板式換熱器課程設(shè)計(jì)--船舶柴油機(jī)高溫淡水冷卻器設(shè)計(jì)

1、<p>　　船舶柴油機(jī)高溫淡水冷卻器設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了板式換熱器的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)依據(jù)，運(yùn)用對(duì)數(shù)平均溫差法（LMTD）設(shè)計(jì)了一款船舶柴油機(jī)高溫淡水板式換熱器，并對(duì)其進(jìn)行熱力和阻力校核。</p><p>　　關(guān)鍵詞：板式換熱器 對(duì)數(shù)平均溫差 板片 流程 污垢系數(shù)</p><p><b>　　目錄</b&

2、gt;</p><p>　　第1章 板式換熱器基本構(gòu)造3</p><p>　　1.1 整體結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.2 流程組合方式4</p><p>　　1.3 半片形式及其性能5</p><p>　　1.3.1 常用形式5</p><p>　　1.3.2 特種形式5<

3、/p><p>　　1.4 密封墊片5</p><p>　　第2章 板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用6</p><p><b>　　2.1 優(yōu)點(diǎn)6</b></p><p><b>　　2.2 缺點(diǎn)7</b></p><p><b>　　2.3 應(yīng)用7</b>

4、</p><p>　　第3章 板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算8</p><p>　　3.1 確定總傳熱系數(shù)的途徑8</p><p>　　3.2 總傳熱系數(shù)的計(jì)算8</p><p>　　3.3 傳熱系數(shù)的計(jì)算11</p><p>　　3.4垢阻的確定.11</p><p>　　第4章 計(jì)算類型

5、及工程設(shè)計(jì)一般原則12</p><p>　　4.1 計(jì)算的類型12</p><p>　　4.2工程設(shè)計(jì)、計(jì)算的一般原則13</p><p>　　第5章 板式換熱器熱力計(jì)算實(shí)際應(yīng)用15</p><p>　　第1章 板式換熱器基本構(gòu)造</p><p><b>　　1.1整體結(jié)構(gòu)</b><

6、/p><p>　　板式換熱器的結(jié)構(gòu)相對(duì)于板翅式換熱器、殼管式換熱器和列管式換熱器比較簡(jiǎn)單，它是由板片、密封墊片、固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板、壓緊螺柱和螺母、上下導(dǎo)桿、前支柱等零部件所組成，如圖1-1所示：</p><p>　　板片為傳熱元件，墊片為密封元件，墊片粘貼在板片的墊片槽內(nèi)。粘貼好墊片的板片，按一定的順序（如圖1-1所示，冷暖板片交叉放置）置于固定壓緊板和活動(dòng)壓緊板之間，用壓緊螺柱將固定壓

7、緊板、板片、活動(dòng)壓緊板夾緊。壓緊板、導(dǎo)桿、壓緊裝置、前支柱統(tǒng)稱為板式換熱器的框架。按一定規(guī)律排列的所有板片，稱為板束。在壓緊后，相鄰板片的觸點(diǎn)互相接觸，使板片間保持一定的間隙，形成流體的通道。換熱介質(zhì)從固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板上的接管中出入，并相間地進(jìn)入板片之間的流體通道，進(jìn)行熱交換。</p><p>　　圖1-1所示板式換熱器為可拆式板式換熱器，其原理就是在上導(dǎo)桿處安裝了活動(dòng)滑輪、頂壓裝置，在增減板片的時(shí)候，可以

8、通過該滑輪調(diào)節(jié)換熱器內(nèi)可安裝板片數(shù)量，頂壓裝置加固整體結(jié)構(gòu)牢固性；而對(duì)于一些小型的板式換熱器，則沒有該裝置，而是直接地將固定壓緊板和活動(dòng)壓緊板通過導(dǎo)桿固定連接起來，這種結(jié)構(gòu)沒有清洗空間，清洗、檢查時(shí)，板片不能掛在導(dǎo)桿上，雖然這樣的結(jié)構(gòu)輕便簡(jiǎn)易，但對(duì)大型的、需經(jīng)常清洗的板式換熱器不太適用。</p><p>　　對(duì)于要進(jìn)行兩種以上介質(zhì)換熱的板式換熱器，則需要設(shè)置中間隔板。</p><p>&l

