2018年第5期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 No.5 2018 总第634期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.364
收稿日期：2017-05-30；修回日期：2017-11-21；数字出版时间：2018-01-05；数字出版网址：https://www.doczj.com/doc/a7683489.html, 基金项目：国家自然科学基金（91441123）
作者简介：杨新垒（1992-），男，硕士研究生，主要研究方向为组合发动机推进技术
文章编号：1004-7182(2018)05-0040-05 DOI ：10.7654/j.issn.1004-7182.20180509
紧凑型换热器换热特性研究
杨新垒，聂万胜，王 辉
（航天工程大学，北京，101416）
摘要：紧凑型预冷换热器是复合预冷发动机的关键部件，为研究紧凑型预冷换热器的换热特性，提出符合中国现有工业水平的紧凑型预冷换热器。采用数值仿真方法分析了冷流参数、换热管参数及管间距对预冷起换热效果的影响规律，分析了可提高换热效果的改进方向，在此基础上提出了一种新型紧凑型预冷换热器，并对换热效果进行了仿真分析。结果表明：新型预冷换热器单位体积换热面积为1309m 2，单位体积换热功率为355.5MW ，可将质量流量为120kg/s 的空气由1350K 降低至
486K 。
关键词：预冷换热器；换热效果；数值仿真；优化分析 中图分类号：TK124 文献标识码：A
Study on Heat Transfer Characteristics of Compact Heat Exchanger
Yang Xin-lei ，Nie Wan-sheng, Wang Hui
(Space Engineering University ，Beijing, 101416)
Abstract: The compact heat exchanger is the key component of the composite precooling engine, in order to study the heat
transfer characteristics of compact heat exchangers and propose a compact precooling heat exchanger. Numerical simulation is used to study the influence of cold flow parameters, heat transfer tube parameters and tube spacing on heat transfer effect, the improvement direction of enhancing heat exchange effect is summarized, a new type of high efficiency and compact precooling heat exchanger is proposed. The results show that the new precooling heat exchanger has a unit volume heat transfer area of 1309m 2, and a unit volum heat transfer power of 355.5MW. The air with a mass flow rate of 120kg/s can be reduced from 1350K to about 486K.
Key words: precooling exchanger; heat exchange effect; numerical simulation; optimization analysis
0 引 言
近年来，组合发动机的研制与应用越来越受到各国的重视。孙国庆等[1]对国外各种吸气/火箭组合发动机的研制情况及关键技术进行了综述，总结出对组合发动机发展途径的观点；彭小波等[2]通过对常见的
3种组合循环动力技术的特点和发展现状的分析，提出了发展建议；聂万胜等[3]对协同吸气式火箭发动机的发展现状进行了综述，认为其是各类组合发动机中具有较大发展潜力的一种组合发动机。协同吸气式火箭发动机是一种可对来流进行冷却的预冷吸气式发动机，通过对来流进行冷却，可获得理想的压气机进口温度，增大压气机增压比和空气密度，提高发动机推力，扩展飞行包线。高效紧凑预冷换热器是预冷吸气式发动机的关键部件[4]。
高效紧凑预冷换热器具有管径小、管壁薄、功率需求高的特点，因此提高换热效果对于减轻换热器结
构质量，提高发动机性能具有重要的意义。目前开展的研究主要集中在对换热机理的研究，如Xu 等[5]通过实验对微管道内的流动进行了研究；汪元等[6]对微小通道流体单相气态流动换热机理进行了总结。但对于宏观上如何增强微尺度换热器换热效果的研究开展较少。本文在保持热流条件不变的情况下，以换热器后空气平均温度为评价指标，研究了冷流参数、换热管参数及管间距对换热效果的影响规律，旨在寻求提高换热效果的改进方向。在此基础上优化了换热器参数，提出了一种新型布局的圆管换热器，建立了三维换热单元，对换热效果进行了仿真计算。
