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1、换热系统及制冷系统原理,空分一组,一、换热的原理：从热力学第一定律我们可以知道：当两个温度不同的物体接触时，高温物体的热量会自发的向低温物体传递，直接两个物体温度趋于平衡。,换热系统的原理,1、定义：使热量由热流体传给冷流体的设备称为换热设备，或叫换热器。 2、 空分设备中设置许多换热器，主要有：氮水预冷器、切换式预冷器、主热交换器、冷凝蒸发器、过冷器、气化器、加热器以及空压机的冷却器等。这些换设备室实现空气液化、分离及维持装置正常运转所必不可少的重要设备。,第一换热器定义及简介,1、间壁式换热器：（水冷塔空冷塔的换热）其特点是冷、热两种流体被传热壁面隔开，在传热过程中互不接触，热量由热流体通
2、过壁面传给冷流体。2、蓄热式换热器：（制氧机中的蓄冷器）其特点是冷、热两种流体交替地流过具有足够热容量的固体蓄热体，热流体流过时 蓄热体放出热量，从而实现冷、热流体的换热。3、混合式换热器：（高压低压换热器）其特点是冷、热两种流体的换热是在直接混合的过程中实现的。在换热过程中环伴随有物质的交换。,第二：换热器的分类,1、热导传热：导热亦称为热传导是直接接触物体各部分之间的传热现象。在液体和固体中热量的转移是依靠分子碰撞；固体金属主要依靠自由电子的运动；气体则主要依靠分子的不规则运动。 2、对流传热：由于流体本身流动，将热量从流体的一部分传递到另一部分的现象称之为对流传热。其热量的转移是依靠流体
3、流动的位移而进行的。 3、辐射传热：辐射系指热量不借任何介质传递，而直接由热源以电磁波的形式辐射出来被另一物体部分或全部地吸收而转变为热能。,第三：传热 传热的三种基本方式：热导、对流、和辐射,1、传热方式：只要有温度差存在，就会自发地进行热量传递，热量总是从温度较高的流体传给温度较低的流体。,第四：（一）间壁式换热器的传热,2、热量传递的过程如图所示：热量通过器壁从热流体传到冷流体，冷到冷流体一般是沿相反方向流动的。 整个传热过程可分三个阶段； 第一阶段：热流体把热量Q传给壁面，这 个流体 传热的过程是流体与壁面之间由于温度不同而发生的 不同而发生的对流。还有一部分的热传导 的综合作用来实现
4、的。,第二阶段：热量Q由壁面1通过器壁内部传到壁面2，固体内部是靠分子碰撞进行热量传递的，而这个传热的过程是热传导。 第三阶段：热量由壁面2传到冷流体的对流换热过程。 由此可见，间壁式换热器中热量传递的过程一般是由对流-导热-对流三个阶段组成并同时进行的。,混合式换热器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合场合，都可以采用混合式热交换器，如气体的洗涤与冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。 它的应用很普及。,（二）、混合式换热器的传热,流体通过壁面的传热过程是一个较为复杂的过程
5、，影响传热量的因素很多。 传热的表达式：Q=KFt 式中的系数K叫传热系数，表示当壁面两侧流体温差为1摄氏度时通过单位面积的传热能力，K是衡量换热器性能的重要指标。当K 越大传热能力越强，反之则弱。 K值的大小与壁面两边流体与壁面的对流换热的强弱、通过壁的导热能力的强弱有关。提高流体的流速可使K值增大，但也不能片面的提高流速，提高流速会使流动阻力增大，输送流体的能耗增加。当壁面上积有较厚的污垢，K值就会减小，所以在生产过程中注意保持传热壁面的清洁。,第五：换热器传热影响因素,1、板翅式换热器是一种 全金属结构新型组合式 间壁式换热器。它的结 构紧凑，平均温差很小， 在单位体积内的传热。 面积很
6、大而且阻力 小、启动快，实属高效新型 换热器。,第六：板翅式换热器,2、板式换热器基本组成结构： 如图所示： 板式换热器通道是由：隔板、 翅片、封条三部分组 成。,制冷定义：用人为的方法消耗一定的能量而获得比环境更低的温度叫做制冷。 制冷的分类：制冷主要节流制冷及膨胀制冷两种。 （一）、节流制冷,制冷系统原理,1、节流过程：如图所示：当气体或液体在管道内流过一个缩孔或一个阀门时，流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦，流体要流过阀门，必须克服这些阻力，表现在阀门后的压力P2比阀门前的压力P1低得多。这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，称为节流过程。 在节流过程中，流体既
7、未对外输出功，又可以看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的焓保持不变。,节流后压力降低，质量比容积增大，分子之间的距离增加，分子相互作用的位能增大。而流动能一般变化不大，只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。分子的运动速度减慢，体现在温度降低。从而达到节流降温的作用。 2、节流降温的因素 1）、节流前的温度。节流前的温度越低，温降效果越大。 2）、节流前后的压差。节流前后的压差越大，温降越大。,（二）、膨胀制冷,制冷原理：膨胀制冷主要是通过增压透平膨胀机来实现的，膨胀机制冷是空分装置制获得冷量的主要途径。工质在膨胀机内膨胀，同时对外做工，使膨胀后的工质温度大大降低，由于过程进行的很快，来不及与外界换热所以膨胀过程近似可以看成是绝热过程，在理想状况下，膨胀过程熵值不发生变化。 （1）影响膨胀机制冷效果的因素膨胀机前后的压差：膨胀机的等熵效率不变，进口 温度一定时，压差越大，单位质量工质膨胀后的焓降越大，对外做功越多，温降越显著。,进口的工质温度：当膨胀机前后的压差一定时，提高膨胀机的进口温度，膨胀后的工质温度升高，降温效果变大。 膨胀机绝热效率越高，降温越明显。总的来说膨胀制冷的效果要比节 流大的多。,谢 谢,
