加热器为饱和蒸汽的换热设备的计算

化工原理の传热实验一、实验目的1、学习传热系数的测定方法；2、学习传热膜系数及其准数联式的测定方法。

二、实验原理本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。

套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。

传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2k m W t A qK m⋅∆⋅=(1)图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3/s]V h ——空气流量[m 3/h]ρ——空气密度[kg/m 3]，以下式计算：]/)[273(4645.031m kg t R p Pa ++=ρ （3）Pa ——大气压[mmHg]Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃]Cp ——空气比热[K kg J ⋅/]，查表或用下式计算：]/[04.01009K kg J t C m p ⋅+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃]②传热平均面积A ：][2m L d A m π= （5）式中：d m =传热管平均直径[m]L —传热管有效长度[m ]③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算：T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=∆-=∆2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃]2、传热膜系数（给热系数）及其关联式空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示：nr m e P R Nu 0α= （7）式中：N u ——努塞尔特准数R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数αo ——系数，经验值为0.023 m ——指数，经验值为0.8n ——指数，经验值为：流体被加热时n=0.4，流体被冷却n=0.3 为了测定传热膜系数，现对式（7）作进一步的分析：λαdNu =（8） α——空气与管壁间的传热膜系数[W/m 2·k] 本实验可近似取α=K[传热系数]，也可用下式计算：)(m W i t t A q -=α （9）A i ——传热管内表面积[m 2] t W ——管壁温[℃]t m ——空气进、出口平均温度[℃] d ——管内径[m]λ——空气的导热系数[W/m ·k]，查表或用下式计算：λ=0.0244+7.8×10-5t m （10） μρdu =Re （11）u ——空气在加热管内的流速[m/s]μ——空气定性温度（t m ）下的粘度[pa ·s]，查表或用下式计算：μ=1.72×10-5+4.8×10-8t m （12）d ，ρ——意义同上。

层次：A(1) t05a01009等温面不会相交，因为__________________________________________________。

(2) t05a01011为了减少高温发热体辐射的散失，可采用在发热体之外设置_______________的措施。

(3) t05a01012在多层平壁稳定热传导中，通过各层的热通量________________。

(4) t05a01033在流体与间壁间的换热过程中，计算式d Q = ·d A·Δt中，Δt表示为_______________。

(5) t05a01034努塞尔准数的定义式是_________________________。

(6) t05a01035定性温度是指___________________________________。

(7) t05a01041对流给热过程的特征尺寸是指______________________________。

(8) t05a01054滴状冷凝的给热系数________膜状冷凝给热系数。

(9) t05a01055沸腾传热时，在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大，则α__________。

(10) t05a01063蒸汽冷凝时，当蒸汽流速较大，且蒸汽和液膜流向相同，则使蒸汽冷凝给热系数______________。

(11) t05a01068单一饱和蒸汽冷凝时，热阻由_______________决定。

(12) t05a01076相等(13) t05a01078黑色的表面粗糙的物体热辐射能力__________________。

(14) t05a01079为了增加电器设备的散热能力，可在表面涂上黑度____________的油漆。

(15) t05a01085物体的辐射传热速率与绝对温度的____________成正比。

热辐射是由________________________________________所引起。

蒸汽供热换热站主要参数计算一例
首先，计算蒸汽流量。

蒸汽流量的计算通常根据建筑物的供热负荷来确定。

假设建筑物的供热负荷为1000 kW，蒸汽的标准焓为2750 kJ/kg，那么蒸汽流量Q可以通过下式计算得到：
Q = 1000 kW / (2750 kJ/kg) = 0.36 kg/s
接下来，计算换热面积。

换热面积的计算需要知道蒸汽在换热站中的进出口温度差、换热器的传热系数和传热面积。

假设蒸汽的进口温度为200°C，出口温度为150°C，传热器的传热系数为800W/(m²·K)，传热面积为1000m²，那么换热面积A可以通过下式计算得到：
A=(Q*1000)/(ΔT*U)=(0.36*1000)/((200-150)*800)=0.09m²
最后，计算温差。

温差的计算需要知道蒸汽的进口温度和出口温度。

假设蒸汽的进口温度为200°C，出口温度为150°C，那么温差ΔT可以通过下式计算得到：
ΔT=200-150=50°C
综上所述，蒸汽供热换热站的主要参数计算结果为：蒸汽流量Q为0.36 kg/s，换热面积A为0.09 m²，温差ΔT为50°C。