换热器特性与用途及优缺点评析 换热器 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 英语翻译：heat exchanger 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜压力容器冷凝器反应锅螺旋板式换热器波纹管换热器列管换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器换热机组石墨换热器空气换热器钛换热器换热设备，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。 换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1）合理地实现所规定的工艺条件； （2）结构安全可靠； （3）便于制造、安装、操作和维修； （4）经济上合理。 浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。
第1章绪论 1.1.换热器技术概况 换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、重水处理设备等近30多种产业，相互形成产业链条。 [1]一般换热器的材料，可分为金属材料和非金属材料。而金属材料又可分为黑色金属和有色金属。 1.黑色金属及其合金 （1）碳钢： 价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，对酸很容易被腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是很合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为10和20号碳钢。碳钢按除氧的程度又可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢等。 1）沸腾钢：容易产生偏析，有焊接裂纹产生的可能性。 2）镇静钢：由于加工工艺性能良好，焊接性能好，被广泛地用作换热器的各种零部件的材料。 （2）低合金钢： 在碳钢中加入少量的Cr、Mo等元素，以增加高温时的强度，并作为耐腐蚀钢在高温高压的氢介质环境中使用。机械性能和组织均有足够的稳定性，无热脆现象，冷加工性和焊接性良好。 2.不锈钢 （1）马氏体系不锈钢 如2Cr13钢。它的主要性能和1Cr13（半马氏体型）相同，对铁离子、亚硫酸气体、 硫化氢和环烷酸等均耐腐蚀，但对染料水溶液、混合气体（H 2、N 2 、NH 3 ）等的耐腐蚀 性低。由于含碳较高，故强度和硬度较1Cr13钢稍高，而耐腐蚀性和耐热性则稍有降低。马氏体组织由于热处理有淬硬性，焊接时由于热影响产生变形应力容易开裂。（2）铁素体系不锈钢 含Cr在15%以上的钢。它对氧化性酸，尤其是硝酸，有很好的耐腐蚀性。在碱性溶液、无氯盐水、苯和洗涤剂中也都有良好的耐腐蚀性，切削性良好。但厚板焊接容易脆裂，且焊后有晶间腐蚀的倾向，不宜用于厚度较大或低温使用的部件。 （3）奥氏体系不锈钢： 以1Cr18Ni9为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。 不锈钢除了用于管壳式换热器以外，它是板式换热器中板片的主要材料，同时也用于螺旋板和板壳式换热器中。目前新型传热元件的热管，它所使用的管子，一般也以不锈钢作为它的材质。 （4）耐热钢： 这类钢按用途分为抗氧化钢、热强钢及气阀钢；按组织分为铁素体钢、马氏体钢；按使用加工方法分为热轧、锻制及热处理。
第1章 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大
换热器主要参数及性能特 点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。
板式换热器的特点 1 传热效率高 板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标，板片波纹所形成的特殊流道，使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流（湍流），扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高。 一般地说，板式换热器的传热系数K值在3000～6000W/m2.oC范围内。这就表明，板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2～1/4 即可达到同样的换热效果。 2 使用安全可靠 在板片之间的密封装置上设计了2道密封，同时又设有信号孔，一旦发生泄漏，可将其排出热换器外部，即防止了二种介质相混，又起到了安全报警的作用。 3 占地小，易维护 板式换热器的结构极为紧凑，在传热量相等的条件下，所占空间仅为管壳式换热器的1/2～1/3。并且不象管壳式那样需要预留出很大得空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆，即可在原空间范围内100%地接触倒换热板的表面，且拆装很方便。 4 随机应变 由于换热板容易拆卸，通过调节换热板的数目或者变更
