以知道流动布置与逆流的差距，有利于改进型，可以知道流动布置与逆流的差距，有利于改进型式的选择。式的选择。校核计算时，校核计算时，-NTU-NTU法工作量小一些，迭代时对物性法工作量小一些，迭代时对物性参数参数 k k 的影响也较小。的影响也较小。从上面步骤可以看出，-NTU

20、法法假设的出口温度对传热量的影响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响NTU，并最终影响 值。而平均温差法平均温差法的假设温度直接用于计算 值，显然 -NTU法法对假设温度没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。换热器的结垢及污垢热阻换热器的结垢及污垢热阻 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用成为污垢热阻，用R Rf f表示，表示，式中：式中：k k为有污垢后的换热面的传热系数，为有污垢后的换热面的传热系数，k k0 0为洁净为洁净换热面的传热系数换热面的传热系数。换热器设计时的综合考虑换热器设计时的综合考虑 换热器设计

21、是换热器设计是综合性综合性的课题，必须考虑的课题，必须考虑初投资初投资，运运行费用行费用，安全可靠安全可靠等诸多因素。等诸多因素。对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成：面为计算依据的传热系数可以表示成：如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率 o o=1=1。管壳式换热器的部分污垢热阻可以查表得。管壳式换热器的部分污垢热阻可以查表得。【例例】流流 量量V Vl l=3 39 9m m3 3/h h的的3 30 0号号透透平平油油，在在冷冷油油器器中中从从 t t1 15 59 9.5 5

22、 冷冷却却到到 t t1 1 4 45 5。冷冷油油器器采采用用 1 12 2型型壳壳管管式式结结构构，管管子子为为铜铜管管，外外径径为为 1 1 5 5m mm m，壁壁 厚厚 1 1 m mm m。4 47 7.7 7t t/h h的的河河水水作作为为冷冷却却水水在在管管侧侧流流过过，进进口口温温度度为为 t t2 23 33 3。油油安安排排在在壳壳侧侧。油油侧侧的的换换热热系系数数h ho o4 45 50 0W W/(m m2 2K K)，水水侧侧的的换换热热系系数数 h hi i5 58 85 50 0W W/(m m2 2.K K)。已已 知知 3 30 0号号透透平平油油在在运

23、运行行温温度度下下的的物物性性为为 l l8 87 79 9k kg g/m m3 3,c c1 11.95kJ/(kg1.95kJ/(kgK)K)。求所需换热面积。求所需换热面积。【解解】油侧的热流量：油侧的热流量：q qm ml lc cl l(t(t1 1-t-t1 1)l lV Vl lc cl l(t(t1 1-t-t1 1 )87987939391.951.95(56.9-45)(56.9-45)/3600/3600 798000kJ/h798000kJ/h221000221000W W冷却水的温升冷却水的温升 t t2 2-t-t2 2=/(/(q qm m2 2c c2 2)=

24、798000/(47700)=798000/(47700 4.19)=44.19)=4 于是，冷却水的出口温度为于是，冷却水的出口温度为 t233十437计算参量计算参量 P P 和和 R R：查图得查图得 0.97,0.97,平均温压为平均温压为按表取管内、外侧污垢系数为按表取管内、外侧污垢系数为0.0005m0.0005m2 2K/WK/W和和0.0002m0.0002m2 2K/WK/W，于于是总的污垢系数为是总的污垢系数为注：注：污垢系数有内外之分污垢系数有内外之分 管壁导热热阻可以忽赂不计管壁导热热阻可以忽赂不计 实际设计面积可留实际设计面积可留1010的裕度，取为的裕度，取为47.

25、347.31.10=52.0m1.10=52.0m2 2。【例例】上例如冷油器的进口油温升高到上例如冷油器的进口油温升高到58.758.7，水的流量、进，水的流量、进口温度以及油的流量均不变，求出口油温和出口水温。口温度以及油的流量均不变，求出口油温和出口水温。【解解】：油和水的温度如升高很多，则需考虑物性变化对：油和水的温度如升高很多，则需考虑物性变化对k k的的影响。现在升高甚少，可认为传热系数仍为影响。现在升高甚少，可认为传热系数仍为311W/(m311W/(m2 2.K).K)。此此题应采用题应采用 NTU NTU 法计算。计算如下：法计算。计算如下：查图得查图得 0.540.54。热

26、流量。热流量2-3 换热器的阻力换热器的阻力(压降压降)计算计算换热器内流体的流动必然存在流阻。换热器内流体的流动必然存在流阻。原因原因:粘性剪应力粘性剪应力、涡流应力涡流应力涡流应力涡流应力，要损失一定的机械能大小大小:与一般管内或通道内压降计算基本一致。与一般管内或通道内压降计算基本一致。意义意义:1、判断流体流过所设计换热器是否在允许压降内。、判断流体流过所设计换热器是否在允许压降内。2、选择泵送流体流过换热器所需压头。、选择泵送流体流过换热器所需压头。3、换热器中流体有相变的情况，流阻对传热影响较、换热器中流体有相变的情况，流阻对传热影响较大。大。p:流体流经换热器的压降，Papc:沿