9、t;b>　　1.2流程組合方式</b></p><p>　　為了使流體在板束之間按一定的要求流動(dòng)，所有板片的四角均按要求沖孔，墊片按要求粘貼，然后有規(guī)律地排列起來，形成流體的通道，稱為流程組合。（圖1-2[a]、[b]、[c]是典型的排列方式）流程組合的表示方式為：</p><p>　　式中：M1，M2，…Mi ：從固定壓緊板開始，甲流體側(cè)流道數(shù)相等的流程數(shù)；</

10、p><p>　　N1，N2，…Ni ：M1，M2，…Mi中的流道數(shù)；</p><p>　　m1，m2，…mi ：從固定壓緊板開始，乙流體側(cè)流道數(shù)相等的流程數(shù)；</p><p>　　n1，n2，…ni :：m1，m2，…mi中的流道數(shù)。</p><p>　　圖1-2 典型的流程組合</p><p>　　1.3板片形式及其性

11、能</p><p>　　板片是板式換熱器的核心元件，冷、熱流體的換熱發(fā)生在板片上，所以它是傳熱元件，此外它又承受兩側(cè)的壓力差。從板式換熱器出現(xiàn)以來，人們構(gòu)思出各種形式的波紋板片，以求得換熱效率高、流體阻力低、承壓能力大的波紋板片。</p><p><b>　　1.3.1常用形式</b></p><p>　　板片按波紋的幾何形狀區(qū)分，有水平平直波

12、紋、人字形波紋、斜波紋等波紋板片；按流體在板間的流動(dòng)形式區(qū)分，有管狀流動(dòng)、帶狀流動(dòng)、網(wǎng)狀流動(dòng)的波紋板片。</p><p><b>　　1.3.2特種形式</b></p><p>　　為了適應(yīng)各種工程的需要，在傳統(tǒng)板式換熱器的基礎(chǔ)上相繼發(fā)展了一些特殊的板片及特殊的板式換熱器。</p><p>　　1：便于裝卸墊片的板片</p>&l

13、t;p>　　2：用于冷凝器的板片</p><p>　　3：用于蒸發(fā)器的板片</p><p><b>　　4：板管式板片</b></p><p><b>　　5：雙層板片</b></p><p><b>　　6：石墨材料板片</b></p><p>

14、<b>　　7：寬窄通道的板片</b></p><p><b>　　1.4密封墊片</b></p><p>　　板式換熱器的密封墊片是一個(gè)關(guān)鍵的零件。板式換熱器的工作溫度實(shí)質(zhì)上就是墊片能承受的溫度；板式換熱器的工作壓力也相當(dāng)程度上受墊片制約。從板式換熱器結(jié)構(gòu)分析，密封周邊的長(zhǎng)度(m)將是換熱面積(m2)的6~8倍，超過了任何其它類型的換熱器。&l

15、t;/p><p>　　第2章 板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用</p><p><b>　　2.1 優(yōu)點(diǎn)</b></p><p><b>　　1：傳熱系數(shù)高</b></p><p>　　管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)，從強(qiáng)度方面看是很好的，但從換熱角度看并不理想，因?yàn)榱黧w在殼程中流動(dòng)時(shí)存在著折流板—?dú)んw、折流板—換熱管、管

16、束—?dú)んw之間的旁路。通過這些旁路的流體，并沒有充分地參與換熱。而板式換熱器，不存在旁路，而板片的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流。所以板式換熱器有較高的傳熱系數(shù)，一般情況下是管殼式換熱器的3~5倍。</p><p><b>　　2：對(duì)數(shù)平均溫差大</b></p><p>　　在管殼式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流的流動(dòng)方式。如果進(jìn)一步分析，殼

17、程為混合流動(dòng)，管程是多股流動(dòng)，所以對(duì)數(shù)平均溫差都應(yīng)采用修正系數(shù)。修正系數(shù)通常較小。流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)，總體上是并流或逆流的流動(dòng)方式，其溫差修正系數(shù)一般大于0.8，通常為0.95。</p><p><b>　　3：占地面積小</b></p><p>　　板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式換熱器的2~5倍，也不像管殼式換熱器那樣需要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)

