第五節換熱器(1)概述一、換熱器(傳熱設備統稱)的分類：按換熱方式分類：1)直接接觸式：冷熱流體直接接觸換熱——2023/2/4第五節換熱器(2)2023/2/4第五節換熱器(3)3)間接式換熱器：冷熱流體在固體壁隔兩側進行換熱。2)蓄熱式換熱器：2023/2/4第五節換熱器(4)間壁式換熱器：冷、熱流體不混合，在換熱器壁兩側換熱。(工業上應用此類型換熱器居多，為重點內容)1、夾套式換熱器

反應釜外加夾套，夾套中可以用蒸汽加熱。例：保溫式反應器等。設反應釜的加熱面積為S，則S/V較小，但很適用。二、間壁式換熱器的分類：2023/2/4第五節換熱器(5)2023/2/4第五節換熱器(6)2、噴林式換熱器2023/2/4第五節換熱器(7)3、沉浸式蛇管換熱器：

蛇管安裝在充滿液體的容器內，故為沉浸式。例：發酵罐中的蛇管等。2023/2/4第五節換熱器(8)2023/2/4第五節換熱器(9)2023/2/4第五節換熱器(10)4、套管式換熱器：

直徑不等的兩根管套在一起。優點：結構簡單，可嚴格的逆流；可調節流速；可根據需求放幾節套管。2023/2/4第五節換熱器(11)2023/2/4第五節換熱器(12)2023/2/4第五節換熱器(13)5、列管式換熱器——管殼式換熱器：

n根管束并聯的形式。此類換熱器最多。(重點)2023/2/4第五節換熱器(14)分類固定管板式浮頭式1、固定管板式換熱器（1）三、列管式（管板式）換熱器2023/2/4第五節換熱器(15)

固定管板式換熱器的結構特點：

用焊接法將列管固定在兩個花板之間，兩個花板也被固定。因此花板間的距離固定不變。1、固定管板式換熱器（2）2023/2/4第五節換熱器(16)2、浮頭式換熱器浮頭式換熱器與固定管板式結構的最大區別——

其兩端浮頭部分與列管部分可以拆開，將內部的列管與殼分開；便于清洗等。2023/2/4第五節換熱器(17)兩種列管式換熱器結構的特征共性：有兩個空間：平行排列的細管內稱為管程(管內)，流體均勻地分配在每根管內;管與管之間稱為殼程,

冷、熱兩種流體間壁式流動。管內流體在管內流動，流經分配室，在封頭兩側進、出口。殼程流體在管外流動，流體在管間流動。2023/2/4第五節換熱器(18)例：管程—當流體條件一定時，流體的流速u↑，則α↑；

進一步K↑,Q↑。問題：當生產任務（即體積流量Vs）一定，如何提高u?討論：列管式(管板式)換熱器的換熱速率——

Q=KSΔtm,其中S、Δtm為定值(因工藝條件一定)；『問題』如何提高傳熱速率Q？實質是如何提高K值的問題。

對于無相變的流體應提高換熱器壁兩側的α1、α2的問題。單管程——管內流體流體流經一個管長。管程如何提高流速u？式中：Vs、d、n都為固定值，似乎u值不能變了。2023/2/4第五節換熱器(19)三管程—兩側各放置一隔板，使流體流經三個管長。m管程的數目依此類推:有隔板的換熱器，在流量Vs不變的前題下，其管內的流速提高了。雙管程——換熱器的一側放置隔板，使管內流體流經兩個管長；

稱為雙管程;管速為單管程的2倍。2023/2/4第五節換熱器(20)2023/2/4第五節換熱器(21)問題：殼程的流速如何提高？方法1)單殼程→雙殼程。方法2)放置圓缺擋板，加強殼程流體的湍動程度,則提高α↑。殼程流速提高的措施2023/2/4第五節換熱器(22)2023/2/4第五節換熱器(23)四、U型管換熱器2023/2/4第五節換熱器(24)

