换热器原理及设计大纲.pdf

换热器原理与设计教学大纲
1. 教学目的
换热器是化工、环保、能源等领域中非常重要的设备之一。

本课程旨在使学生具备以下能力和知识：
1.熟悉换热器的分类、原理和性能指标；
2.掌握换热器的设计方法和流程；
3.了解换热器的运行和维护。

2. 教学内容
1.换热器基础知识
–换热器的分类和结构
–换热器的热传导和热阻
–换热器的性能指标
2.换热器设计基础
–换热器的热力学计算
–换热器的流量计算
–换热器的传热面积计算
3.换热器设计实例
–不同类型换热器的设计案例
–换热器的成本分析
4.换热器的应用
–换热器在工业领域的应用
–换热器在能源领域的应用
–换热器在环保领域的应用
3. 教学方法
本课程采用讲授、案例分析、实验教学等多种方式，讲解换热器理
论和技术。

并通过分组或个人设计一定规模的换热器项目，盘点在换
热器设计上的种种流程问题，从而使学生更好地了解换热器的相关知
识和技术。

4. 教学评价
1.科目考核分为期中试和期末试，期末试占总评的70%。

2.实验分为实验报告和上机实验两个部分，共占总评的30%。

3.期末考试内容包括知识点的选择和设计题，以及标准的换
热器项目设计。

5. 参考书目
1.《化工传热学》（高等教育出版社）
2.《换热器设计》（化学工业出版社）
3.《传热学》（科学出版社）。

西安科技大学—乘风破浪团队1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: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质；③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求；⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 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。

适用于冷热流体温西安科技大学—乘风破浪团队2差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。

（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 换热器特点一览表西安科技大学—乘风破浪团队3在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优点，管西安科技大学—乘风破浪团队4壳式换热器被使用最多。

换热器教学大纲换热器教学大纲换热器作为热力学和工程领域中的重要设备，广泛应用于工业生产、能源利用以及环境保护等方面。

为了更好地培养学生对换热器的理论和实践能力，制定一份全面而系统的换热器教学大纲显得尤为重要。

本文将从换热器的基本原理、分类、设计与计算、性能评价等方面来探讨换热器教学大纲的内容。

一、换热器的基本原理在换热器教学大纲中，首先需要介绍换热器的基本原理。

换热器是通过热传导、对流和辐射等方式实现热量的传递，因此学生需要了解换热器的热传导基本原理、对流传热机理以及辐射传热的特点。

此外，还需介绍换热器的传热表达式以及换热器的热阻和热效率等概念。

二、换热器的分类在教学大纲中，换热器的分类也是一个重要的内容。

根据不同的换热方式和结构特点，换热器可以分为管壳式换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管束式换热器等多种类型。

每种类型的换热器都有其适用的场合和特点，学生需要了解它们的工作原理、结构特点以及应用范围。

三、换热器的设计与计算换热器的设计与计算是换热器教学大纲中的重要内容之一。

学生需要学习换热器的传热计算方法，包括换热器的传热面积计算、传热系数的估算以及传热过程中的温度场分析等。

此外，还需介绍换热器的流体力学计算方法，包括流体的流速、流量、压降等参数的计算，以及流体在换热器内的流动状态分析。

四、换热器的性能评价在教学大纲中，换热器的性能评价也是一个重要的内容。

学生需要学习如何评价换热器的传热性能和流体力学性能，包括传热系数的确定、热阻的计算、热效率的评估以及压降的分析等。

此外，还需介绍换热器的可靠性评价方法，包括换热器的寿命预测、故障诊断以及维护管理等方面的知识。

五、实践教学与案例分析除了理论知识的学习，实践教学和案例分析也是换热器教学大纲中不可或缺的一部分。

学生需要通过实验室实践和工程实例的分析，来加深对换热器理论知识的理解和应用。

实践教学可以包括换热器的实验研究、性能测试以及故障排除等方面的内容。

换热器工作原理讲解换热器的工作原理换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，乂称热交换器，在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。

让热水从管道内流过。

由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水。

一、传热:即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。

凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递的传热过程。

解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即：式中:Q—冷流体吸收或热流体放岀的热流量，W; K—传热系数，A—传热面积，；一平均传热温差，？传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。

热传导: 热传导乂称导热。

是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。

•对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。

在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。

•辐射传热：乂称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。

物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，乂被全部或部分地吸收而变为热能。

作为换热设备，我们主要关心的热传导和对流传热。

对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。

如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。

温度差主要集中在层流底层中。

假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为§1'的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。