18、地，因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱任務(wù)時(shí)，板式換熱器的占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/10。</p><p><b>　　4：重量輕</b></p><p>　　板式換熱器的板片厚度僅為0.6~0.8mm，管殼式換熱器的換熱管厚度為2.0~2.5mm；管殼式換熱器的殼體比板式換熱器的框架重得多。在完成同樣的換熱任務(wù)的情況下，板式換熱器所需要的換熱面積比管殼式換熱器的小。&l

19、t;/p><p><b>　　5：價(jià)格低</b></p><p>　　在使用材料相同的前提下，因?yàn)榭蚣芩枰牟牧陷^少，所以生產(chǎn)成本必然要比管殼式換熱器低。</p><p><b>　　6：末端溫差小</b></p><p>　　管殼式換熱器，在殼程中流動(dòng)的流體和換熱面交錯(cuò)并繞流，還存在旁流，而板式換熱

20、器的冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面，且無旁流，這樣使得板式換熱器的末端溫差很小，對(duì)于水—水換熱可以低于1℃，而管殼式換熱器大約為5℃，這對(duì)于回收低溫位的熱能是很有利的。</p><p><b>　　7：污垢系數(shù)低</b></p><p>　　板式換熱器的污垢系數(shù)比管殼式換熱器的污垢系數(shù)小得多，其原因是流體的劇烈湍流，雜質(zhì)不宜沉積；板間通道的流通死區(qū)?。徊讳P

21、鋼制造的換熱面光滑、且腐蝕附著物少，以及清洗容易。</p><p><b>　　8：多種介質(zhì)換熱</b></p><p>　　如果板式換熱器安裝有中間隔板，則一臺(tái)設(shè)備可以進(jìn)行三種或三種以上介質(zhì)的換熱。</p><p><b>　　9：清洗方便</b></p><p>　　板式換熱器的壓緊板卸掉后，即

22、可松開板束，卸下板片，進(jìn)行機(jī)械清洗。</p><p>　　10：容易改變換熱面積或流程組合</p><p>　　只需要增加（或減少）板片，即可達(dá)到需要增加（或減少）的換熱面積。</p><p><b>　　2.2 缺點(diǎn)</b></p><p>　　1：工作壓力在2.5MPa以下</p><p>　

23、　板式換熱器是靠墊片進(jìn)行密封的，密封的周邊很長(zhǎng)，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，所以目前板式換熱器的最高工作壓力僅為2.5MPa；單板面積在1m2以上時(shí)，其工作壓力往往低于2.5MPa。</p><p>　　2：工作溫度在250℃以下</p><p>　　板式換熱器的工作溫度決定于密封墊片能承受的溫度。用橡膠類彈性墊片時(shí)，最高工作溫度在200℃以下；用壓縮石棉絨

24、墊片(Caf)時(shí)，最高工作溫度為250~260℃。</p><p>　　3：不宜于進(jìn)行易堵塞通道的介質(zhì)的換熱</p><p>　　板式換熱器的板間通道很窄，一般為3~5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)中含有較大的固體顆?；蚶w維物質(zhì)，就容易堵塞板間通道。對(duì)這種換熱場(chǎng)合，應(yīng)考慮在入口安裝過濾裝置，或采用再生冷卻系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.3應(yīng)用</b>

25、</p><p>　　板式換熱器早期只應(yīng)用于牛奶高溫滅菌、果汁加工、啤酒釀造等輕工業(yè)部門。隨著制造技術(shù)的提高，出現(xiàn)了耐腐蝕的板片材料和耐溫、耐腐蝕的墊片材料，板片也逐漸大型化?，F(xiàn)代的板式換熱器廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)中，進(jìn)行液—液、氣—液、汽—液，換熱和蒸發(fā)、冷凝等工藝過程。諸如：化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、冶金工業(yè)、石油工業(yè)、電站、核電站、海洋石油平臺(tái)、機(jī)械工業(yè)、污水處理、民用建筑工業(yè)等。</p><p

26、>　　第3章 板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算</p><p>　　熱力計(jì)算的目的在于使所設(shè)計(jì)的換熱器在服從傳熱方程式的基礎(chǔ)撒謊能夠滿足熱負(fù)荷所應(yīng)具有的換熱面積、傳熱系數(shù)、總傳熱系數(shù)、平均溫差等綜合方面的計(jì)算。</p><p>　　3.1 確定總傳熱系數(shù)的途徑</p><p>　　在設(shè)計(jì)計(jì)算板式換熱器時(shí)，總傳熱系數(shù)的確定可通過兩條途徑：</p><

