第6章_热交换器的试验与研究(1)

换热器的概念、特点、分类及应用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。

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。

以便于进行检修、清洗。

浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。

随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。

钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。

核电厂重要热交换器性能试验范围及方法选择分析随着现代科学技术的不断发展，中国的核电项目发展迅速。

作为核工业重要的能源应用形式之一，核电站在中国现代经济发展中占有重要地位。

在核电厂建设和运行期间，热交换器需要执行特殊的性能操作和维护。

因此，在这个过程中，有必要规定换热器的性能范围和核电站的换热器选择过程。

应选择哪种换热器，基于此，本文分析了核电站重要换热器的性能范围和方法选择。

标签：核电厂；热交换器；试验范围；方法选择热交换器是核电站热力系统的重要设备。

换热器的工作介质主要有海水，蒸汽，液相，气液两相，放射性废水，硼酸水等，部分换热器工作环境比较恶劣。

如高温高压，温差大等，这些换热器在运行过程中出现故障，换热性能下降等过程不可避免地会出现，为了保证换热器的安全性、稳定性和经济运行，除了对热交换器进行必要的检查，维修或更换外，还需要对热交换器性能进行性能监测和趋势分析，以定期评估热交换器的性能。

1、核电厂重要热交换器性能试验范围换热器性能测试主要是收集结垢信息，设计性能相关信息，监测参数仪器，工作环境，工作频率，可靠性分类，工作介质等，分析其是否具有安全相关性能，以及设备运行后失效或退出后的运行效果、失效后是否会造成LCO（运行限制条件），失效后是否会影响发电量，热交换器结垢的趋势等。

根据热交换器信息分析的结果，选择以下原则来选择和分析性能测试的范围：1）热交换器是否具有安全相关功能；2）热交换器的故障是否会导致机组进入运行限制状态；考虑最终安全分析报告中技术规格书中规定的进入操作限制条件的情况；3）换热器劣化是否会影响发电量，主要考虑直接影响二回路发电热效率的换热器；4）如果热交换器的介质中有海水或乏燃料池水，则判定为热交换器的结垢倾向高。

换热器结垢的原因主要是由以下几方面引起的：核电站热交换器中的污垢，具体是指核电厂热交换器运行和运行过程中在机器设备表面产生和积聚的物质。

换热器设备表面污垢的堆积会在一定程度上降低换热器的换热效率。

试验一换热器性能试验1、水-水换热器性能试验一、试验目的通过本试验深入同学对水一水换热器的熟识，了解对该类型的换热器的测试方法。

二、试验的主要内容本试验通过测量数据：1）冷、热流体的体积流量；2）冷、热流体的进、出口温度；3）冷、热流体的进出口压力降。

计算传热系数，分析水-水换热器的传热性能。

三、试验设施和工具冷水机组，冷却塔，水■水换热器，涡轮番量计，水泵，冷媒泵，恒温器，温度传感器, 压力传感器。

四、试验原理右图表示通过平壁的传热方式，平壁左侧的高温流体经平壁把热量传递给平壁右侧的低温流体。

一般来说，传热过程中传递的热量正比于冷、热流体的温差及传热面积，它们之间的关系可用传热方程式表示：Q = K∙F ∙Z W式中Q——单位时间通过平壁的传热量，W；F --- 传热面积，m2；Z一一冷、热流体间的温差，°C；K 一一传热系数，当F=l∕,加=ιc时，Q=K,表明传热系数在数值上等于温差为1℃,面积为1/时的传热率。

传热系数是热交换设施的一个重要指标，传热系数愈大，传热过程愈激烈。

本试验原理图如图所示：五、试验方法和步骤沃量计2 泠侧~~-~A冷水机值恒温给1热侧流量讨1泠媒里1、试验方法在试验开头前，应检查设施、管线及测量仪表的牢靠性。

开头运行后，应准时排净设施内的气体，使设施在完全布满试验流体的条件下运行并调整至试验工况（或指定工况），即需要调整换热器两侧流体的进口温度稳定在设定值四周, 这两个参数允许的偏差范围按如下规定：试验中，冷侧流体进口温度通过恒温器2电加热器掌握，热侧流体进口温度通过恒温器1电加热器掌握。

在每个测定工况（或指定工况）下，均应稳定运行30min后，方可测定数据。

在每个测定工况（或指定工况）下，热平衡的相对误差均不得大于5%。

热侧流体换热量为：β1 =Cp1∙G1∙p1∙（r13-r14）式中，β,——换热器热侧换热量（kW）；Cpι - 热侧流体的比热容（kJ∕（kg∙ K））；G1——由涡轮番量计1测得的热侧流体体积流量（m3∕s）；p∣ ------ 热侧流体密度Qkg∕R ）；九一一热侧流体进口温度（℃）；7]4一一热侧流体出口温度（°C）。

热工综合实验报告学院：机械学院专业：能源与环境系统工程姓名（学号）：1141440056韦声1141440057冯铖炼实验原理：本实验是通过间壁式换热器进行传热实验，即冷、热两种流体分别在固体壁面两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面进行传热。