对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律：对两侧流体，均可使用牛顿冷却定律，即：Q二ciAAt式中:Q——对流传热的热流量，W; A——对流传热面积，m2; At----壁面温度与壁面法向上流体的平均温度之差，K; a----比例系数，称为表面传热系数，W/(m?.K)二、对流传热对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。

换热器工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业生产、建筑、航空航天等领域。

它能够在不同的介质之间传递热量，从而实现能量的转移和利用。

本文将详细介绍换热器的工作原理，包括换热器的基本结构、热量传递方式、换热器的性能参数以及应用领域等方面的内容。

一、换热器的基本结构换热器一般由壳体、管束、传热介质进出口、支撑结构等部分组成。

壳体是换热器的外壳，通常由金属材料制成，具有良好的强度和耐腐蚀性。

管束是换热器的核心部分，由一系列平行排列的管子组成，用于传递热量。

传热介质进出口是用于将热量输入或输出的接口，通常通过管道与外部系统相连。

支撑结构用于支撑和固定换热器的各个部分，确保其正常运行。

二、热量传递方式换热器的热量传递方式主要有对流传热和传导传热两种。

对流传热是指通过流体的对流运动来传递热量，包括强制对流和自然对流两种形式。

强制对流是指通过外部力的作用，使流体产生对流运动，从而加速热量的传递。

自然对流是指在无外部力作用下，由于温度差异而产生的对流运动。

传导传热是指通过物质内部的分子振动和碰撞来传递热量，是一种无需介质流动的传热方式。

三、换热器的性能参数换热器的性能参数主要包括传热系数、热阻、效能和压降等。

传热系数是指单位面积上单位时间内传递的热量，是评价换热器传热能力的重要指标。

热阻是指在单位温差下，单位时间内通过换热器的热量损失。

效能是指换热器的实际传热量与理论传热量之比，是评价换热器传热效果的指标。

压降是指流体在换热器中流动时所受到的阻力损失，是评价换热器流体动力性能的指标。

四、换热器的应用领域换热器广泛应用于工业生产、建筑、航空航天等领域。

在工业生产中，换热器常用于石油化工、电力、冶金等行业，用于加热、冷却和回收热量。

在建筑领域，换热器常用于中央空调系统和供暖系统，用于调节室内温度。

在航空航天领域，换热器常用于航空发动机和航天器的热管理系统，用于控制温度和保护设备。

总结：换热器是一种用于传递热量的设备，能够在不同的介质之间传递热量，实现能量的转移和利用。

换热器工作原理换热器是一种常见的热交换设备，用于在两个或多个流体之间传递热量。

它在许多工业和家庭应用中起着重要的作用，例如空调系统、冷却塔、汽车散热器等。

本文将详细介绍换热器的工作原理及其应用。

一、换热器的基本原理换热器的基本原理是通过两个或多个流体之间的热量传递来实现热能的转移。

其中一个流体通常被称为“工作流体”，它的温度需要被调节或控制；另一个流体通常被称为“介质流体”，它的温度可以是固定的或者是与环境温度相同。

换热器通常由许多平行的管道组成，这些管道可以是直立的、弯曲的或螺旋形的。

工作流体和介质流体通过这些管道流动，通过管道壁的传热来实现热量的转移。

二、换热器的工作过程换热器的工作过程可以分为两个阶段：加热和冷却。

1. 加热过程在加热过程中，工作流体的温度低于介质流体的温度。

工作流体从换热器的进口进入，通过管道流动。

同时，介质流体从换热器的出口进入，也通过管道流动。

在这个过程中，工作流体的温度逐渐增加，而介质流体的温度逐渐降低。

热量从介质流体传递到工作流体，使得工作流体的温度升高。

2. 冷却过程在冷却过程中，工作流体的温度高于介质流体的温度。

工作流体从换热器的出口进入，通过管道流动。

同时，介质流体从换热器的进口进入，也通过管道流动。

在这个过程中，工作流体的温度逐渐降低，而介质流体的温度逐渐升高。

热量从工作流体传递到介质流体，使得工作流体的温度降低。

三、换热器的应用领域换热器广泛应用于各个领域，以下是一些常见的应用场景：1. 空调系统在空调系统中，换热器被用来调节和控制空气的温度。

空气通过换热器流动，与冷却剂接触，从而实现热量的转移。

这样，空气可以被冷却或加热，以满足人们的舒适需求。

2. 冷却塔冷却塔是一种常见的工业设备，用于将热水冷却。

在冷却塔中，热水通过换热器流动，与空气接触，从而实现热量的传递。

这样，热水的温度可以降低，以便于后续的工业生产过程。

3. 汽车散热器汽车散热器是用于散热的设备，通过换热器将发动机冷却液中的热量传递给空气。

换热器工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，它主要通过将热量从一个流体传递到另一个流体来实现热能的转移。