27、p><b>　?。ㄒ唬┻x用經(jīng)驗(yàn)公式</b></p><p>　　有設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或從有關(guān)參考書籍、有關(guān)性能測(cè)定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，選用與工藝條件相仿、設(shè)備類型類似的換熱器的總傳熱系數(shù)值作為設(shè)計(jì)依據(jù)。</p><p>　　表3-1列出了一般情況下板式換熱器的總傳熱系數(shù)值。</p><p>　　表3-1 板式換熱器的經(jīng)驗(yàn)總傳熱系數(shù)K值</p&

28、gt;<p><b>　?。ǘ┯?jì)算確定</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)計(jì)算中，常常需要知道比較準(zhǔn)確的總傳熱系數(shù)值，這可以通過總傳熱系數(shù)的計(jì)算確定。但由于計(jì)算傳熱系數(shù)的公式有一定誤差及污垢熱阻也不容易準(zhǔn)確估計(jì)等原因，計(jì)算得到的總傳熱系數(shù)值與實(shí)際情況也會(huì)有出入。</p><p>　　3.2 總傳熱系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　

29、（一）由熱阻關(guān)系求解</p><p>　　在板式換熱器中，熱量從高溫物體傳向低溫物體的過程中，通常存在著五項(xiàng)熱阻：板片熱側(cè)流體傳熱熱阻1/α1，污垢層熱阻Rs1，板片熱阻δ/λ，板片冷側(cè)流體傳熱熱阻1/α2，污垢層熱阻Rs2。它們之和即為總熱阻，總熱阻的倒數(shù)也就是總傳熱系數(shù)，故其計(jì)算式為：</p><p>　　（二）由傳熱方程求解</p><p><b>

30、　　傳熱的基本方程式為</b></p><p><b>　　Q=KAΔtm</b></p><p>　　由此可求得總傳熱系數(shù)K=Q/(AΔtm)。</p><p><b>　　1：換熱量Q的計(jì)算</b></p><p>　　換熱量Q的計(jì)算可根據(jù)具體情況，分別在下列各式中選用：</p

31、><p><b>　　單相流體的吸、放熱</b></p><p>　　Q=qmcp(t’-t’’)</p><p>　　或 Q=qm(i’-i’’)</p><p>　　2：平均溫差Δtm的求解</p><p>　　平均溫差Δtm的求解通常采用

32、修正逆流情況下對(duì)數(shù)平均溫差Δtm的辦法，即先按逆流考慮再進(jìn)行修正：</p><p><b>　　Δtm=ψΔt1m</b></p><p>　　按逆流考慮時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差為</p><p>　　式中 、 —分別為逆流時(shí)端部溫差中的最大值和最小值。</p><p>　　修正系數(shù)ψ隨冷、熱流體的相對(duì)流動(dòng)方向的不同組合而異，在

33、串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)時(shí)可分別由圖2-4、圖2-5來確定：（也可以采用由Marriott實(shí)驗(yàn)求得的修正系數(shù)，見圖2-6）</p><p>　　圖2-4 串聯(lián)時(shí)，板式換熱器的溫差修正系數(shù)</p><p>　　圖2-5 并聯(lián)時(shí)，板式換熱器的溫差修正系數(shù)</p><p>　　圖2-6 NTU法 板式換熱器的溫差修正系數(shù)</p><p>　　如果流體的溫度

34、沿傳熱面的變化不太大，例如當(dāng) / 2時(shí)，可采用算術(shù)平均溫差代替對(duì)數(shù)平均溫差，即：</p><p><b>　　= ( - )</b></p><p>　　采用上式計(jì)算出的平均溫差與采用對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算的結(jié)果相比較，其誤差在 4%范圍之內(nèi)，這在工程計(jì)算上是允許的。</p><p>　　3：流體比熱容或傳熱系數(shù)變化時(shí)的平均溫差</p>