流程就可以得到最合适的传热效果和容量。只要利用换热器中间架，换热板部件就可有多种独特的机能。这样就为用户提供了随时可变更处理量和改变传热系数K值或者增加新机能的可能。 5 有利于低温热源的利用 由于两种介质几乎是全逆流流动，以及高的传热效果，板式换热器两种介质的最小温差可达到1oC。用它来回收低温余热或利用低温热源都是最理想的设备。在相同传热系数的条件下，板式换热器通过合理的选择流速，阻力损失可控制在管壳式换热器的1/3范围内。 6 阻力损失少 因结构紧凑和体积小，换热器的外表面积也很小，因而热损失也很小，通常设备不再需要保温。 7 冷却水量小 板式换热器由于其流道的几何形状所致，以及二种液体都又很高的热效率，故可使冷却水用量大为降低。反过来又降低了管道，阀门和泵的安装费用。 8 在投资效率低 相同传热量的前提下，板式换热器与管壳式换热器相比较，由于换热面积，占地面积，流体阻力，冷却水用量等项目数值的减少，使得设备投资、基建投资、动力消耗等费用大大降低，特别是当需要采用昂贵的材料时，由于效率高和
蒸发器动态特性及详细介绍 摘要：蒸发器是制冷和热泵系统中最重要的组成部分之一，其动态特性的模拟预测和研究无论对蒸发器本身的设计、运行还是对整个制冷热泵系统的优化和控制都具有十分重要的意义。本文以逆流套管式蒸发器为研究对象，从其结构特点出发，经适当假定，运用质量、动量和能量守恒方程建立蒸发器的动态分布参数模型。用数值方法对模型方程进行离散求解。得到并分析了动态过程中蒸发器制冷剂侧及水侧各主要参数的沿程分布及其随时间的变化情 况。 关键词：蒸发器动态模拟动态分布参数 0 引言 制冷与热泵技术与人们日常生活的关系越来越密切，尤其是近年来随着国民经济和人民生活水平的提高，制冷和热泵行业发展迅速，与此同时也造成电耗、燃料消耗的大幅度增加，缺电、缺油、缺煤等信息见诸报端的频率不断升级。据统计，暖通空调能耗约占我国总能耗的22.75%，并有逐渐上升的趋势。在我国经济保持快速增长的同时，重要能源的紧缺正逐 步成为制约我国经济发展的瓶颈，因此，开发和研制高性能、低能耗的制冷、热泵系统是该技术领域的重要课题之一，也是“可持续发展”国策的迫切要求。而蒸发器是制冷、热泵装置中最重要的组成部分之一，它的运行状况直接关系到整个系统性能的优劣，因此，蒸发器的研究一直受到国内外学者的密切关注。 蒸发器动态分布参数模型的建立 实际上，整个制冷、热泵装置均是在动态下工作，纯粹的稳态工况是不存在的。到目前为止，对制冷系统所建立的理论模型中大部分是基于稳态工况下做出的。为对整个制冷、热泵系统的实际运行过程机理有充分的理解，提高系统各部件及系统的效率，实现制冷、热泵系统的最佳匹配及最优控制等，必须建立能描述整个系统的动态数学模型。作为制冷系统的关键设备——换热器仍是研究者们历来研究的重点，其动态性能对整个制冷、热泵系统性能起至关重要的作用。因此，换热器的动态模型已成为整个制冷、热泵系统动态模拟水平高低的一个重要标志。在制冷、热泵装置中，换热器包括蒸发器和冷凝器，二者的研究有相似之处，但也有很大不同。比较而言，蒸发器的研究要比冷凝器复杂得多，它对系统的影响更大，建模过程中要考虑的因素更多。蒸发器模型的建立主要有集中参数和分布参数两种方法，前者具有计算速度快，稳定性好的优点，通常用于定性分析；而后者具有计算精度高、结果可靠、能较好的反映研究对象真实运行状态等优点，采用该方法建模具有现实意义。本文以套管式蒸发器为研究对象，采用分布参数法建立模型，模型中水与制冷剂间的换热视为逆流换热，蒸发器中制冷剂在管内流动，主要经历从两相到过热的过程，但为了增大模型的通用性、更加全面地研究蒸发器的动态特性，在模型中考虑了过冷区以及过冷沸腾区。 在某些工况下，制冷剂虽经膨胀阀后压力下降，但仍有可能以过冷状态进入蒸发器。此
前期报告 1.选题的目的和意义： 板翅式换热器由于其体积小、重量轻、效率高、结构紧凑等优点，在石油化工、航空航天、电子、原子能、机械和空调等领域得到了越来越广泛的应用。波纹翅片作为板翅式热交换器的一种常见翅片类型，研究其传热和流动特性对板翅式热交换器的设计具有指导作用，也对以后的工程计算有很大的帮助作用。 2．传热，流动及防结垢研究 关于传热，流动及防结垢的研究涉及范围宽广的许多问题。其最终目的有二：一是强化传热并尽量减少流动阻力，二是为更精确的设计计算提供理论基础和方法．强化传热同时避免过大的流动阻力的主要途径有两个方面，一方面开发出新的更高效的传热表面，另一方面更合理地选择有关参数和更合理地设计流体分配结构，使流动在流道中得以更均匀地分配。 1．2板翅换热器翅片的类型、特点及应用场合 1．2．1翅片类型 板翅换热器的传热面由平板和翅片表面组成，平板部分的传热面叫一次传热面，由翅片组成的叫二次传热面。二次传热面积占总传热面积的绝大部分，一般达70～90％。 (1)平直翅片：它是最基本的一种翅片，由金属薄片制成的一种最简单的翅片形式。其特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片，其传热特性和流体流动特性与流体在长的圆形管道中的传热和流动特性
