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热交换器原理与设计

      在工业中以一种载体(风机、散热片)将热量从热流体传递到冷流体,我们称之为热交换。而热交换器原理也是如此。

      热交换器分类:

      1、筒式

      筒式的体积小,交换效率高。但用户不能查看里面铜管的长度,也不能更换铜管,而且还不太美观。

      2、板式

       板式,体积很小,重量很小。热交换效率很高。里面无铜管。热交换能力跟层数有关。层数看得见,摸得着。

      3、铜制式

       钢制式体积有大有小。用户也不能查看里面铜管的长度,而且不能更换铜管。但是比较美观。

      4、铸铁式

       铸铁式的体积大,重量重。但是里面的铜管买之前可以打开检查一下,不容易被商家坑骗,而且用过几年铜管坏了还可以更换。

  1. 热交换器热计算的基本原理 

  1.1. 1热计算基本方程式 Q=KFt ------Heat Transfer Equation 

  1.1.2热平衡方程式 Heat balance equation Q=M1(I1-I1)=M2(I2-I2) 1.2平均温差(图)对数平均温差    tmLMTD表示,公式1.11 for counter flow and parallel flow(主要用这个算术平均温差(看) tm=ψ△tlm,c       ψ----修正系数 correction factor ψ=f(PR) P,R公式及物理意义 1.3传热有效度的定义 

  1.3.2  LMTDNTU 两种算法  P24-34 

  2.管壳式热交换器 shell-and-tube heat exchanger(计算较多

  2.1.1 types(4) and standards (国标GB151-1999P43表示法) 2.1.2管子在管板上的固定与排列 

      Tube bundle type: 1.welding.2.combined 

  1) 管子在管板上的固定 

  2) 管子在管板上的排列  tube layout  

                    Triangular layout                      Square layout                      Circular layout  

                    Rotated square layout  

  3) 换热管中心距:管板上两根管子中心线的距离称为换热管中心距。 

  2.1.5 折流板 baffle-----一个重要的附件 

         折流板的作用除了使流体横过管束流动外,还有支撑管束、防止管束振动弯曲的作用。 

         Baffle arrangement:水平,数值,转角 

         Baffle typessegmental baffle(弓形)、disc-and-ring baflle          Baffle fixing 

   2.1.7 防冲板 

   2.3   管壳式热交换器的传热计算 

   2.3.1 传热系数的确定 (确定管内面积还是管外面积)          

         对光滑圆管,以外表面积为准时:                     

                以内表面积为准时:          公式2.25,2.26, 

         dodi,可用公式2.27 2.3.2 换热系数的计算         

         了解贝尔法  

      Nu=αl/λ     Re=ωl/γ   Pr=Cpμ/λ       P60 表格 

   24.1 管程阻力计算 (压力计算,参考流体力学)注意:入口,出口,转弯处  

 

   2.5 管壳式热交换器的合理设计 

   考虑的主要问题:1.流体在热交换器内流动空间的选择 

   2.流体文都和终温的确定 

   3.管子直径的选择 

   4.流体流动速度的选择 

   5.管壳式热交换器的热补偿问题                 

     6.管壳式热交换器的震动与噪声 Attention:了解设计原则 3.高效间壁式热交换器 

   3.1 螺旋板式热交换器 spiral heat exchanger 

      基本构造和工作原理 basic structure and principle   3.2 板式热交换器 板式效率的物理意义  影响板式效率的因素                    

    P129 型号表示法 

  3.3.2 板翅式热交换器的设计计算 注意翅片效率:ηf                                  翅片避免总效率:η0         传热量和传热系数计算 P150 公式 3.64;公式 3.65         P154 板翅式热交换器设计步骤:(参照老师上课讲的内容)   

    3.4 翅片管热交换器 tube-fin heatexchanger 

      翅片管热交换器是一种带翅(亦称带肋)的热交换器 

  3.5 热管热交换器 heat-pipe heat exchanger  

      因为工作原理不同 (蒸发,冷凝)所以要在第三章重点注意:5个极限,9个热阻,及工作原理 

      P180 什么叫重力辅助热管  

  4 混合式热交换器 

  分类:冷水塔,气体洗涤塔,喷射式热交换器,混合式冷凝器   Attention:重点冷水塔 

  4.1 冷水塔 

   1.构造及部件功能              

  2.分类:干式、湿式(效率低)                为什么湿式效率低??P213 

   冷水塔的工作原理:P216  注意,水温决定于水和空气的传热 

   冷水塔内水的降温主要是由于水的蒸发散热和气水之间的接触传热。单位面积水面上的表面蒸发速度与水温和蒸汽分子向空气中扩散的速度有关。       

   冷水塔的热力计算:迈克尔焓差方程  

                          

   注意分情况:a.Q>Qβ  b.Q=Qβ  c.Q<Qβ                           

   公式 4.1  公式 4.3  公式 4.4 

                          

   什么湿球温度代表着在当地气温条件下,水可能冷却到的最低温度 

                        

   2  水汽热平衡方程 

                           

   P221 冷却数N,冷水塔特性数N 

                                

   在气量和和水量之比相同时,N值越大,表示要求散发的热量越多,所需淋水装置的体积越大。特性数中的β反映了淋水装置的散热能力,因而特性数反映了淋水塔所具有的冷却能力,他与淋水装置的构造尺寸、散热性能及水、气流量有关。      

   设计中应保证 N=N’,及为什么? 

 

 

 

 

 

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