35、<p>　　當(dāng)流體的比熱容不隨溫度變化時(shí)，流體溫度的變化與吸收或放出的熱量成正比，即成線性關(guān)系。</p><p>　　當(dāng)流體的比熱容變化不大時(shí)，可取某一溫度時(shí)的比熱容作為平均比熱容。如果在設(shè)計(jì)的溫度范圍內(nèi)，比熱容隨溫度的變化顯著（大于2~3倍），則用對(duì)數(shù)平均溫差的誤差很大，應(yīng)改用積分平均溫差。</p><p>　　4：換熱面積A的計(jì)算</p><p>　

36、　在板式換熱器的計(jì)算中，換熱面積A應(yīng)采用有效換熱面積(Ao為單板的有效換熱面積，Ae為總的有效換熱面積，Ne為總的有效傳熱板片數(shù))</p><p><b>　　Ae=NeAo</b></p><p>　　3.3 傳熱系數(shù)的計(jì)算</p><p><b>　　對(duì)流傳熱系數(shù)</b></p><p>　　流

37、體在板式換熱器的通道中流動(dòng)時(shí)，在湍流條件下，通常用下面的關(guān)聯(lián)式計(jì)算流體沿整個(gè)流程的平均對(duì)流傳熱系數(shù)uf</p><p>　　在計(jì)算Re數(shù)值時(shí)，所采用的當(dāng)量直徑de應(yīng)該按下式計(jì)算</p><p>　　[式中As—通道截面積(m2)；S—參與傳熱的周邊長(zhǎng)(m)]。</p><p>　　在一般情況下，常用下式計(jì)算當(dāng)量直徑</p><p>　　[式中

38、 —板間的通道寬度(m)； —板間距(m)]。</p><p>　　對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)的板式換熱器，板片兩側(cè)的通道截面積并不相同(稱為非對(duì)稱型結(jié)構(gòu))，這是兩側(cè)的當(dāng)量直徑應(yīng)分別計(jì)算。</p><p><b>　　3.4 垢阻的確定</b></p><p>　　投入運(yùn)行的板式換熱器都將因與流體的接觸而在板片上結(jié)垢。由于垢層的導(dǎo)熱都比較差，所以污垢的形

39、成即使其厚度很薄，也對(duì)傳熱會(huì)有較大的削弱，特別是在結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致通道部分被堵塞的情況下將會(huì)使傳熱大大的惡化。為了衡量污垢對(duì)傳熱的影響，常用污垢熱阻Rs或其倒數(shù)—污垢系數(shù)αs來度量，即</p><p>　　污垢熱阻的大小和流體種類、流體流速、運(yùn)行溫度、流道結(jié)構(gòu)、傳熱表面狀況、傳熱面材料等多種因素有關(guān)。污垢在傳熱面上沉積速率一般都是先積垢較快，而后較慢，最后趨向于某一穩(wěn)定數(shù)。</p><p>

40、　　由于板式換熱器中的高端流度、一方面可使污垢的聚集量減小，同時(shí)還起到?jīng)_刷清洗作用，所以板式換熱器中垢層一般都比較薄。美國(guó)傳熱研究公司對(duì)水冷卻塔所用的板式和管殼式換熱器結(jié)垢的實(shí)驗(yàn)研究表明，板式換熱器的污垢熱阻不到管殼式的一半。板式換熱器中的具體污垢熱阻值，詳見表2-2所示：</p><p>　　表2-2 板式換熱器中的污垢熱阻值</p><p>　　第4章 計(jì)算類型及工程設(shè)計(jì)一般原則<

41、;/p><p><b>　　4.1 計(jì)算的類型</b></p><p><b>　　1：設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　通常，兩側(cè)流體的流量及四個(gè)進(jìn)、出口溫度中的任意三個(gè)已給定，要求計(jì)算出在滿足一定壓力限制條件下的有效傳熱面積與流程、通道排列組合方式。</p><p><b>　　2：校

42、核計(jì)算</b></p><p>　　與設(shè)計(jì)計(jì)算相反，換熱面積以及流道布置都已經(jīng)已知的，而且冷、熱流體的流量以及進(jìn)出口溫度也為已知值，要求核算在該通道布置方案下，流體出口溫度能否達(dá)到預(yù)定目標(biāo)及壓力降是否滿足要求值。</p><p>　　對(duì)于上述的兩種不同類型的計(jì)算所依據(jù)的基本原理是完全一致的，但是他們?cè)谟?jì)算方法或步驟上存在著很大的差別。事實(shí)上，在作某一換熱場(chǎng)合的工程設(shè)計(jì)的時(shí)候，往