相似。翅片的主要作用是扩大传热面，而对于促进流体湍动的作用很小，但流道长度对传热效果有明显的影响。． (2)锯齿形翅片：结构特点是流体的流道被冲制成凹凸不平，其目的是增加流体湍动程度，并破坏传热边界层，从而强化传热过程使传热效率提高。 (3)多孔翅片：它是在平直翅片上冲出许多孔洞而成的．由于翅片上这些孔使传热边界层不断被破坏，不仅能提前向湍流过渡，而且能明显地增强过渡区和湍流区的传热，但在高雷诺数范围会出现噪音和振动． (4)波纹翅片：肋片纵向里波纹(或人字)状，可使流体的流向不断改变以促进湍流形成，弯曲处边界层可有微小破裂．流体在通道中流动时，由于不断改变流向而产生二次流及边界层分离而使传热效果得以增强。波纹越密，波幅越大，其增强效果也越大。 (5)错位翅片：在沿流体流动方向看是间断的而且是错位排列的。从传热和流动的角度来看，可以认为是由一系列相错排列的短的平直翅片组成的。传热系数高的主要原因是因为流体在流动中，其边界层在一个翅片段上还未及充分发展就被下一个错位的翅片段破坏了．从2整个流道长度来看，可以认为传热和流动都始终处于发展段． (6)百叶窗式翅片：其特点是翅片上冲有等距离的百叶窗式的栅格，向流道内凸出，其目的是破坏熟边界层，从而强化传热过程．在翅片尺寸相同条件下，栅格愈多传热效果愈好，但阻力亦愈大。1．2．2板翅换热器的优缺点
换热器 第一节概述 一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 二、衡量标准： 1.先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省； 2.合理性—可制造加工，成本可接受； 3.可靠性—强度满足工艺条件。 ￥ 三、举例 1．冷却器（cooler） 1)用空气作介质—空冷器aircooler 2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃~-20℃—保冷器deepcooler 2．冷凝器condenser 1)分离器 2)全凝器 3．加热器（一般不发生相变）heater 1)" 2)预热器（preheater）—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降； 3)过热器（superheater）—加热至饱和温度以上。 4．蒸发器(etaporater),—发生相变 5．再沸器（reboiler） 6．废热锅炉（waste heat boiler） 看下图说明其结构及名称
四、换热器的的基本类型 ~ 按传热方式或工作原理分类 1、直接接触式 2、蓄热式 3、间壁式 对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为 (1)管式 (2)紧凑式 (3)管壳式 ， 五、管壳式换热器的分类 1、固定管板式换热器： 优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50℃，设置膨胀节。 适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。 2、浮头式换热器： 管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。 适用于介质易结垢的场合。 : 3、填料函式换热器：
造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 适用于低压小直径场合。 4、U型管式换热器： 结构简单，造价低，壳程可清洗，但管程不能清洗，一个管板，管子可自由伸缩，无温差应力，管板上布管少，结构不紧凑，管子坏时不易修补。适用于管、壳壁温差较大的场合，尤
3、四种换热器的结构特点及优缺点。 （1）固定管板式换热器 组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。 结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接。两端管板均固定，可以是单管程或多管箱，管束不可拆，管板可延长兼作法兰。 优点：结构简单，制造方便，在相同管束情况下其壳体内径最小，管程分程较方便。 缺点：壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。 （2）浮头式换热器 组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等。结构特点：一端管板与壳体固定，另一端管板（浮动管板）与壳体之间没有约束，可在壳体内自由浮动。只能为多管程，布管区域小于固定管板式换热器，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。 优点：不会产生温差应力，浮头可拆分，管束易于抽出或插入，便于检修和清洗。缺点：结构较复杂，操作时浮头盖的密封情况检查困难。 （3）U形管式换热器 组成：管箱、管板、U形换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。 结构特点：只有一个管板和一个管箱，壳体与换热管之间不相连，管束能从壳体中抽出或插入。只能为多管程，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。总重轻于固定管板式换热器。优点：结构简单，造价较低，不会产生温差应力，外层管清洗方便。 缺点：管内清洗因管子成U形而较困难，管束内围换热管的更换较困难，管束的固有频率较低易激起振动。 （4）填料函式换热器 组成：管箱、管板、管束、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函等。 结构特点：一侧管箱可以滑动，壳体与滑动管箱之间采用填料密封。管束可抽出，管板不兼作法兰。优点：填料函结构较浮头简单，检修清洗方便；无温差应力，（具备浮头式换热器的优点，消除了固定管板式换热器的缺点）。 缺点：密封性能较差，不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质。
