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机械常识

常见换热器类型及间壁换热效率要素分析

时间:2016-09-06 11:44:24   作者:   来源:   阅读:182   评论:0
(一)换热器类型简介

 

    换热器主要类型分:间壁式{套管式、壳管式、交叉流换热器、板式、螺旋板式}、混合式、蓄热式。

 

具体:

 

间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧,而由壁面间接隔开来。

 

混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。

 

回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。

 

蓄热式——固体壁面除了换热外还起到蓄热的作用:高温流体流过时,固体壁面吸收并积蓄热量,然后释放给接着流过的低温流体,这种换热器的热量传递过程是非稳态的。

 

(二)间壁式换热器的主要型式

 

(1) 套管式换热器:最简单的一种间壁式换热器,流体有顺流和逆流两种,适用于传热量不大或流体流量不大的情形

 

(2) 管壳式换热器:最主要的一种间壁式换热器,传热面由管束组成,管子两端固定在管板上,管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。

 

(3) 交叉流换热器:间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。

 

    把单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标,一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器,板翅式换热器多属于紧凑式,因此,日益受到重视。

 

(4) 板式换热器:由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成,冷热流体间隔地在每个通道中流动,其特点是拆卸清洗方便,故适用于含有易结垢物的流体。

 

(5) 螺旋板式换热器:换热表面由两块金属板卷制而成,有点:换热效果好;缺点:密封比较困难。

 

(三)简单顺流及逆流分析

 

(1)简单顺流及逆流换热器的对数平均温差

 

    对数平均温差公式:

 

    算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况,因此,总是大于相同进出口温度下的对数平均温差,当时,两者的差别小于4%;当时,两者的差别小于2.3%。

 

(2)各种流动形式的比较

 

(1)顺流和逆流是两种极端情况,在相同的进出口温度下,逆流的最大,顺流则最小;顺流时,而逆流时,则可能大于,可见,逆流布置时的换热最强。

 

    那么不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好的,因为一台换热器的设计要考虑很多因素,而不仅仅是换热的强弱。比如,逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧,使得该处的壁温特别高,可能对换热器产生破坏,因此,对于高温换热器,又是需要故意设计成顺流

 

(四)换热器流速控制

 

    换热器运行一段时间后,换热面上会有污垢,这些附加的污垢使传热系数减小,换热器性能下降。这样在换热器中流体的流速要选择得适当,过低或过高都是不合理的。一方面,为了保证不过分地过快的结垢,流速不能过低;另一方面,又不能采用过高的流速而引起水蚀或振动。

 

(五)传热的强化

 

    强化传热的目的:缩小设备尺寸、提高热效率、保证设备安全

 

    削弱传热的目的:减少热量损失

 

    根据不同的需求,对于实际传热的传热过程,有时需要强化,有时则需要削弱。

 

    强化传热的原则和手段

 

(1) 强化换热的原则:哪个环节的热阻大,就对哪个环节采取强化措施。

 

(2) 强化手段: a无源技术(被动技术);b有源技术(主动式技术)

 

a无源技术(被动技术):除了输送传热介质的功率消耗外,无需附加动力

 

    其主要手段有:①涂层表面;②粗糙表面;③扩展表面;④扰流元件;⑤涡流发生器;⑥螺旋管;⑦添加物; ⑧射流冲击换热

 

b有源技术(主动式技术):需要外加的动力

 

    其主要手段有:①对换热介质做机械搅拌;②使换热表面振动;③使换热流体振动;④将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混合;⑤将异种或同种流体喷入换热介质或将流体从换热表面抽吸走。

 

    对换热器而言,随着强化措施的完善,污垢热阻有时会成为传热过程的主要热阻,因此,需要给换热器的设计提供合理的污垢热阻的数据,这就需要实验测定。

 


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