43、往需要兩種類型的計(jì)算均要用到。即先用設(shè)計(jì)計(jì)算算法求出換熱面積與通道布置，再利用校核計(jì)算程序核定這個(gè)面積與布置是否完成預(yù)定的換熱任務(wù)。</p><p>　　4.2 工程設(shè)計(jì)、計(jì)算的一般原則</p><p>　　在設(shè)計(jì)、計(jì)算一臺(tái)換熱器的時(shí)候，應(yīng)分析其設(shè)計(jì)壓力、涉及溫度、介質(zhì)特性、經(jīng)濟(jì)性等因素，并和其他換熱器設(shè)備進(jìn)行一定程度上的比較（如：板式換熱器與管殼式換熱器的一般比較）。確定采用板式換熱器

44、后，具體的設(shè)計(jì)計(jì)算的原則為下面幾個(gè)方面：</p><p>　?。ㄒ唬┻x擇板片的波紋型式</p><p>　　板片的波紋型式只要有人字形波紋和水平平直波紋兩種。人字形波紋板的承壓能力可高于1.0MPa，水平平直波紋板片的承壓能力一般都在1.0MPa左右；人字形波紋板片的傳熱系數(shù)和流體阻力都高于水平平直波紋板片。選擇板片的波紋型式，主要考慮板式換熱器的工作壓力、流體的壓力降和傳熱系數(shù)。如果工作

45、壓力在1.6MPa以上，則別無選擇的要采用人字形波紋板片；如果工作壓力不高，又特別要求阻力降低，則選用水平平直波紋板片較好一些；如果由于安裝位置所限，需要較高的換熱效率以減少換熱器占地面積，而阻力降可以不受限制，則應(yīng)選用人字形波紋板片。</p><p>　?。ǘ﹩伟迕娣e的選擇</p><p>　　單板面積過小，則板式換熱器的板片數(shù)多，也使得占地面積增大，程數(shù)增多，導(dǎo)致阻力降增大；反之，雖

46、然占地面積和阻力降減小了，卻難以保證板間通道必要的流速。單板面積可按流體流過角孔的速度為6m/s左右考慮。按角孔中速度為6m/s時(shí)，則各種單板面積組成的板式換熱器處理量見表3-3。</p><p>　　表3-3 單臺(tái)最大處理量參考值</p><p><b>　?。ㄈ┝魉俚倪x取</b></p><p>　　流體在板間的流速，影響換熱性能和流體的

47、壓力降，流速高雖然換熱系數(shù)高，但是流體的阻力降也增大；反之的情況則相反。一般板間平均流速為0.2~0.8m/s（主流線上的流速要比平均值高4~5倍）。流速低于0.2m/s時(shí)流體就達(dá)不到湍流狀態(tài)且會(huì)形成較大的死角區(qū)，流速過高則會(huì)導(dǎo)致阻力降劇增。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以先確定一個(gè)流速，計(jì)算其阻力降是否在給定的范圍內(nèi)；也可按給定的壓力降求出流速的初選值。</p><p><b>　　（四）流程的選取</b>

48、;</p><p>　　對(duì)于一般對(duì)稱型流道的板式換熱器，兩流體的體積流量大致相當(dāng)時(shí)，應(yīng)盡可能按等程布置；如果兩側(cè)流量相差懸殊時(shí)，則流量小的一側(cè)可采取多流程布置。相變板式換熱器的相變一側(cè)一般均為單程。多程換熱器，除非特殊的需要，一般對(duì)同一流體在各程中應(yīng)采取相同的流道數(shù)。</p><p>　　在給定的總允許壓降下，多程布置使每一程對(duì)應(yīng)的允許壓降變小，迫使流速降低，對(duì)換熱不利。此外，不等程的多程

49、布置是平均傳熱溫差減小的重要原因之一，應(yīng)盡可能避免。</p><p>　?。ń陙韲?guó)產(chǎn)的板式換熱器出現(xiàn)了非對(duì)稱通道的板式換熱器，國(guó)外則采取“熱混合”的板片組合方式，即允許熱量—流量—壓降三者之間的不匹配的問題，同時(shí)節(jié)省換熱面積）</p><p><b>　?。ㄎ澹┝黧w的選取</b></p><p>　　單相換熱時(shí)，逆流具有最大的平均傳熱溫差。在