这些参数的准确计算对于蒸汽供热换热站的设计和运行非常重要，可以确保供热效果和系统的稳定性。

学号0120920390131课程设计题目水蒸气加热苯列管式换热器的设计学院化学工程学院专业班级化工0901班姓名指导老师2010年9月课程设计任务书学生姓名：赵蓉专业班级：化工0901班指导教师：张光旭工作单位：化学工程学院题目: 水蒸气加热苯列管式换热器的设计一、工艺条件用150 KPa的饱和水蒸气将20 ℃的苯加热到75 ℃，苯的质量流量为45t/h，试设计一列管式换热器，要求其管程压降小于70 kPa。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、合理的参数选择和结构设计；2、工艺计算，包括传热计算和压降计算等；3、主要设备工艺尺寸设计。

时间安排：设计内容所用时间1、根据换热任务和有关要求确定设计方案；1天2、初步确定换热器的结构和尺寸； 1天3、核算换热器的传热面积和流体阻力；1天4、确定换热器的工艺结构；1天5、写出设计说明书。

1天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日前言在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程中的一种设备，统称为换热器，它是化工炼油，动力，原子能和其它许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工，炼油等工业生产来说，换热器尤为重要，换热器随着使用目的的不同可以把它分为：热交换器，加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器和再沸器等。

本设计的主要任务是完成满足某一生产要求的管壳式换热器，它是属于列管式换热器的一种，是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间的热量传递。

换热器的工艺设计计算有两种类型，即设计计算和校核计算，包括计算换热面积和造型两方面。

设计计算的目的是根据给定的工作条件及热负荷，选择一种适当的换热器类型，确定所需的换热面积，进而确定换热器的具体尺寸。

校核计算的目的则是对已有的换热器校核它是否满足预定要求，这是属于换热器性能计算问题。

无论是设计计算还是校核计算，所需的数据包括结构数据、工艺数据和物性数据三大类。

蒸汽换热器设备选型以蒸汽为热源将水加热，在采暖、空调、生活热水选何种换热器是整体设计的一项重要内容。

笔者认为必须满足以下三个条件：1.加热速度快，热效率高。

2.操作简单，少维修，低运行成本。

3.综合造价低，占地小，配套设备少。

用蒸汽作热源加热水基本有两种方法：1.间接加热――蒸汽与水为两个独立系统，通过金属表面热能从高品位向低品位传导。

2.直接加热――蒸汽与水直接混合，将水加热。

间接换热器的特性：间接加热必须具备两个条件才能进行热能的位移。

从传热公式Q＝KF△T可以看出：1.传导必须有温差，即△T≠0.不能等温换热，一般情况要求△T≥20℃，否则温差越小，换热面积越大。

2.K值。

一种金属的传热系统K值为恒定值。

如果金属表面生成0.1㎜厚水垢，K值相应减少几倍，换热面也相应减少几倍，在采暖、空调系统中用软水就是这个道理。

因蒸汽与水是两个各自独立的系统，压力相互间不会影响。

蒸汽换热应采用二级换热：第一级为汽－水换热（利用潜热）；第二级为水－水换热（利用显热）。

在饱和蒸汽中，因潜热大于显热6－10倍，因工程造价原因，一般采用汽――水一级换热。

间接换热器种类及特点：一、列管式换热器。

采用层流传热，一级换热热效率不超过80％，冷凝水温度高，超过100℃，易汽化，蒸汽压力低于0.2MPa时，易产生蒸汽与水的冲击噪音，且有储存热水功能，水温上热下冷。

份量重，易结垢。

因检修需要一定抽管距离，且占地面积大，价格高，基本为淘汰产品。

二、螺旋板式换热器。

采用层流传热，有两种不同材质：一种为碳钢，一种为不锈钢。

热效率不超过80％，一次性使用无法维修。

比列管式占地相对小，易结垢，造价低，冷凝水温度超过100℃.易汽化，蒸汽压力小于0.2MPa时，冷凝水与蒸汽产生汽水冲击噪声，因价格低廉不普遍被采用。

三、波纹管式换热器。

采用振动和层流混合传热，一级换热热效率不超过80％，占地小，易结垢，冷凝温度超过100℃，易汽化，蒸汽压力小于0.2MPa时，水与蒸汽产生冲击噪声，因占小，90年代初为流行产品。

传热负荷生产上对物料加热(冷却)时所需提供(移除)的热量设Q —传热速率，W ；W1、W2 —热、冷流体的质量流率，kg/s ；Cp1、Cp2 —热、冷流体的比热，J/(kg·K)；T1、T2 —热流体的进、出口温度，℃；t1、t2 —冷流体的进、出口温度，℃；r —流体的汽化或冷凝潜热，kJ/kg 。

