（最新版）板式换热器毕业课程设计(2)

3：不宜于进行易堵塞通道的介质的换热

板式换热器的板间通道很窄，一般为3~5mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合，应考虑在入口安装过滤装置，或采用再生冷却系统。

2.3应用

板式换热器早期只应用于牛奶高温灭菌、果汁加工、啤酒酿造等轻工业部门。随着制造技术的提高，出现了耐腐蚀的板片材料和耐温、耐腐蚀的垫片材料，板片也逐渐大型化。现代的板式换热器广泛地应用于各种工业中，进行液—液、气—液、汽—液，换热和蒸发、冷凝等工艺过程。诸如：化学工业、食品工业、冶金工业、石油工业、电站、核电站、海洋石油平台、机械工业、污水处理、民用建筑工业等。

第3章 板式换热器热力及相关计算

热力计算的目的在于使所设计的换热器在服从传热方程式的基础撒谎能够满足热负荷所应具有的换热面积、传热系数、总传热系数、平均温差等综合方面的计算。

3.1 确定总传热系数的途径

在设计计算板式换热器时，总传热系数的确定可通过两条途径： （一）选用经验公式

有设计者根据经验或从有关参考书籍、有关性能测定的实验报告中，选用与工艺条件相仿、设备类型类似的换热器的总传热系数值作为设计依据。

表3-1列出了一般情况下板式换热器的总传热系数值。

表3-1 板式换热器的经验总传热系数K值

物料 K(Wm.℃) 2水—水 2800~4650 水蒸气—油 870~930 冷水—油 400~580 油—油 175~350 气—水 28~58 （二）计算确定

在设计计算中，常常需要知道比较准确的总传热系数值，这可以通过总传热系数的计算确定。但由于计算传热系数的公式有一定误差及污垢热阻也不容易准确估计等原因，计算得到的总传热系数值与实际情况也会有出入。

3.2 总传热系数的计算

（一）由热阻关系求解

在板式换热器中，热量从高温物体传向低温物体的过程中，通常存在着五项热阻：板

6 片热侧流体传热热阻1α1，污垢层热阻Rs1，板片热阻δλ，板片冷侧流体传热热阻1α2，污垢层热阻Rs2。它们之和即为总热阻，总热阻的倒数也就是总传热系数，故其计算式为：

（二）由传热方程求解

传热的基本方程式为

Q=KAΔtm

由此可求得总传热系数K=Q(AΔtm)。 1：换热量Q的计算

换热量Q的计算可根据具体情况，分别在下列各式中选用： 单相流体的吸、放热

Q=qmcp(t’-t’’)

或 Q=qm(i’-i’’) 2：平均温差Δtm的求解

平均温差Δtm的求解通常采用修正逆流情况下对数平均温差Δtm的办法，即先按逆流考虑再进行修正：

Δtm=ψΔt1m

按逆流考虑时的对数平均温差为

式中、—分别为逆流时端部温差中的最大值和最小值。

修正系数ψ随冷、热流体的相对流动方向的不同组合而异，在串联、并联或混联时可分别由图2-4、图2-5来确定：（也可以采用由Marriott实验求得的修正系数，见图2-6）

图2-4 串联时，板式换热器的温差修正系数

图2-5 并联时，板式换热器的温差修正系数

图2-6 NTU法 板式换热器的温差修正系数

如果流体的温度沿传热面的变化不太大，例如当2时，可采用算术平均温差代替对数平均温差，即：

7 =(-)

采用上式计算出的平均温差与采用对数平均温差计算的结果相比较，其误差在4%范围之内，这在工程计算上是允许的。

3：流体比热容或传热系数变化时的平均温差

当流体的比热容不随温度变化时，流体温度的变化与吸收或放出的热量成正比，即成线性关系。

当流体的比热容变化不大时，可取某一温度时的比热容作为平均比热容。如果在设计的温度范围内，比热容随温度的变化显著（大于2~3倍），则用对数平均温差的误差很大，应改用积分平均温差。

4：换热面积A的计算

在板式换热器的计算中，换热面积A应采用有效换热面积(Ao为单板的有效换热面积，Ae为总的有效换热面积，Ne为总的有效传热板片数)

Ae=NeAo

3.3 传热系数的计算

对流传热系数

流体在板式换热器的通道中流动时，在湍流条件下，通常用下面的关联式计算流体沿整个流程的平均对流传热系数uf

在计算Re数值时，所采用的当量直径de应该按下式计算

[式中As—通道截面积(m2)；S—参与传热的周边长(m)]。 在一般情况下，常用下式计算当量直径

[式中—板间的通道宽度(m)；—板间距(m)]。

对于某些特殊结构的板式换热器，板片两侧的通道截面积并不相同(称为非对称型结构)，这是两侧的当量直径应分别计算。

3.4 垢阻的确定

投入运行的板式换热器都将因与流体的接触而在板片上结垢。由于垢层的导热都比较差，所以污垢的形成即使其厚度很薄，也对传热会有较大的削弱，特别是在结垢严重，导

8 致通道部分被堵塞的情况下将会使传热大大的恶化。为了衡量污垢对传热的影响，常用污垢热阻Rs或其倒数—污垢系数αs来度量，即

污垢热阻的大小和流体种类、流体流速、运行温度、流道结构、传热表面状况、传热面材料等多种因素有关。污垢在传热面上沉积速率一般都是先积垢较快，而后较慢，最后趋向于某一稳定数。

由于板式换热器中的高端流度、一方面可使污垢的聚集量减小，同时还起到冲刷清洗作用，所以板式换热器中垢层一般都比较薄。美国传热研究公司对水冷却塔所用的板式和管壳式换热器结垢的实验研究表明，板式换热器的污垢热阻不到管壳式的一半。板式换热器中的具体污垢热阻值，详见表2-2所示：

表2-2 板式换热器中的污垢热阻值 污 垢 热 阻 液 体 名 称 (m.℃W) 软水或蒸馏水 城市用软水 0.000009 0.000017 机器夹套水 润滑油水 植物油 有机溶剂 水蒸气 工艺流体、一般流体 2污 垢 热 阻 液 体 名 称 (m.℃W) 0.000052 0.000009~0.000043 0.000007~0.000052 0.000009~0.000026 0.000009 0.000009~0.000052 2城市用硬水（加热时） 0.000043 处理过的冷却水 沿海海水或港湾水 大洋的海水 河水、运河水 0.000034 0.000043 0.000026 0.000043

第4章 计算类型及工程设计一般原则

4.1 计算的类型

1：设计计算

通常，两侧流体的流量及四个进、出口温度中的任意三个已给定，要求计算出在满足一定压力限制条件下的有效传热面积与流程、通道排列组合方式。

2：校核计算

与设计计算相反，换热面积以及流道布置都已经已知的，而且冷、热流体的流量以及进出口温度也为已知值，要求核算在该通道布置方案下，流体出口温度能否达到预定目标

9 及压力降是否满足要求值。

对于上述的两种不同类型的计算所依据的基本原理是完全一致的，但是他们在计算方法或步骤上存在着很大的差别。事实上，在作某一换热场合的工程设计的时候，往往需要两种类型的计算均要用到。即先用设计计算算法求出换热面积与通道布置，再利用校核计算程序核定这个面积与布置是否完成预定的换热任务。

4.2 工程设计、计算的一般原则

在设计、计算一台换热器的时候，应分析其设计压力、涉及温度、介质特性、经济性等因素，并和其他换热器设备进行一定程度上的比较（如：板式换热器与管壳式换热器的一般比较）。确定采用板式换热器后，具体的设计计算的 …… 此处隐藏：2147字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……