目录 1引言 (2) 2 设计任务与方案分析 (2) 2.1 设计任务 (2) 2.2 方案分析 (2) 3 建模分析 (3) 3.1 换热器的静态特性分析 (3) 3.2 换热器的静态放大系数 (4) 3.3 被控过程分析 (5) 4 前馈控制器的设计 (6) 4.1 前馈控制通用模型分析 (6) 4.2 静态前馈控制器的设计 (7) 4.3前馈控制的动态补偿 (8) 5 调节阀和检测变送元件介绍 (9) 5.1 调节阀的选择 (9) 5.2 温度变送器 (10) 5.3 流量传感器 (10) 6 参数整定及系统实现 (11) 6.1 静态工作点 (11) 6.2动态补偿参数的整定 (11) 7 小结体会 (13) 8 参考文献 (14)
换热器温度前馈控制 1引言 换热器作为工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、轻工、机械、冶金、交通、制药等工程领域中。据统计，在现代石油化工企业中换热器投资约占装置建设总投资的 30%~40%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到避面的一侧（对流传热），通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传递给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。 目前,换热器控制中大多数仍采用传统的PID控制,以加热（冷却）介质的流量作为调节手段,以被加热（冷却）工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统,对于存在大的负荷干扰且对于控制品质要求较高的应用场合,多采用加入负荷干扰的前馈控制构成前馈反馈控制系统.本文就通过对干扰的分析，重点阐述前馈对于干扰的控制作用。 2 设计任务与方案分析 2.1 设计任务 本文以用蒸汽液化给工艺介质加热为代表介绍换热器温度控制系统，针对工艺介质出口温度的主要干扰进行分析，并对扰动实施前馈控制以达到扰动补偿的目的。具体要求为：扰动分析，扰动补偿中的变送器选择、执行器选择、控制器控制方案选择和参数整定并进行系统仿真。充分利用前馈控制的在扰动对控制过程影响之前就加以抑制的特点达到控制温度要求，避免较大超调的要求。 2.2 方案分析 前馈控制的特点是扰动补偿。 在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。这就是前馈控制的思想。 对于换热器控制系统为什么采用前馈控制策略而不采用单回路的反馈控制
本科毕业设计 (论文) 轻质燃油冷却器设计 Design of Light Fuel Oil Cooler 学院：机械工程学院 专业班级：过程装备与控制工程装备091 学生姓名： xxx 学号： 010912xxx 指导教师：张志文（副教授） 2013 年6 月
目录 1 绪论 (1) 2 结构设计 (2) 2.1 换热器类型的确定 (2) 2.2换热管结构尺寸设计 (2) 2.3壳体和管箱结构设计 (3) 2.4分程结构设计 (4) 2.5折流板和支持板结构 (4) 2.6拉杆和定距管 (5) 2.7防冲板和旁路挡板 (6) 2.8接管及其法兰的选择 (6) 3 强度计算和校核 (7) 3.1筒体和封头设计 (7) 3.2温差应力和管子拉脱力计算 (8) 3.3法兰装置的设计及选型 (10) 3.4固定管板的设计和计算 (12) 3.5开孔补强的校核 (22) 3.6支座设计及选型 (26) 结论 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30)
1 绪论 1.1 换热器简介 换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。 1.2 换热器分类 换热器的种类很多，根据不同的工业领域可以选用不同的换热器，可以更大的发挥换热器的传递热量的作用。现在由于人们追求换热器重量轻、占地面积少、使用经济性高，从而推动了紧凑式换热表面的发展，所以紧凑式换热器在实际应用中种类很多。管壳式的换热器在过程工业中的应用很广泛。除了工业中用到的主要换热器种类，如紧凑式换热器、管壳式换热器、再生器和板式换热器外，还有其他特殊的换热器，如双套管、热管、螺旋式、板壳式、夹套式等。 1.3 换热器的发展趋势 近年来,随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。换热器是化工、石油、钢铁、汽车、食品及许多其他工业部门的通用设备，是调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗的关键设备，其换热性能和动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平，其重量和造价决定了整个生产系统的投资。