无相变：()1211p Q W C T T =−()2221p Q W C t t =−()21p Q W r C t t =+−⎡⎤⎣⎦有相变：()()12112221p p Q W C W C t t T T =−=−若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量)()22112121212lnln t T t t t t T t t T −−Δ−Δ=−Δ−Δ()()12121122lnmt t T T t t T t T −−−Δ==−−温差修正曲线¾ψ＜1(Δtm ＜Δtm,逆)是由于复杂流动中同时存在并流和逆流；¾换热器设计时ψ值不应小于0.8，否则不经济；¾可改用多壳程来增大ψ，即将几台换热器串联使用。

Hextran使用最大的管长作为初始值进行计算，如果不满足管程压降和管速限制的话就会减少一个增加值再进行计算。

标准指定选择方法。

设计压力会TEMA类型：前管箱(A、B、C、N、D)TEMA类型：壳程(E,F,G,H,J,K,X)TEMA类型：后管箱或后端结构(L,M,N,P,S,T,U,W)翅片的设计（Fins 选项页）¾翅片效率：对于翅片管外膜传热系数的计算，以光管外表面为基准，其关系式如下：hf0—以光管外表面积为基准的翅片管外膜传热系数hf—翅片管表面膜传热系数At—翅片管的光管部分的面积Af—翅片管的翅片部分的面积A0—光管的外表面积Ω—翅片效率⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Ω+=o f t f fo A A A h h。

一换热器结构形式的选择螺旋板式操作温度在300～400℃以下，整个换热器焊为一体，密封性良好螺旋板换热器直径在1.5m之内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm，两板间距5～25mm，可用普通钢板和不锈钢制造，目前广泛用于化工、轻工、食品等行业。

其具有以下特点：(1)总传热系数高由于流体在螺旋形通道内受到惯性离心力的作用和定距柱的干扰，低雷诺数(Re=1400～1800)下即可达到湍流，允许流速大(液体为2m/s，气体为20m/s)，故传热系数大。

(2)不易结垢和堵塞由于流速较高且在螺旋形通道中流过，有自行冲刷作用，故流体中的悬浮物不易沉积下来。

(3)能利用低温热源由于流道长而且两流体可达到完全逆流，因而传热温差大，能充分利用温度较低的热源。

(4)结构紧凑由于板薄2～4mm，单位体积的传热面积可达到150～500m2/m3。

相对于螺旋板式换热器，板式换热器处理量小，受密封垫片材料性能的限制，其操作温度一般不能高于200℃，而且需要经常进行清洗,不适于用在蒸汽冷凝的场合。

综上原因，选择螺旋板式换热器作为蒸汽冷凝设备。

二大流量换热器选型参数1 一次侧介质质量流量按最大质量流量14t/h进行计算2 饱和蒸汽压力换热器饱和蒸汽入口处的最高压力在2.0MPa左右3 饱和蒸汽温度饱和蒸汽最高温度按照214℃进行计算34 一次侧（高温侧）、二次侧（低温侧）的进出口温度 热侧入口温度 T1=214℃ 热侧出口温度 T2=50℃ 冷侧进口温度 t1=40℃ 冷侧出口温度 t2=60℃三 总传热量(单位:kW)计算有相变传热过程计算公式为：)t -(t .)T -(T .r .122S c c h h h c q c q q Q =+=其中r .h q 是饱和蒸汽凝结所放出的热量；)T -(T .2S h h c q 是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；)t -(t .12c c c q 是冷却水吸收的热量。

姓名：杜鑫鑫学号：0903032038合肥学院材料工程基础姓名：班级：09无机非二班学号：\课题名称：换热器及其基本计算指导教师：胡坤宏换热器及其基本计算一、换热器基础知识（1）换热器的定义：换热器是指在两种温度不同的流体中进行换热的设备。

（2）换热器的分类：由于应用场合不同，工程上应用的换热器种类很多，这些换热器照工作原理、结构和流体流程分类。

二、几个不同的换热器（1）管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。

它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。

管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。

管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程。

一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。

而壳管式换热器又可根据不同分为U形管式换热器、固定管板换热器、浮头式换热器、填料函式换热器几类。

(2) 套管式换热器套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。

两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。

套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。

两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固定于支架上。

热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。

通常，热流体由上部引入,而冷流体则由下部引入。

套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。

内管与U形肘管多用法兰连接,便于传热管的清洗和增减。

每程传热管的有效长度取4～7米。

这种换热器传热面积最高达18平方米，故适用于小容量换热。

当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封，以减小温差应力。

采暖供热设备的估算方法与基础知识供暖系统由锅炉、供热管道、散热器三部分组成。

建筑物的耗热量和散热器的确定以及供热管道管径和系统压力损失的计算是一项周密细致和复杂的设计过程。

一般由设计部门暖通设计人员承担。

但是对于我们咨询行业要为某业主在初建、扩建或可研阶段，对供热设备（散热器、管道、锅炉）的选型，造价作出估算及验算供热管道和锅炉的负荷或在施工中需要作局部变更，或需编制供暖锅炉的耗煤计划，常因缺乏数据而不能进行工作，况且这些零星琐碎的工作也不便给设计部门增添麻烦。

