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1、能源动力第八章第八章 热质交换设备热质交换设备 l热质交换设备：将热量以一定的传热方式从热质交换设备：将热量以一定的传热方式从热流体传递给冷流体的设备，其间可伴随有热流体传递给冷流体的设备，其间可伴随有质量的传递。质量的传递。 能源动力第二节第二节 表面式换热器表面式换热器l参与换热的冷、热流体之间有一固体壁面，参与换热的冷、热流体之间有一固体壁面，两种流体恒在固体壁面的两侧流动，热量两种流体恒在固体壁面的两侧流动，热量通过壁面进行传递，间壁式换热器。通过壁面进行传递，间壁式换热器。l具体结构的不同，它又可分为管壳式、板具体结构的不同，它又可分为管壳式、板式、翅片管式、板翅式、旋板式和热管换式
2、、翅片管式、板翅式、旋板式和热管换热器等多种形式。热器等多种形式。能源动力l结构特点：有一圆形外壳，内装结构特点：有一圆形外壳，内装平行管束，管内通道部分称为管平行管束，管内通道部分称为管程，管外面与壳体内表面之间的程，管外面与壳体内表面之间的通道部分称为壳程或管间。通道部分称为壳程或管间。l优点：结构简单、造价低廉、选优点：结构简单、造价低廉、选材范围广、清洗方便、适应性强。材范围广、清洗方便、适应性强。处理能力（容量）大、适应高温、处理能力（容量）大、适应高温、高压能力强，是应用最广的一种高压能力强，是应用最广的一种换热器。换热器。l结构分类：固定管板式、浮头式结构分类：固定管板式、浮头式
3、和和U U型管式（含套管式）三类。型管式（含套管式）三类。管壳式换热器管壳式换热器 能源动力固定管板式换热器固定管板式换热器 缺点：壳程清扫困难、适应热膨胀能力差 能源动力浮头式换热器浮头式换热器 内内浮浮头头式式换换热热器器 填填函函式式换换热热器器 优点：抗热膨胀能力强，便于清洗。优点：抗热膨胀能力强，便于清洗。 应用：管壳间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢应用：管壳间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。的情况。能源动力缺点：结构复杂、填函式滑动面处在高压时易泄漏，使应用受到限制。内内浮浮头头式式换换热热器器 填填函函式式换换热热器器 能源动力U型管式换热器型管式换热器优点：优点：l1
4、 1、每根、每根U形管均可自由膨胀而不受别的管和壳体的形管均可自由膨胀而不受别的管和壳体的约束，故弹性大、热补偿性能好；约束，故弹性大、热补偿性能好；l2 2、管程流速高传热性能好、承压能力较强、结构紧、管程流速高传热性能好、承压能力较强、结构紧凑、管束可抽出便于安装检修和清洗等。凑、管束可抽出便于安装检修和清洗等。能源动力l缺点：制造较繁、管侧流阻较大、管内清洗不便、中心部位管子不易更换、因最内层管子弯曲半径不能太小限制了管板上排列的管子数目等。l应用：壳间温差大，压力高。但管程流速受允许压降限制较大，管内外介质要求无腐蚀性和结垢性。能源动力K-type 热交换器热交换器能源动力套管式换热器
5、套管式换热器特点：结构紧凑、制作简单，纯逆流换热，传热温差特点：结构紧凑、制作简单，纯逆流换热，传热温差大，但流动阻力损失大，除垢困难，适用于换热量较大，但流动阻力损失大，除垢困难，适用于换热量较小的场合。小的场合。能源动力板式换热器板式换热器 能源动力板式换热器流程组合 串联 并联 混联能源动力典型的传热板片典型的传热板片 能源动力板式换热器的优缺点板式换热器的优缺点l结构简单，制造组装方便。只要改变传热板片的数量就可以得到不同的换热量。l传热效率高，容易形成旺盛湍流，传热系数可达2000到5000W/(m2K)。l体积少，重量轻，价格便宜。l结垢少。l可拆卸，便于清洗维护。l对流动介质要求
6、高。l不耐压，一般情况下最大允许压力为1MPa，最多2MPa。能源动力钎焊式板式换热器 所有密封部所有密封部分均依靠真分均依靠真空钎焊完成空钎焊完成最大工作压最大工作压力为力为3MPa能源动力翅片管式换热器 能源动力带纵向肋片的翅片管带纵向肋片的翅片管带纵向肋片的翅片管带纵向肋片的翅片管带径向肋片的翅片管带径向肋片的翅片管带径向肋片的翅片管带径向肋片的翅片管各种形式的翅片管各种形式的翅片管能源动力各种形式的翅片管各种形式的翅片管l整体式翅片管，由铸造、机械加整体式翅片管，由铸造、机械加工而成，翅片与管子一体，无接工而成，翅片与管子一体，无接触热阻，强度高。制作成本高，触热阻，强度高。制作成本高