1.测定从传热系数h由于换热器内的冷热空气的温度和物性是变化的，因而在传热过程中的局部传热温差和局部传热系数都是变化的，工程计算中，在沿程温度和物性变化不是很大的情况下，通常传热系数K和传热温差△t m均可采用整个换热器上的对数平均值，因此，对于整个换热器，传热速率方程可写为m即：式中：Q-传热速率，W;A-换热器的传热面积，m2；△t m-换热器两端的对数平均温差，℃；h-总传热系数，W/m2･℃。

2.传热效率Q的计算热空气传热量：Q1=m1*c p1*(T1-T2)冷空气传热量：Q2=m2*c p2*(t1-t2)考虑到冷空气走换热器的壳程，壳程的外表面存在热损失，因此上传热速率应以热空气侧来计算。

故Q=Q1式中: Q1、Q2-热空气、冷空气传热速率，W；m1、m2-热、冷空气的质量流量，kg/h；T1,T2-热空气的进、出口温度，℃；t1,t2-冷空气的进、出口温度，℃；c p1,c p2-冷、热空气的定压比热，J/kg･℃，分别根据热、冷空气的定性温度T、t性查得，其中：性3.对数平均温度差△t m的计算△t m=其中：逆流时：△t1=T1-t2△t2=T2-t1顺流时：△t1=T1-t2△t2=T2-t14．热空气质量流量m的计算式中：V——热空气的体积流量，m3/h；C ——孔板流量计的校正系数,本实验中，C=1.6889；ΔP——孔板两侧差压变送器的读数，kPa。

本实验中，可根据空气的温度和压力，应用理想气体状态方程来进行计算，即：式中：MA——空气的摩尔质量，kg/kmol；本实验中，MA=29.0 kg/kmol；P0——大气压，kPa；P0=101.3 kPa；R——通用气体常数，kJ/(kmol·K)；本实验中，R=8.314 kJ/(kmol·K)；T——孔板处空气温度，K。

实验一 强化换热器换热性能一、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)/ln(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。

三、实验步骤1．开启燃油炉，设置温度上限75℃，设置温度下限70℃；2．开启工控机，点击“换热器换热性能实验”图标，进入实验程序界面，单击“清空数据”按钮清空数据库；3．打开阀门V06、V10，V04、V08，其它阀门均关闭，使冷流体走换热器壳程，并经流量调节阀V14流回水箱，热流体走换热器管程流程如图3所示； 4．灌泵：打开自来水阀门V02，旋开冷水泵排气阀放净空气，待放完泵内空气后关闭，保证离心泵中充满水，再关闭自来水阀门V02；5．启动冷水泵：将水泵运行方式开关 “11-7” 旋向 “变频”，选择变频运转方式，然后按下冷水泵启动按钮“11-11”，分别转动压力调节旋钮“11-8”和流量调节旋钮“11-9”，使冷水泵出口压力（11-4表）保持在0.4MPa ，冷水泵出口流量（11-2表）保持在1.0L/s ；6．待燃油炉内水温达到温度上限时，顺时针转动开关“11-12”开循环泵，待热水基本均匀后逆时针转动开关“11-12” 关闭循环泵，再顺时针转动开关“11-13”开启热水泵；7．调节阀门V08，使热流体流量Q2稳定在0.3L/s ；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。

热交换器原理与设计复习提纲题型：概念题，问答题，计算。

0.绪论1.热交换器的分类2.content of heat exchanger desing.(P6)1.热交换器热计算的基本原理1.1.1热计算基本方程式Q=KF△t ------Heat Transfer Equation1.1.2热平衡方程式 Heat balance equation Q=M1(I1’-I1”)=M2(I2”-I2’)1.2平均温差（图）对数平均温差△tm或LMTD表示，公式1.11 （for counter flow and parallel flow）(主要用这个)算术平均温差（看）△tm=ψ△tlm,c ψ----修正系数 correction factor ψ=f(P、R) P,R公式及物理意义1.3．1 传热有效度的定义1.3.2 LMTD及NTU 两种算法 P24-342.管壳式热交换器 shell-and-tube heat exchanger(计算较多)2.1.1 types(4种) and standards (国标GB151-1999，P43表示法)2.1.2管子在管板上的固定与排列Tube bundle type: bined1)管子在管板上的固定2)管子在管板上的排列 tube layoutTriangular layoutSquare layoutCircular layoutRotated square layout3)换热管中心距：管板上两根管子中心线的距离称为换热管中心距。