根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，在现代石油化工企业中换热器的投资约占全部投资的30%-40%，其重要性可想而知。国内对换热器强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体液态变化以及对各部件的参数优化两方面。而其他各国对强化技术研究的侧重点不同。 换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。 本课题所设计的轻质燃油冷却器是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计换热器产品，熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实基础。
换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚 /Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。 （3）板式换热器还具有组装灵活，拆卸清洗方便的特点，可以用增减板片数量
万方数据
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蓄热式换热器的仿真模拟与研究 作者：崔中坚， 刘刚， 王海， 冯震， CUI Zhong-jian， LIU Gang， WANG Hai， FENG Zhen 作者单位：东华大学环境科学与工程学院 刊名： 建筑热能通风空调 英文刊名：BUILDING ENERGY & ENVIRONMENT 年，卷(期)：2010,29(3) 参考文献(5条) 1.郝红;张于峰转轮除湿器的数学模型及性能研究[期刊论文]-暖通空调 2005(12) 2.杨世铭;陶文铨传热学 1998 3.若尾法昭;影片一朗填充床传热与传质过程 1986 4.林瑞泰多孔介质传热传质引论 1995 5.余驰;王磊太阳能低温水源热泵辅助供暖系统模拟研究[期刊论文]-制冷与空调 2006(01) 本文读者也读过(7条) 1.张海强.刘晓华.江亿.Zhong Haiqiang.Liu Xiaohua.Jiang Yi蓄热式换热器周期性换热过程的性能分析[期刊论文]-暖通空调2011,41(3) 2.王维刚.WANG Weigang蓄热式换热器的优化设计[期刊论文]-化工机械2010,37(4) 3.严亮新型高频换向陶瓷蓄热式换热器性能分析及实验研究[学位论文]2007 4.罗海兵.陈维汉蓄热式换热器传热过程的数值模拟[期刊论文]-化工装备技术2004,25(4) 5.冯震核电站汽机房通风方案的优化[学位论文]2010 6.朱铮.杨其才.刘刚.冯震.Zhu Zheng.Yang Qicai.Liu Gang.Feng Zhen电厂自然通风方式的选择[期刊论文]-制冷与空调（四川）2011,25(2) 7.吴志根.陶文铨多孔金属矩阵材料在相变蓄热中的强化换热数值分析[会议论文]-2011 本文链接：https://www.doczj.com/doc/a7683489.html,/Periodical_jzrntfkt201003002.aspx
换热器的设计 1.1换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有 热负荷及流量大小; 流体的性质; 温度、压力及允许压降的范围; 对清洗、维修的要求； 设备结构、材料、尺寸、重量; 价格、使用安全性和寿命; 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式: （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固 定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
双套 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器及预热器 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管 程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 名称 特性 刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般W 50° C ），管间不 固定 管板 浮头 U 型管 填料 函式 釜式 能清洗 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差＞120C ； 内垫片易渗漏 制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、 管子不易更换和不易机械清洗 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压 力较高场合 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 管式 套管