27、程摩擦阻力，Papa:局部阻力,Pa一、沿程摩擦阻力一、沿程摩擦阻力 pc 是流体流是流体流是流体流是流体流经换热经换热器芯体部分的阻力，一般与流道器芯体部分的阻力，一般与流道器芯体部分的阻力，一般与流道器芯体部分的阻力，一般与流道长长L L成正比。成正比。成正比。成正比。f-f-摩擦因子摩擦因子摩擦因子摩擦因子是根据单位换热表面积沿流动方向的当量剪切力定义的。反应的是粘性剪切力效应粘性剪切力效应粘性剪切力效应粘性剪切力效应+压力效应压力效应压力效应压力效应只看综合效果只看综合效果只看综合效果只看综合效果f f，简化计算。简化计算。简化计算。简化计算。换热面一定，换热面一定，换热面一定，换热面

28、一定，流阻特性试验数据可整理成流阻特性试验数据可整理成流阻特性试验数据可整理成流阻特性试验数据可整理成f f与与与与ReRe之间的关联式之间的关联式之间的关联式之间的关联式f=f=f(Ref(Re););或用线图表示。如图或用线图表示。如图或用线图表示。如图或用线图表示。如图2-152-15二二 局部阻力损失局部阻力损失 在流体流经换热器时转弯、截面突然改在流体流经换热器时转弯、截面突然改变等引起的局部阻力。尤其端盖及附加压力变等引起的局部阻力。尤其端盖及附加压力损失时要考虑。损失时要考虑。阻力系数法阻力系数法阻力系数法阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失流体通过某一管件或阀门时的

29、机械能损失流体通过某一管件或阀门时的机械能损失流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的表示为流体在小管径内流动时平均动能的表示为流体在小管径内流动时平均动能的表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数。即：某一倍数。即：某一倍数。即：某一倍数。即：局部损失的计算关键的就是局部损失系数的计算。一般说来，仅与形成局部阻力的关键几何形态有关，而与Re无关。因而计算无需判断流态，只需按管件形状选择公式计算即可。三、泵送功耗三、泵送功耗见32页P的公式及分析。总之，换热器设计总之，换热器设计总之，换热器设计总之，换热器设计-在掌握了基本的在掌握了基本的在掌握了基本的在掌

30、握了基本的传热学传热学传热学传热学、流体力学流体力学流体力学流体力学和和和和换热器结构换热器结构换热器结构换热器结构后，根据所给任务、条件后，根据所给任务、条件后，根据所给任务、条件后，根据所给任务、条件设计或选定一台或数台换热器。设计或选定一台或数台换热器。设计或选定一台或数台换热器。设计或选定一台或数台换热器。二种类型的设计任务共性：（1 1 1 1）合理的参数选择和结构设计）合理的参数选择和结构设计）合理的参数选择和结构设计）合理的参数选择和结构设计（2 2 2 2）传热计算和压降计算）传热计算和压降计算）传热计算和压降计算）传热计算和压降计算实际上，设计计算和校核计算所依据的实际上，设

31、计计算和校核计算所依据的原理完全一致原理完全一致原理完全一致原理完全一致，而且在换而且在换而且在换而且在换热器设计中往往是：热器设计中往往是：热器设计中往往是：热器设计中往往是：1 1 1 1、先按、先按、先按、先按设计计算初选结构设计计算初选结构设计计算初选结构设计计算初选结构2 2 2 2、然后再、然后再、然后再、然后再按校核计算对初选结构进行核定按校核计算对初选结构进行核定按校核计算对初选结构进行核定按校核计算对初选结构进行核定，二者是并用的。，二者是并用的。，二者是并用的。，二者是并用的。设计的条件和原始数据设计的条件和原始数据设计前必须掌握工艺生产的某些条件，如设计前必须掌握工艺生产

32、的某些条件，如设计前必须掌握工艺生产的某些条件，如设计前必须掌握工艺生产的某些条件，如工作温工作温工作温工作温度度度度、允许温差允许温差允许温差允许温差、压力压力压力压力、允许压降允许压降允许压降允许压降，介质的物理和介质的物理和介质的物理和介质的物理和化学性质化学性质化学性质化学性质（结垢性、腐蚀性、毒性、爆炸性、化（结垢性、腐蚀性、毒性、爆炸性、化（结垢性、腐蚀性、毒性、爆炸性、化（结垢性、腐蚀性、毒性、爆炸性、化学作用）等。学作用）等。学作用）等。学作用）等。原始资料还包括：原始资料还包括：热负荷热负荷或或介质的流量介质的流量、物性物性和和污垢热阻污垢热阻及及加工条件加工条件等等（选型、

