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1、热交换器原理与设计,广东工业大学材料与能源学院 能源工程系,Principle and Design of heat exchanger,热交换器原理(Principle and Design of heat exchanger) 学时：32（含实验4学时）学分：2.0 热交换课程设计 总学时：2周（48学时）学分：2 教材：热交换器原理与设计 史美中 王中铮编 东南大学出版社 2019年 参考书目： 1.热交换器原理与设计 余建祖编著 北京航空航天大学出版社 2019年 2.制冷原理及设备 吴业正 韩宝琦 西安交通大学出版社 2019年 3.小型制冷装置设计指导 吴业正 机械工业出版社 20
2、19年,2学时的实验室进行实验； 2学时采用Origin数据处理软件进行数据处理。,课程的性质和目的： 本课程是热能与动力工程等专业的一门重要专业基础课，换热器又称热交换器，是能源、动力、化工、冶金等各工程领域普遍使用的基本设备。该课程的目的在于使学生获得一定的有关热交换器原理与设计的理论知识、相应的设计和计算能力。它不仅巩固了学生所学的专业基础理论，也是培养学生分析和解决工程实际问题能力的重要环节之一。,课程设计的性质和目的 本课程的课程设计是继制冷原理换热器原理与设计等课程之后进行的，它是深入学习和消化制冷设备部分内容的重要环节。本设计以制冷装置的蒸发器、冷凝器为具体设计对象，通过设计使学
3、生初步掌握一般换热器设计的基本方法和步骤。学会有关专业工具书的使用方法，同时具有运用设计资料，进行方案分析比较、设计计算和绘制工程图的能力。,第0章：绪论,概述部分,换热器的定义 换热器的分类 换热器设计的大体内容,定义：在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备称为热交换器。 从定义中可知，至少有两种温度不同的流体参与传热，一种流体温度较高，放出热量，另一种流体温度较低，吸收热量。 2.热交换器在工程中应用举例 制冷空调：蒸发器和冷凝器、冷却塔、冷冻水空气热交换器等等。 热电工程：省煤器、空气预热器、过热器、凝汽器、除氧器、给水加热器等等。,0.1 热交换器的定义及其工程
4、应用概况,其它方面： 石油化工、冶金、建筑、食品、医疗及航空航天领域等等。 （1）石油化工行业，换热器的投资要占到建厂投资的1/5左右，重量占工艺设备总重量的40。 例如：广州石化有一条年产30万吨的乙烯装置，换热器的投资就占到总投资的25。 （2）在一些大中型炼油企业中，各种热交换器的数量达到300500台。 （3）管壳式热交换器的最高压力达84MPa，最高温度可达1500，外形长达33m。,3. 工程应用中对换热器的基本要求 (1)满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少，在有利的平均温差下工作； (2) 要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济
5、合理，运行可靠； (3) 设备紧凑；节约空间，节约材料等 (4) 较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。（泵与风机的功耗）,教材P1,4. 热交换器的研究 (1)强化传热机理的研究和新型热交换器的研制 ； (2)流体热物性的研究 ；（纳米流体） (3) 制造材料和防腐蚀技术的研究；（材料与保护） (4) 结垢和防垢技术的研究； (5)设计工作的自动化和制造技术的研究； (6)振动与防振措施的研究； (7)测试技术的研究； (8)换热器标准的制定研究等等。,1. 按照用途来分（根据用途命名） （1）加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。 （2）预热器：用于流体的
6、预热，以提高整套工艺装置的效率。 （3）过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。 （4）蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。 （5）再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。 （6）冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。 （7）冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。,0.2 热交换器的分类,2. 按照制造的材料来分 （1）金属材料换热器 由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。 （2）非金属材料换热器 有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、
7、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。,（8）再热器：用于电厂再热循环。 （9）回热器：用于冷凝液的过冷。 （10）省煤器：用于加热锅炉的给水。,3.按流动方向分类：P3,顺流式、逆流式、错流式和混流式,顺流：参与换热的两种流体在传热面两侧以相同的方向流动；,逆流：参与换热的两种流体在传热面两侧以相反的方向流动；,错流：（又称叉流式）参与换热的两种流体垂直交叉流过传热面两侧。 （当交叉次数在四次以上时，可根据两种流体的总流动趋势看成逆流或顺流）,混流：（又称杂流式）两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分。,顺流,逆流,错流,总
8、趋势逆流的四次错流,总趋势顺流的四次错流,先顺后逆的混流,先逆后顺的混流,4.按传送热量的方法分类：P3,分成间壁式、混合式和蓄热式（热交换器最主要的一种分类方法）,（1）间壁式 冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混合的场合。本课程重点介绍此类换热器。如各种管壳式、板式结构的换热器。,（2）混合式（又称直接接触式） 冷、热流体通过直接接触换热。 典型的例子是冷却塔（冷水塔、凉水塔），喷射式热交换器。,（3）蓄热式（又称回热式） 冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。 借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体
9、。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。适于高温气体热量的回收或冷却。如回转式空气预热器。,中央空调系统中的余热回收（全热回收器）等等,0.3 各种类型的间壁式热交换器,夹套式热交换器 异型特殊型式的热交换器,1. 沉浸式热交换器,2. 喷淋式热交换器,3. 套管式热交换器,4. 夹套式热交换器,5. 管壳式热交换器（又称列管式热交换器）,6. 板翅式热交换器,7. 翅片管式热交换器（肋片管式热交换器）,8. 平行板式热交换器,8. 螺旋板式热交换器,热交换器设计计算的内容如下： 1）热计算（热力计算） 传热系数 传热面积 2）结构计算 各种尺寸 3）流动阻力计算 各类流动阻力，为选择泵和风机提供依据 4）强度计算 强度是否符合要求,0.4 热交换器设计计算的内容,教材P6,本章小结,1）换热器按流体流动方向的分类 2）换热器按热量传送的方法分类 3）换热器设计计算的内容,作业,基本上是一些填空和概念题,