板式换热器构造一般包括有：1固定压紧板；2活动夹紧板；3换热板片；4密封胶垫；5上导杆；6下导杆；7悬挂梁；8支柱；9压紧螺栓。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞 德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式 换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特 /TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特 /API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD 艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式 换热器领域的系统解决方案。 板式换热器是液－液、液－汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用范围广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，板式换热器传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的1/3，热回收率高达90%以上。缺点是压力在2.5Mpa以下，温度不超过250℃，不能对有较大颗粒或含有纤维物质的介质换热，容易形成堵塞。板式换热器广泛应用于冶金、石油、化工、食品（牛奶高温杀菌）、制药、船舶、纺织、造纸等行业，是加热。冷却、热回收、快速灭菌的优良设备。
微通道换热器流动和传热特性的研究 微通道换热器流动和传热特性的研究 杨海明朱魁章张继宇杨萍 (中国电子科技集团公司第十六研究所,合肥230043) 摘要：通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。 关键词：微通道换热器;流动特性;传热特性;实验模型 1引言 通道式换热器是利用传热学原理将热量从热流体传给冷流体的,冷热流体分别在固体壁面的两侧流过,热流体的热量以对流和传导的方式传给冷流体。由于它结构紧凑、体积小、换热效果好,已广泛应用于红外探测、电子设备、生物医疗等工程领域的冷却中。然而随着现代科技水平的不断发展,被冷却的器件、设备其功能越来越强大,体积和重量越来越小,结构趋于复杂化,散热要求越来越苛刻,迫使采用通道式换热器的制冷器件向小型化、甚至微型化的方向发展,尤其是半导体激光器、T/R收发组件、微电子集成器件等电子仪器、设备对这方面的要求更高,于是微通道换热器(特别是微型节流制冷器MMR)的研制开发已迫切地提到了议事日程上来。 所谓微通道换热器即是采用拉丝或光刻等技术在金属、玻璃等基材上刻出几十至几百微米的细微槽道来构成换热器的壁面,再采用焊接或胶粘等方式形成封闭腔体来进行冷热流体的热交换,达到制冷的目的。国外对微通道换热特性的研究较多,但主要是进行直线微通道换热器特性的研究,早期关于其流动问题的研究是在微型Joule-Thomson制冷技术中完成的,由美国斯坦福大学利特尔(W.A. Little)教授发明,采用现代半导体光刻加工技术, 在微晶玻璃薄片上刻出几微米到几十微米的细微直线槽道,并采用胶粘技术构成气流的微型换热器、节流元件和蒸发器,从而获得了一种结构新颖的微型平面节流制冷技术以及一定的成果和专利。目前已经开发成微型制冷器,用于低温电子器件的冷却,产品照片如图3所示。 2流动、传热特性的相关准则
九种换热器工作原理（动态图详解) 换热器就是在不同温度得两种或两种以上流体间实现热量传递得节能设备，对于大面积供热而言,换热器得存在必不可少. 按照换热器得传热方式,换热器可分为三大类: 直接接触式换热器,也叫混合式换热器，就是冷热流体进行直接接触并换热得设备。通常情况下，直接接触得两种流体就是气体与汽化压力较低得液体。 蓄能式换热器得工作原理，就是利用固体物质得导热特性,具体而言，热介质先将固体物质加热到一定温度,冷介质再从固体物质获得热量，通过此过程可实现热量得传递。 间壁式换热器，也就是利用了中介物得热传导,冷、热两种介质被固体间壁隔开，
并通过间壁进行热量交换.对于供热企业而言，间壁式换热器得应用最为广泛。根据结构得不同,它还可划分为管式换热器、板式换热器与热管换热器。01? ０2
固定管板式换热器得优点就是： ◆结构简单;?◆在相同得壳体直径内，排管数最多，旁路最少;?◆每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便. 固定管板式换热器得缺点就是： ◆壳程不能进行机械清洗; ◆当换热管与壳体得温差较大(大于5０℃）时会产生温差应力,解决措施就是在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度得限制不能太高;?◆只适用于流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高得工作场合. 03 浮头换热器就是管壳式换热器得一种，它有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向进行自由浮动,也称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈与浮头端盖组成,就是可拆连接,管束可从壳体内抽出.