33、热（选型、热力计算力计算）设计的原则：设计的原则：适用适用经济经济安全安全运行灵活运行灵活检修清理方便检修清理方便 高高A低低成本低成本低安全可靠安全可靠检修清理方便检修清理方便检修清理方便检修清理方便1.2换热器设计概述换热器设计概述一、换热器的合理设计一、换热器的合理设计 完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：1 合理地实现所规定的工艺条件；合理地实现所规定的工艺条件；2 结构安全可靠；结构安全可靠；3 便于制造、安装、操作和维修；便于制造、安装、操作和维修；4 经济上合理。经济上合理。P51.1.合理地实现所规定的工艺条件：合理地实现

34、所规定的工艺条件：考虑考虑:传热量传热量与传热面积有关与结构有关与传热面积有关与结构有关 操作参数操作参数(p,t,介质介质,流量流量)流体物化性质流体物化性质(密度密度,粘度粘度,导热系数导热系数)流体腐蚀性流体腐蚀性与材料有关与材料有关与给热系数有关与给热系数有关 结构有关结构有关2.2.强度足够强度足够,结构可靠结构可靠换热器存在强、刚、换热器存在强、刚、tt 引出补偿问题引出补偿问题。3.3.便于制造、安装、操作、维修便于制造、安装、操作、维修流体结垢流体结垢/沉淀沉淀 需便于清洗、装拆。需便于清洗、装拆。4.4.经济合理经济合理成本低。成本低。上面各方面条件互相矛盾时，需最优化设计上

35、面各方面条件互相矛盾时，需最优化设计 二、换热器的设计过程：二、换热器的设计过程：P61、设计指标、设计指标2、总体布置、总体布置3、热设计、热设计4、结构设计、结构设计5、设计方案抉择、设计方案抉择具体设计内容：具体设计内容：1、轮廓尺寸的设计与计算、轮廓尺寸的设计与计算(工艺设计工艺设计)(1)按流体种类按流体种类,流量进出的浓度流量进出的浓度,操作压力等计算操作压力等计算换热器所需传热量换热器所需传热量Q;(2)由流体特性选择适宜的材料；并根据材料加工性由流体特性选择适宜的材料；并根据材料加工性能，能，流体流量，压力，流体流量，压力，Q，拆修清洗方便程度及，拆修清洗方便程度及经济合理等因

36、素合理选择换热器类型。经济合理等因素合理选择换热器类型。提高传热效果提高传热效果,节省材料节省材料 不易结垢不易结垢,便于清洗便于清洗,降低降低t 减少热损失减少热损失,便于流体进出便于流体进出(3)从从 等角度等角度 (4)根据实际生产经验选取根据实际生产经验选取K(或计算或计算K)算出所需传热面积。算出所需传热面积。(6)根据这一轮廓尺寸根据这一轮廓尺寸反过来校核反过来校核K,须与前假定须与前假定K大致相近；大致相近；否则，再做某些调整，重新试算，直到前后否则，再做某些调整，重新试算，直到前后K符合为止。符合为止。(7)校核流体阻力校核流体阻力需在许可范围内需在许可范围内(考虑经济效益考虑

37、经济效益)。(8)各接管尺寸计算。各接管尺寸计算。2.部件设计与计算部件设计与计算强度尺寸强度尺寸只有在确定了换热器大致轮廓尺寸后只有在确定了换热器大致轮廓尺寸后,才能进行部件的设计与计算。才能进行部件的设计与计算。主要内容主要内容 壳体、封头、法兰、开孔、支座等壳体、封头、法兰、开孔、支座等已在前面讲过已在前面讲过 管板、膨胀节管板、膨胀节本章重点讲本章重点讲(5)根据算出的根据算出的A,参照我国管式换热器标准系列参照我国管式换热器标准系列 换热器大致轮廓尺寸换热器大致轮廓尺寸 管径、壳径、管数管径、壳径、管数管程数、折流板间距等管程数、折流板间距等 初步确定需提出的是需提出的是:轮廓尺寸和部件的设计计算，这两部分不是彼此轮廓尺寸和部件的设计计算，这两部分不是彼此 孤立的，常需反复调整，甚至更改结构型式重新孤立的，常需反复调整，甚至更改结构型式重新 设计计算。只有在全部的设计计算完成后，才能设计计算。只有在全部的设计计算完成后，才能 完全确定各部件的结构和尺寸。完全确定各部件的结构和尺寸。作业：2-21，22，32，34 ，41，44