换热器广泛应用于各个领域，例如供暖系统、空调系统、化工工艺、石油炼制以及食品加工等。

换热器的工作原理基于热传导和对流传热的原理。

其基本组成部分包括热交换管道、壳体、流体进出口以及换热介质等。

首先，让我们来了解一下换热器的基本构造。

换热器通常由两个主要部分组成：壳体和管束。

壳体是一个容器，用于容纳管束和流体。

管束是由一系列平行排列的管道组成，这些管道可以是直管、弯管或螺旋管，以增加换热面积。

当两种不同温度的流体通过换热器时，热量会从温度较高的流体传递到温度较低的流体。

这个过程可以通过以下几个步骤来描述：1. 流体进入：两种流体分别通过换热器的进口管道进入壳体。

一种流体被称为热源流体，它的温度较高；另一种流体被称为冷却流体，它的温度较低。

2. 流体分流：壳体内部的流体被分成多个通道，以便使两种流体分别在管束内流动，从而实现热量的传递。

3. 热传导：热源流体通过管束的壁面传导热量到管道内部，然后传递给冷却流体。

这个过程中，热源流体的温度逐渐降低，而冷却流体的温度逐渐升高。

4. 对流传热：在热传导的基础上，热源流体和冷却流体之间还会发生对流传热。

当两种流体在管束内流动时，流体之间会发生摩擦，从而增加热量的传递效率。

5. 流体排出：经过热量传递后，热源流体和冷却流体分别从换热器的出口管道排出。

此时，热源流体的温度已经降低，而冷却流体的温度已经升高。

换热器的性能主要取决于其传热效率和压力损失。

传热效率是指实际传递的热量与理论最大传递热量之间的比值。

压力损失是指流体在通过换热器时由于摩擦和阻力而引起的压力降低。

为了提高换热器的传热效率，可以采取以下措施：1. 增大换热面积：通过增加管束的长度、增加管束的数量或使用螺旋管束等方式，可以增加换热器的换热面积，从而提高传热效率。

2. 提高流体的流速：增加流体的流速可以增加对流传热的效果，从而提高传热效率。

《换热设备课程设计》课程教学大纲、课程根本信息二、课程目标（一）总体目标：《换热器设备课程设计》是建筑环境与能源应用工程的一门大类根底课程。

在换热器热计算根本原理根底上，以水冷式、混合式、风冷式热交换器为主要对象，系统阐述其工作原理、传热计算、结构计算、流动阻力计算和设计程序。

通过本课程的讲授，使学生能系统地掌握目前常见的各种热交换器原理、特性和设计计算方法，并对试验研究方法、强化传热途径、优化设计和性能评价有一定了解;培养学生具有一般民用和工业用热交换器的设计能力。

本课程以课堂讲授和学生动手为主，采用多媒体课件、实物教具等使同学对讲授内容有一定感性认识，并结合工程实际讲解，同时适当介绍课外补充资料让同学自行查找学习以帮助同学充分掌握知识，提高教学效果，培养学生将理论知识与工程实践相结合的能力。

（二）课程目标：课程目标1:1.1 了解热交换器的分类2掌握热交换器设计计算的内容课程目标2：1.1 了解热交换器热计算方法的比拟2熟悉流体流动方式的选择2.3掌握热计算根本方程式，平均温差，传热有效度课程目标3：3. 1 了解管壳式冷凝器与蒸发器的工作特点2熟悉管壳式热交换器的类型、标准与结构2.3掌握管壳式热交换器的结构计算，管壳式热交换器的传热计算，管壳式热交换器的流动阻力计算，管壳式热交换器的合理设计。

课程目标4：3. 1 了解螺旋板式热交换器2熟悉板翅式热交换器，螺旋板式热交换器4.3掌握板式热交换器，热管热交换器，蒸发冷却（冷凝）器课程目标5：5. 1 了解风冷式热交换器的结构和工作原理2.2熟悉风冷式热交换器的传热计算，热交换器的流动阻力计算，热交换器的合理设计3掌握风冷式热交换器与水冷式热交换器的比拟课程目标6：4. 1 了解传热特性试验，阻力特性试验，传热强化及结垢与腐蚀，热交换器的优化设计简介2熟悉热交换器性能评价（三）课程目标与毕业要求'课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表三、教学内容第一章绪论1.教学目标了解热交换器的分类，掌握热交换器设计计算的内容2.教学重难点各种热交换器的应用及分类3.教学内容研究热交换器的重要性，热交换器的分类，热交换器设计计算的内容介绍。