50、一般換熱器的工程設(shè)計(jì)中都盡量把流體布置為逆流。對(duì)板式換熱器來說，要做到這一點(diǎn)，兩側(cè)必須為等程。若安排為不等程，則順逆流需交替出現(xiàn)，此時(shí)的平均傳熱溫差將明顯小于純逆流時(shí)。</p><p>　　在相變換熱時(shí)順流布置與逆流布置平均溫差的區(qū)別比單相換熱時(shí)小，但由于這時(shí)牙尖大小與流向有密切關(guān)系，所以相對(duì)流向的選擇將主要考慮壓降因素，其次才是平均溫差。其中要特別注意的是，有相變的流體除不宜采用多程外，還要求要從板片的上部進(jìn)，

51、下部出，以便排除冷凝液體。</p><p>　　（六）并聯(lián)流道數(shù)的選取</p><p>　　一程中并聯(lián)流道數(shù)的數(shù)目視給定流量及選取的流速而定，流速的高低受制于允許壓降，在可能的最大流速以內(nèi)，并聯(lián)流道數(shù)目取決于流量的大小。</p><p><b>　?。ㄆ撸┻x擇半片材料</b></p><p>　　根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性能來選擇

52、板片的材料。國(guó)外制造板片的材料品種繁多，有較大的選擇余地（見表1-4）。我國(guó)制造板片的材料主要有不銹鋼和鈦等，在選擇的耐腐蝕材料基礎(chǔ)上，在輔以增加板片厚度或防腐處理來延長(zhǎng)板片的使用壽命。</p><p>　?。ò耍|片材料的選擇</p><p>　　所選擇墊片的材料主要考慮耐溫和耐腐蝕兩個(gè)因素。</p><p><b>　?。ň牛┢渌?lt;/b>&

53、lt;/p><p>　　1：板式換熱器一般不適用于氣體的熱交換。</p><p>　　2：進(jìn)行易爆、易燃介質(zhì)換熱的板式換熱器的設(shè)計(jì)壓力，至少要比介質(zhì)的工作壓力高出一個(gè)公稱級(jí)別以上。而墊片的耐溫、耐腐蝕性能必須可靠。</p><p>　　3：進(jìn)行強(qiáng)腐蝕介質(zhì)（如：硫酸）換熱的板式換熱器，其板束周圍宜設(shè)置一個(gè)防護(hù)罩。</p><p>　　4：對(duì)雜質(zhì)較多

54、的介質(zhì)進(jìn)行換熱時(shí)，介質(zhì)的進(jìn)口管道上最好設(shè)置過濾器，單程排列。此外還應(yīng)盡可能選用通道間隙較大的板片。</p><p>　　5：對(duì)工作壓力和工作溫度都較高的工況，可拆式板式換熱器無法適應(yīng)時(shí)，應(yīng)采用焊接式板式換熱器。</p><p>　　第5章 板式換熱器熱力計(jì)算實(shí)際應(yīng)用</p><p><b>　　初始條件：</b></p><

55、p>　?。?）高溫淡水進(jìn)口水溫為：83℃；</p><p>　?。?）高溫淡水出口水溫為：60℃；</p><p>　?。?）高溫冷卻淡水流量為：55m3/h；</p><p>　?。?）低溫淡水進(jìn)口水溫為：35℃；</p><p>　　（5）低溫淡水出口水溫為：55℃；</p><p>　?。?）允許最大壓力降

56、：0.1Mpa；</p><p>　　冷卻器結(jié)構(gòu)類型：板式換熱器。</p><p>　　熱水的平均溫度為：(83+60)/2=71.5℃</p><p>　　物性參數(shù)為：密度 = 976.9kg/ </p><p>　　比熱容 = 4.188kJ/(kg·K)</p><p>　　運(yùn)動(dòng)粘度 = 0.408&#

57、215; /s</p><p>　　熱導(dǎo)率 = 0.669 W/(m·K)</p><p>　　普朗特?cái)?shù)Prh=2.50</p><p>　　冷卻水的平均溫度為：（35+55）/2=45℃</p><p>　　物性參數(shù)為：密度 = 990.15kg/ </p><p>　　比熱容 = 4.174kJ/(kg&

