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1、1第五章 传 热5.6 换热器5.6.1 间壁式换热器的结构形式5.6.2 换热器传热过程的强化5.6.3 传热过程强化效果的评价5.6.4 管壳式换热器的设计和选型2一、换热器设计的基本原则1.流体流径的选择 不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。3 被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏。一、换热器设计的基本原则4 流量小或
2、黏度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。一、换热器设计的基本原则52.流体流速的选择 增大流速加大对流传热系数减少污垢的形成流动阻力加大总传热系数增大 动力消耗增多 一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表5-11至表5-13列出了常用的流速范围，可供设计时参考。一、换热器设计的基本原则63.冷却介质（或加热介质）终温的选择 一般来说，设计时冷却水的进出口温度差可取510。缺水地区可选用
3、较大温差，水源丰富地区可选用较小的温差。一、换热器设计的基本原则74.管子的规格和管间距管子规格 管径 1.5m2m3m6m管长管间距 见表5-14 一、换热器设计的基本原则85.管程和壳程数的确定 管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种。采用多程时，通常应使每程的管子数相等。当温度差校正系数小于0.8时，应采用壳方多程。常用的方法是将几个换热器串联使用。一、换热器设计的基本原则96.折流档板的选用 板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大；板间距过大，流体难于垂直流过管束，使对流传热系数下降。一、换热器设计的基本原则10 系列标准中采用的板间距为：固定管板式有150、300和600
4、mm三种；浮头式有150、200、300、480和600mm五种。一、换热器设计的基本原则117.外壳直径的确定 壳体标准常用的有159、273、400、500、600、800、1000、1100、1200mm等。一、换热器设计的基本原则128.流体通过换热器的流动阻力（压降）（1）管程流动阻力计算 管程结垢校正系数直管摩擦阻力引起的压降管程数回弯阻力引起的压降壳程数一、换热器设计的基本原则13（2）壳程流动阻力的计算 一、换热器设计的基本原则流体通过折流挡板缺口的压降壳程结垢校正系数壳程数横过管束的压降14流体横过管束的压降 流体通过折流挡板缺口的压降 一、换热器设计的基本原则15二、设计与
5、选型的具体步骤管壳式换热器的设计计算步骤如下（1）估算传热面积，初选换热器型号根据换热任务，计算传热量。确定流体在换热器中的流动途径。确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度，确定在定性温度下的流体物性。16计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质温度或冷却介质的终温。根据两流体的温差和设计要求，确定换热器的型式。依据换热流体的性质及设计经验，选取总传热系数值。二、设计与选型的具体步骤17依据总传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择设备规格。二、设计与选型的具体步骤K选 18（2）计算管、壳程压降 根据初选的设备规格，
6、计算管、壳程的流速和压降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压降不符合要求，需调整流速，再确定管程和折流挡板间距，或选择其它型号的换热器，重新计算压降直至满足要求为止。19（3）核算总传热系数 计算管、壳程对流传热系数，确定污垢热阻，再计算总传热系数K计，然后比较，若，则初选的换热器合适，否则需另选值，重复上述计算步骤。二、设计与选型的具体步骤20练 习 题 目思考题作业题:221如何评价传热过程强化的效果？2.在管壳式换热器中，热应力是如何产生的，热应力有何影响，为克服热应力的影响应采取何种措施？3.管壳式换热器为何常采用多管程，分程的作用是什么？21v热传导速率方程及其应用学 习 指
7、导本章重点掌握的内容傅立叶定律单层、多层平壁热传导速率方程及其应用单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用接触热阻的概念22v换热器的传热计算 换热器的热量衡算总传热速率方程总传热系数的计算平均温度差的计算 传热单元数法的特点及适用对象 学 习 指 导23v 对流传热 学 习 指 导对流传热机理对流传热系数的定义热边界层的概念对流传热系数的影响因素及量纲分析法 描述传热过程的量纲为一数群流体在光滑圆形直管内强制湍流传热系数关联式24v流体有相变时的对流传热系数 冷凝传热方式冷凝传热过程的影响因素沸腾传热方式沸腾曲线液体沸腾传热的影响因素学 习 指 导25v辐射传热 辐射传热的特点黑体、镜体、灰体的概念辐射传热的相关定律学 习 指 导26v换热器 换热器的类型管壳式换热器的基本结构强化的途径强化传热效果评价 换热器设计与选型的主要步骤学 习 指 导