7、，适用于低翅片。适用于低翅片。l焊接翅片，采用钎焊或氩弧焊等焊接翅片，采用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可将不同材料的翅片工艺制造，可将不同材料的翅片与母体管连接在一起。传热性能与母体管连接在一起。传热性能与机械性能好，价格居中。与机械性能好，价格居中。能源动力套套套套片片片片管管管管结结结结构构构构绕绕绕绕片片片片管管管管结结结结构构构构l机械连接翅片管：经济，翅片和管子材料可以任意机械连接翅片管：经济，翅片和管子材料可以任意组合，翅化比可达组合，翅化比可达40，加工不好会产生较大的接触，加工不好会产生较大的接触热阻。热阻。能源动力强制对流的风冷冷凝器 自然对流的风冷冷凝器 能源动力汽车用的平板翅
8、片换热器汽车用的平板翅片换热器能源动力板翅式换热器板翅式换热器能源动力多股流板翅式换热器在液化天然气中的应用能源动力流程组合能源动力l三股流板翅式换热器能源动力能源动力板翅式换热器单元体分解图 部分热量由翅片经隔板传出，部分热量由隔板直接传出部分热量由翅片经隔板传出，部分热量由隔板直接传出能源动力导流板（片）的布置型式能源动力翅片型式 能源动力板翅式换热器的特点板翅式换热器的特点l传热能力强。翅片对流动的扰动增强传热。传热能力强。翅片对流动的扰动增强传热。l结构紧凑，单位体积传热面积可达结构紧凑，单位体积传热面积可达15002500m2/m3，相当于管壳式的十几倍。，相当于管壳式的十几倍。l轻
9、巧牢固。例如轻巧牢固。例如0.7mm厚的隔板和厚的隔板和0.2mm厚的翅片配厚的翅片配合可承压合可承压3.9Mpa.l适用性广。对于气气换热有明显改善；铝合金板翅适用性广。对于气气换热有明显改善；铝合金板翅式换热器的低温延性和抗拉性好；可以实现多种介式换热器的低温延性和抗拉性好；可以实现多种介质在同一换热器内换热；最高压力目前可达质在同一换热器内换热；最高压力目前可达4.9MPa,已可用于已可用于3005000C。l结构复杂，造价高，流道小，易阻塞，清洗维修困结构复杂，造价高，流道小，易阻塞，清洗维修困难，对介质要求高。难，对介质要求高。能源动力螺螺旋旋板板式式换换热热器器能源动力六、热管换热
10、器六、热管换热器 典型热管的结构原理图 能源动力热管的传热六个同时发生而又互相关联的过程：热管的传热六个同时发生而又互相关联的过程：1. 热量从热源通过壳壁和充热量从热源通过壳壁和充满液体工质的吸液芯传递满液体工质的吸液芯传递到液汽分界面上；到液汽分界面上；2. 液体在蒸发段内的液汽液体在蒸发段内的液汽分界面上蒸发；分界面上蒸发；3. 蒸汽通过蒸汽腔输送到冷凝段；蒸汽通过蒸汽腔输送到冷凝段；4. 蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上冷凝；蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上冷凝；5. 热量从冷凝段内的汽液分界面通过吸液芯和壳壁热量从冷凝段内的汽液分界面通过吸液芯和壳壁传给冷源；传给冷源；6. 冷凝液借助吸液芯
11、的毛细作用从冷凝段返回蒸发段冷凝液借助吸液芯的毛细作用从冷凝段返回蒸发段重新工作。重新工作。 能源动力加热段毛细压差为加热段毛细压差为: :冷凝段毛细压差为冷凝段毛细压差为: :热管液汽分界面的形状热管液汽分界面的形状热管液汽分界面的形状热管液汽分界面的形状 热管才能正常工作热管才能正常工作蒸汽从加热段流向冷却段的压力损失冷凝液从冷却段回流到蒸发段的压力损失重力对液体流动引起的压力损失能源动力热管的工作特点热管的工作特点1 1很高的导热性很高的导热性，在一，在一定的温度下，其导热率定的温度下，其导热率约相当于铜约相当于铜4010000倍。倍。2. 2. 优良的等温性优良的等温性 3. 3. 热
12、流密度的可变性热流密度的可变性4. 4. 热流方向的可逆性热流方向的可逆性 5. . 热二极管与热开关性能热二极管与热开关性能 6. . 环境的适应性环境的适应性 能源动力单管组合式热管换热器单管组合式热管换热器 能源动力1-加热炉加热炉 2-扰流子翅片管空气预热器扰流子翅片管空气预热器 3-热管空气热管空气预热器预热器 4-鼓风机鼓风机 5-引风机引风机 6-烟囱烟囱热管余热回收系统热管余热回收系统能源动力回转式热管换热器 能源动力电脑散热用热管电脑散热用热管能源动力l包括前散热器和后包括前散热器和后散热器各一个，热散热器各一个，热管一条，两款大型管一条，两款大型的散热片，以及其的散热片，以