为解决上述问题，撰写此文，仅供从事咨询工作的人员参考。

一、建筑物的供热指标（q0）供热指标是在当地室外采暖计算温度下，每平方米建筑面积维持在设计规定的室内温度下供暖，每平方米所消耗的热量（W/m2）。

在没有设计文件不能详细计算建筑物耗热量，只知道总建筑面积的情况下，可用此指标估算供暖设备，概略地确定系统的投资，q0值详见表-1。

各类型建筑物热指标及采暖系统所需散热器的片数表-1序号建筑物类型qo (W/m2)1片/m2(热水采暖)1片/m2(低压蒸气采暖)1 多层住宅60 0.652 不宜采用2 单层住宅95 1.032 0.7793 办公楼、学校70 0.761 不宜采用4 影剧院105 1.141 0.8615 医院、幼儿园70 0.761 不宜采用6 旅馆65 0.707 0.5337 图书馆60 0.652 0.4928 商店75 0.815 0.6159 浴室140 1.522 1.14810 高级宾馆145 1.576 1.18911 大礼堂、体育馆140 1.522 1.14812 食堂、餐厅130 1.413 1.066说明：1).此表散热器是恒定在64.5℃温差情况下的数量。

2).此表所列散热器片数可根据q0的变更作相应修正。

二、散热器散热量及数量的估算1.以四柱640型散热器为准，采暖供回水温度95-70℃热水采暖时，一片散热器的Q值为：Q水=K×F×Δt=7.13×0.20×64.5=92(W/片)式中：K=3.663Δt0.16K=3.663×(100-18)0.16=7.13W/m2·℃当采用低压蒸汽采暖时：Q汽=K×F×Δt =7.41×0.20×(100-18)=122(W/片)式中：K=3.663Δt0.16K=3.663×(100-18)0.16=7.41W/m2·℃根据热平衡原理，将建筑物热指标和所需散热器片数列表1（以四柱640型为准）。

蒸汽供热（采暖）换热站主要参数计算一例回答网上的一个问题你在网上提的“总面积17万平方米总负荷4200KW 地板采暖……….”的问题，我想只是用几个数字是不能说明问题的，所以写成材料供参考。

一、原始参数1、供热面积：17万平方米；2、供热负荷：4200KW ；3、供水温度：55/45℃4、热源参数：蒸汽230℃二、问题分析1、供热面积17万平方米，供热负荷4200KW ，计算平均面积热负荷：4200000/170000=24.7W/m 2。

此值较小，如果是在山东、河北可能还可以，在东北小了点。

2、供回水温度55/45，仅有10℃温差，供回水温差小，造成循环水量大，循环泵流量大功率大造价耗电高。

3、热源蒸汽230℃，按饱和蒸汽查表得表压2.7Mpa ，蒸汽压力较高，对选择换热器的结构参数有一定的影响，会增加造价，且不宜选用板式换热器。

综上所述，如对原参数不做改动，本问题可归结为：以230℃，2.7Mpa ，的饱和蒸汽为热源，作一个供热功率为4200KW ，供回水温度为55/45℃的热水采暖的换热站，对换热站设计要解决以下问题：1、蒸汽用量多少？2、蒸汽管道的管径多大？3、二次循环水量多少？4、汽水换热能达到55/45度要求吗？5、小区采暖采暖分高低两个区吗？6、板换也要分区吗，选取什么规格的板换？三、回答你提出的问题1、汽水换热器蒸汽耗量计算)187.4(7.277"n t t h Q G -= ——t/h 式中：G t ——汽水换热器蒸汽耗量，t/hQ ——被加热水的耗热量， Wh”——蒸汽进入换热器时的焓值， kJ/kgt n ——流出换热器时凝结水温度，℃设：蒸汽管道始→未端压力损失 0.1Mpa ，即换热器入口压力为2.6Mpa ，绝压=2.6+0.1=2.7Mpa ，（以下各项按2.7Mpa 查表）h ”=2802.76kJ/kg 。

设：换热器流出凝结水温度，t n =50℃。