浮头式换热器得优点就是： ◆若换热管与壳体有温差存在，即壳体或换热管膨胀时，不会产生温差应力；?◆管束可从壳体内抽出，便于管内与管间得清洗。 浮头式换热器得缺点就是： ◆结构较复杂，用材量大，造价高; ◆如果浮头盖与浮动管板之间密封不严，会发生内漏，造成两种介质得混合。 04 Ｕ型管式换热器就是管壳式换热器得一种,它由管板、壳体、管束等零部件组成.U型管式换热器得每根管子都弯成U型,进出口分别安装在同一管板得两侧，封头用隔板分成两室,由此,每根管子都可以自由伸缩,而与其她管子与壳体无关。
GDOU-B-11-302 班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 试 题 共 4 页 加 白 纸 3 张
10. 在廷克流动模型中ABCDE5股流体中，真正横向流过管束的流路为B股流体,设置旁路挡板可以改善C股流体对传热的不利影响。
二．选择题（20分。每空2分） 1.管外横向冲刷换热所遵循侧传热准则数为(C ) A. 努赛尔准则数 B. 普朗特准则数 C. 柯尔本传热因子 D. 格拉肖夫数 2.以下哪种翅片为三维翅片管( C ) A. 锯齿形翅片 B. 百叶窗翅片 C. C管翅片 D. 缩放管 3.以下换热器中的比表面积最小( A ) A．大管径换热器B．小管径换热器 C．微通道换热器 D. 板式换热器 4. 对于板式换热器，如何减小换热器的阻力(C ) A．增加流程数B．采用串联方式 C．减小流程数 D. 减小流道数。 5.对于板翅式换热器，下列哪种说法是正确的( C ) A．翅片高度越高，翅片效率越高 B．翅片厚度越小，翅片效率越高 C．可用于多种流体换热。 D. 换热面积没有得到有效增加。 6.对于场协同理论，当速度梯度和温度梯度夹角为( A )，强化传热效果最好。 A．0度B．45度 C.90度 D. 120度 7. 对于大温差加热流体(A ) A．对于液体，粘度减小B．对于气体，粘度减小C．对于液体，传热系数减小 D. 对于气体，传热系数增大8. 对于下列管壳式换热器，哪种换热器不能进行温差应力补偿( B ) A．浮头式换热器B．固定管板式换热器 C．U型管换热器 D. 填料函式换热器。 9. 对于下列管束排列方式，换热系数最大的排列方式为( A ) A．正三角形排列B．转置三角形排列 C．正方形排列 D. 转正正方形排列。 10. 换热器内流体温度高于1000℃时，应采用以下何种换热器(A )
实验一 换热器换热性能实验 一、实验目的 1．测试换热器的换热能力； 2．了解传热驱动力的概念以及它对传热速率的影响。 二、实验装置 过程设备与控制多功能实验台 三、基本原理 换热器工作时，冷、热流体分别处在换热管的两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热交换。当若换热器没有保温，存在热损失，则热流体放出的热量大于冷流体获得的热量。 热流体放出的热量为： )(21T T c m Q pt t t -= （3-1） 式中 ： t Q ——单位时间内热流体放出的热量， kW ； t m ——热流体的质量流率，kg/s ； pt c ——热流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数； 1T 、2T ——热流体的进出口温度，K 或o C 。 冷流体获得的热量为： )(12t t c m Q ps s s -= （3-2） 式中 ：s Q ——单位时间内冷流体获得的热量，kJ/s=kW ； s m ——冷流体的质量流率，kg/s ； ps c ——冷流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数； 1t 、2t ——冷流体的进出口温度，K 或o C 。 损失的热量为： s t Q Q Q -=? (3-3)
冷热流体间的温差是传热的驱动力，对于逆流传热，平均温差为 ) /l n (2121t t t t t m ???-?= ? （3-4） 式中： 211t T t -=?、122t T t -=?。 本实验着重考察传热速率Q 和传热驱动力m t ?之间的关系。 四、实验步骤 实验前，首先设定初始炉温，待炉温达到设定值后，开始以下步骤。 1．打开热流体管程入口阀1、热流体管程出口阀2，出口流量调节阀6、冷流体壳程入口阀7、冷流体壳程出口阀8，其他阀门关闭，使热流体走管程、冷流体走壳程； 2．打开灌泵，保证离心泵中充满水，开排气阀放净空气； 3．关自来水阀门，启动泵。调节压力调节旋钮（11-7），调整转速使压力保持在0.4Mpa 。 4．调节热流体管程进口阀1，同时观察实验画面，使热流体流量保持0.3L/s 不变； 5．调节出口流量调节阀6，使冷流体流量保持1.0L/s 不变； 6．清空数据库； 7．关闭热水泵，开循环泵，待炉内水温均匀后，关循环泵开热水泵。 8. 待冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T 稳定后记录数据。 9. 改变炉内的设定温度，重复步骤7。 五、数据记录和整理 保持热流体流量t V 及冷流体流量s V 不变，改变热流体的进口温度1T ，测量冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T ，根据公式（3-1）和（3-2）分别计算热流体放出的热量t Q 和冷流体获得的热量s Q ，并由式（3-3）计算损失的热量，根据公式（3-4）计算平均温差m t ?，将测量和计算出的结果填入数据表3-1中。