2.1.5 折流板 baffle-----一个重要的附件折流板的作用除了使流体横过管束流动外，还有支撑管束、防止管束振动弯曲的作用。

Baffle arrangement：水平，数值，转角Baffle types：segmental baffle（弓形）、disc-and-ring baflleBaffle fixing2.1.7 防冲板2.3 管壳式热交换器的传热计算2.3.1 传热系数的确定（确定管内面积还是管外面积）对光滑圆管，以外表面积为准时：以内表面积为准时：公式2.25，,2.26,do≈di,可用公式2.27：2.3.2 换热系数的计算了解贝尔法Nu=αl/λ Re=ωl/γ Pr=Cpμ/λP60 表格2．4.1 管程阻力计算（压力计算，参考流体力学）注意：入口，出口，转弯处2.5 管壳式热交换器的合理设计考虑的主要问题：1.流体在热交换器内流动空间的选择2.流体文都和终温的确定3.管子直径的选择4.流体流动速度的选择5.管壳式热交换器的热补偿问题6.管壳式热交换器的震动与噪声Attention：了解设计原则3.高效间壁式热交换器3.1 螺旋板式热交换器 spiral heat exchanger基本构造和工作原理 basic structure and principle3.2 板式热交换器板式效率的物理意义及影响板式效率的因素P129 型号表示法3.3.2 板翅式热交换器的设计计算注意翅片效率：ηf翅片避免总效率：η0传热量和传热系数计算 P150 公式 3.64；公式 3.65P154 板翅式热交换器设计步骤：（参照老师上课讲的内容）3.4 翅片管热交换器 tube-fin heatexchanger翅片管热交换器是一种带翅（亦称带肋）的热交换器3.5 热管热交换器 heat-pipe heat exchanger因为工作原理不同（蒸发，冷凝）所以要在第三章重点注意：5个极限，9个热阻，及工作原理P180 什么叫重力辅助热管4 混合式热交换器分类：冷水塔，气体洗涤塔，喷射式热交换器，混合式冷凝器Attention：重点冷水塔4.1 冷水塔 1.构造及部件功能2.分类：干式、湿式（效率低）为什么湿式效率低？？P213冷水塔的工作原理：P216 注意，水温决定于水和空气的传热冷水塔内水的降温主要是由于水的蒸发散热和气水之间的接触传热。

热交换器的工作原理化学
热交换器是一种用于传递热量的设备，通常用于加热、冷却或回收能量。

它的工作原理基于热传导和流体流动。

热交换器通常由两个相邻但不相互混合的流体流经的多个管道组成。

其中一个流体流经内部管道，被称为"工作流体"，而另
一个流体流经外部管道，被称为"传热流体"。

两个流体之间通
过壁面进行热量传递。

在热交换器内，传热流体通过外部管道流动，将热量传递给工作流体。

这发生在两个流体之间的壁面接触区域。

热量通过壁面传导，从传热流体传递到工作流体。

热交换器的设计目的是最大限度地增加壁面接触区域，以提高热量传递效率。

常见的设计有管壳式热交换器和板式热交换器。

管壳式热交换器由外部壳体、内部管道和密封件组成，传热流体流经外部管道，工作流体流经内部管道。

板式热交换器则由多个平行排列的金属板组成，传热流体和工作流体通过板间隙流动。

除了传热流体和工作流体的流动外，热交换器也可以利用传热流体和工作流体之间的对流效应来增加热量传递。

这通常通过使流体在管道内产生湍流来实现。

湍流可以增加壁面接触区域，并提供更多的热传导路径，从而提高热量传递效率。

总体而言，热交换器通过使两个流体流经相邻管道并通过壁面
进行热量传递来工作。

这种方式可以实现高效的热量传递，广泛应用于许多工业和商业领域。

理工大学硕士研究生学位论文开题报告论文题新型流化床换热器的理论与实验研究学院________ 环境与市政工程学院__________专业供热、供燃气、通风及空调工程学号_6 __________________研究生_____________ 隋忠伟 __________________指导教师___________ 郭健翔 ________________开题时间2011 年9月23日________________德国等国家发展开来。

美国科学家首先把流化床换热器作为盐卤加热器应用于海水淡化和地热水换热的研究。

此后荷兰学者把流化床换热器用于海水的多级闪蒸装置中，在20世纪80年代初开始应用于其它工业中。

德国在80年代初对流化床换热器在废水蒸发方面开始应用研究。

研究者利用流化床技术开发了液一固流化床换热器，用来强化传热与防、除垢，取得了明显的效果。

流化床换热器己在下列各工业部门中使用：(1)纸浆和造纸。

(2)地热能。

(3)污水处理。

(4)化工和石油化工。

在化学工业中，流化床换热器成功地代替常规换热器用于有结垢工况的苛刻条件，操作6—12个月，其总传热系数甚至不会变差。

现在，人们对润滑油脱脂装置使用不结垢的流化床换热器有着浓厚的兴趣。

R. Rautenbach和J.St.Kollbach 等从不同角度比较了流化床换热器与普通换热器的换热性能，发现对表观液速较低与粘度较大的液体，流化床换热器均能达到较高的传热系数。

他们还分别总结出了各自的传热系数关联式。

J.St.Kollbach 和J.A.M.Meijer还以饱和硫酸钙溶液为工质，对流化床换热器防、除垢性能进行了考察，同时研究了固体颗粒尺寸与加入量对防、除垢性能的影响。

他们的研究结果均表明流化床换热器具有良好的防、除垢性能。

D.G.KIaren首先提出了由进口段、换热管束、出口段三部分组成的流化床换热器，他将进口段分为液体分布段和固体颗粒分布段，采用多孔板作液体分布板，同时通过在换热管延伸段开边孔以促进固体颗粒的均匀分布。