根據工藝條件要求及換熱流體的性質，對換熱器的速率：Q=KSΔtm，對具體換熱過程，可以設計換熱器，也可以選用換熱器（通用設備）。換熱器涉及的計算：第一個問題：流體流動空間的選擇。選擇的基本原則：走管程的流體一般為：1)不清潔的流體，易結垢的流體走管程(因易清洗)。2)具有腐蝕性的流體走管程；在管內空間裝設保護用的襯里或覆蓋層也比較方便，并容易檢查。

3)壓強較高的流體走管程；降低殼體受壓。4)有毒流體走管內（管程），避免泄漏機會增多；5)與外界溫差大的流體應走管內(管程)。因為可以減少熱損失。五、管殼式換熱器的設計和選用2023/2/4第五節換熱器(25)進入管間(殼程)的流體一般為：1)飽和蒸汽一定走管間——殼程（管間、管外）；因為：①冷凝水易排出；②蒸汽干凈；③飽和蒸汽的α較大，無需用提高流速增大α;④飽和蒸汽的α較大，走殼程蒸汽與殼體和列管都接觸，因此，產生的熱應力小；2)被冷卻的流體走管間；便于散熱；同時減少了載熱體的用量。3)黏度較大的液體易走管間；因管間的流動截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數下，管外給熱系數比管內的大。4)溫差變化較大及對流傳熱系數較大的流體移走管間。因管間的流動截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數下，管外給熱系數比管內的大。2023/2/4第五節換熱器(26)第二個問題：流體流速的選擇

增加流體在換熱器中的流速，可以增大對流傳熱系數α，進一步增大總傳熱系數K，則換熱器的換熱速率Q增大；同時可以減少管壁上的污垢，即減少了傳熱的熱阻。但是，流體流速增大后，便增大了流體的流動阻力，增大動力的消耗。因此應通過經濟核算后，選擇適宜的流速。經驗數據可選擇：一般流體：1)管程：0.5~3m/s；2)殼程：0.2~1.5m/s；易結垢流體:1)管程:>1m/s；2)殼程：>0.5m/s；氣體：

1)管程:50~30m/s；2)殼程：3~15m/s2023/2/4第五節換熱器(27)六、新型換熱器1、板式換熱器2023/2/4第五節換熱器(28)2023/2/4第五節換熱器(29)2023/2/4第五節換熱器(30)2023/2/4第五節換熱器(31)2023/2/4第五節換熱器(32)2、螺旋板換熱器2023/2/4第五節換熱器(33)2023/2/4第五節換熱器(34)2023/2/4第五節換熱器(34)2023/2/4第五節換熱器(35)2023/2/4第五節換熱器(36)3、翅板式換熱器2023/2/4第五節換熱器(37)2023/2/4第五節換熱器(37)2023/2/42023/2/4練習題：1、過熱氨蒸汽于95℃進入一列管換熱器的內管，經冷凝于冷凝溫度30℃排出，氨氣由95℃冷卻到30℃時，放出熱量10000W，冷凝放出熱量64500W；現用冷卻水冷卻冷凝，冷卻水進口溫度為15℃，逆流操作，在冷凝段，冷熱流體最小溫差為5℃，已知:氨α凝=8700W/m2℃；冷卻時的α卻=58W/m2℃；水側α水=1280W/m2℃;冷卻器內管為?38×1.5mm。求此過程的K,Δtm和面積A。已知：T1=95℃,Ts=30℃,t1=15℃解：分析：氨過熱蒸汽T1→T2=Ts(冷卻)→Ts(冷凝)=Ts計算應分成兩段,然后加和；2023/2/42023/2/42023/2/4結論：(1)Q凝=63500>Q卻=10000；K凝=1603.3>K卻=51.2

A凝=6.56<A卻=8.04(2)溫升:Δt:Δt凝=25-15=10℃，Δt卻=26.5-25=1.5℃所以：不用過熱蒸汽做加熱介質，而用飽和蒸汽冷凝。2023/2/42、已知換熱器面積A=3m2，用表壓2kgf/cm2飽和蒸汽在管外加熱管內的水,水流量為4000kg/h,從20℃加熱到80℃；列管為φ25