58、#183;K)</p><p>　　運(yùn)動(dòng)粘度=0.607 × /s</p><p>　　熱導(dǎo)率 = 0. 642W/(m·K)</p><p>　　普朗特?cái)?shù)Prc=3.93</p><p><b>　　(1)計(jì)算熱負(fù)荷</b></p><p>　　Q = (–) =976.9

59、×55÷3600×4.188×(83-60)= 1438KJ</p><p>　?。?）計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差及冷卻水流量</p><p>　　取修正系數(shù)Ψ= 0.942，</p><p>　　=Ψ=0.942×=24.9℃</p><p>　　根據(jù)熱負(fù)荷計(jì)算冷卻水流量:</p>&l

60、t;p>　　==62012kg/h</p><p>　　（3）初選產(chǎn)品型號(hào)及板型</p><p>　　根據(jù)流量，取管間流速v = 4m/s，計(jì)算換熱器角孔通徑:</p><p><b>　　d===0.07m</b></p><p>　　選用通用性較強(qiáng)的人字形波紋。初選型號(hào)為BR0.3的板式換熱器，單片面積As&l

61、t;/p><p>　　=0.27m2 ，通徑為d=100mm，當(dāng)量直徑為de=0.008m，流道截面積為 f =1.26×10-3 m2，板片厚度取δ= 0.6mm。</p><p><b>　　準(zhǔn)則方程為:</b></p><p>　　=0.2288Reh0.6461Prh0.3 ( 3700<Re<12000）?&

62、lt;/p><p>　　=0.2288Rec0.6461Prc0.4 ( 2600<Re<8000）</p><p>　　=54Reh-0.0302 ( 3700<Re<12000）</p><p>　　=199Rec-0.1817 ( 2600<Re<8000）</

63、p><p><b>　　重新計(jì)算管間流速:</b></p><p><b>　　=1.95m/s</b></p><p><b>　　=2.22m/s</b></p><p>　　都在可接受的范圍內(nèi)。</p><p><b>　?。?）計(jì)算板間流速

64、</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及BR0.3 型板式換熱器的特性，預(yù)估換熱系數(shù)K0=3000 W/(m2 ·K)。對(duì)一般人字形波紋，可預(yù)估K值為3000~3500 W/(m2 ·K)</p><p><b>　　換熱面積估算為:</b></p><p>　　A0==18.1 m2</p>&

65、lt;p><b>　　換熱板片數(shù)量為:</b></p><p><b>　　68</b></p><p>　　預(yù)選流程組合為,校核板間流速:</p><p><b>　?。?）計(jì)算雷諾數(shù)</b></p><p>　　均在準(zhǔn)則方程適用范圍內(nèi)。</p><

66、p><b>　?。?）計(jì)算努塞爾數(shù)</b></p><p>　　(7) 計(jì)算傳熱系數(shù)</p><p>　　(8) 計(jì)算總換熱系數(shù)</p><p>　　取冷熱兩側(cè)污垢熱阻和為 R =0.52×10-4 m2·K/W,</p><p>　?。?）計(jì)算所需換熱面積</p><

67、p>　　所需換熱面積A1比預(yù)估換熱面積A0略大，誤差8%，可以達(dá)到預(yù)期換熱效果。</p><p>　　總片數(shù)為：19.6÷0.27=72片，取流程為,(m1=1、n1=36) ，實(shí)際換熱面積為:</p><p>　　A=(2m1n1-1)As=(2136-1) 0.27=19.2m2?</p><p><b>　?。?0）計(jì)算歐拉數(shù)<

68、;/b></p><p><b>　?。?1）計(jì)算壓降</b></p><p>　　均小于允許壓降0.1MPa</p><p>　?。?2）板片與密封墊材料的選擇</p><p>　　介質(zhì)均為水，溫度在100℃以內(nèi)，選304不銹鋼，密封墊選丁腈(NBR)材料。</p><p><b&g

69、t;　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 史美中,王中錚,熱交換器原理與設(shè)計(jì).上海：東南大學(xué)出版社，2005 </p><p>　　[2] 錢頌文,熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè).廣州：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[3] 楊世銘,陶文銓,傳熱學(xué).北京:高等教育出版社,1998</p><p&