13、及其他配件。他配件。显卡热管散热器显卡热管散热器能源动力分离式热分离式热管管CPL能源动力美国第五代美国第五代CCPLCCPL能源动力分离式热管换热器分离式热管换热器 LHP能源动力分离式重力式热管换热器分离式重力式热管换热器能源动力第三节第三节 混合式换热器混合式换热器 l混合式换热器是依靠冷、热流体直接接触进行混合式换热器是依靠冷、热流体直接接触进行传热的，冷热介质间没有固体传热面，也可称传热的，冷热介质间没有固体传热面，也可称为直接接触式换热器。为直接接触式换热器。l优点：结构简单、材耗较少、不存在传热面带优点：结构简单、材耗较少、不存在传热面带来的热阻（包括污垢热阻）、过热或腐蚀等问来
14、的热阻（包括污垢热阻）、过热或腐蚀等问题。题。l有挥发性液体，则同时存在温差传热和传质传有挥发性液体，则同时存在温差传热和传质传热两种机理，即气液温差引起的显热传递和液热两种机理，即气液温差引起的显热传递和液体汽化（或蒸汽冷凝）引起的潜热传递。体汽化（或蒸汽冷凝）引起的潜热传递。l无挥发性的液体，在液气接触面上不产生蒸发无挥发性的液体，在液气接触面上不产生蒸发或凝结，故只有显热传递。实质上混合式换热或凝结，故只有显热传递。实质上混合式换热器的特点就是传热传质同时进行。器的特点就是传热传质同时进行。 能源动力冷 水 塔薄薄膜膜多多边边形形冷冷水水塔塔 能源动力电厂双曲线形冷却塔 能源动力混合式冷
15、凝器混合式冷凝器 液柱式液柱式液膜式液膜式填料式填料式喷射式喷射式能源动力第四节第四节 蓄热（冷）式换热器蓄热（冷）式换热器 l蓄热（冷）式换热器：冷、热流体交替地流蓄热（冷）式换热器：冷、热流体交替地流过装有固体填料的容器，依靠构成传热面的过装有固体填料的容器，依靠构成传热面的物体（填料）的热容作用（吸热或放热），物体（填料）的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之间的热交换。实现冷、热流体之间的热交换。l蓄热式换热器有固定型（阀门切换型）和转蓄热式换热器有固定型（阀门切换型）和转动型两种。动型两种。 能源动力蓄热（冷）式换热器能源动力l突突出出优优点点：蓄蓄热热体体由由多多孔孔型型或或板
16、板型型传传热热面面构构成成、单单位位体体积积传传热热面面大大、重重量量轻轻；结结构构紧紧凑凑，便便于于设设备备布布置置；蓄蓄热热板板常常处处于于高高温温，可可减减轻轻传传热热面面的的低低温温腐腐蚀蚀，此此外外它它的的转转子子高高度度小小，易易于于吹吹灰灰且且蓄蓄热热板板周周期期性性地地通通过过清清洁洁空空气气，有有自自清清扫扫作作用。用。l主要缺点：结构较复杂，机加工工作量大；由主要缺点：结构较复杂，机加工工作量大；由于挟带、内部泄漏等原因造成漏风量很大，可于挟带、内部泄漏等原因造成漏风量很大，可达达20%甚至更大。因此，密封问题就成为该种甚至更大。因此，密封问题就成为该种换热器的主要研究课题
17、。换热器的主要研究课题。回转式蓄热器的优点回转式蓄热器的优点能源动力回热器热机回热器热机能源动力典型的自由活塞斯特林热机典型的自由活塞斯特林热机能源动力一、小型低温换热器1、网格式换热器、网格式换热器 浸胶纸垫结构图能源动力2、孔板式换热器、孔板式换热器 能源动力二、新型材料换热器二、新型材料换热器 l新型材料换热器是为了适应强腐蚀性流体的条件而发展起来的。结构与上述各种形式的换热器基本上是大同小异。从材料上考虑，则可分为非金属材料和稀有金属材料两类。而稀有金属换热器又是针对高温和高压条件下的强腐蚀性流体的换热问题。1、非金属换热器非金属换热器 石墨、聚四氟乙烯和玻璃、陶瓷等。 2、稀有金属换
18、热器、稀有金属换热器 钛、钽、锆制 能源动力第六节第六节 换热器的强化传热技术换热器的强化传热技术 一、增强传热的基本途径一、增强传热的基本途径 传热的基本公式：Q=KFt 1、提高传热系数K 2、扩展传热面积F 3、加大传热温差t a能源动力二、增强传热的方法二、增强传热的方法 1改变流体的流动情况 1）增加流速 2）加插入物 3）加旋转流动装置 4）依靠外来能量作用 、用机械或电的方法使传热表面或流体发生振动。 、对流体施加声波或超声波。使之交替地受到压 缩和膨胀，以增加脉动而强化传热。 、外加静电场。对于参与换热的流体加以高电压 而形成一个非均匀的径向电场，这样的静电场 能引起传热面附近电介质流体的混合作用，因 而使对流换热加强。
