盘管式换热器

一、铜盘管换热器相关计算条件：600kg 水 6小时升温30℃单位时间内换热器的放热量为q q=GC ΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ，管内径为0.007m ，0.01m ， 盘管内水换热情况：定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re 21244.31 Re 25179.86 管径0.20mRe 30349.01Re 35971.22湍流范围：Re=10^4~1.2*10^5 物性参数： 40℃饱和水参数。

黏度—653.3*10^-6 运动黏度—0.659 *10^-6 普朗特数—4.31 导热系数—63.5*10^2 w/(m. ℃) 求解过程：盘管内平均水温40℃为定性温度时换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为0.4f8.0ff Pr 023Re.0*2.1Nu =＝ 1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4（d1）0.4f8.0ff Pr 023Re.0*2.1Nu =＝ 1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7（d2）管内对流换热系数为l Nu h ff i λ⋅==143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1） lNu h ff i λ⋅==190.7*0.635/0.02=6055.63 （d2） 管外对流换热系数格拉晓夫数准则为（Δt=10）23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2=356781.6（d1）23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2=927492.9（d2）其中g=9.8 N/kgβ为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~5.76*10^8）25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1）25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅∆=να=0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504（d2）其中Pr 普朗特数为4.31 对流换热系数为dNu m λα==18.48755*0.635/0.014=838.5422（d1）dNu m λα==23.47504*0.635/0.014=677.5749（d2）其中λ为0.635w/(m. ℃) .传热系数Uλδ++=o i h 1h 1U 1=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 （d1）λδ++=o i h 1h 1U 1=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186 U=238.9191 （d2）h i －螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m δ=1mλ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃ λ=393W/m ℃k o －分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k o 为1） J/㎡·s ·℃ 自来水 k o =0.0002㎡℃/W 换热器铜管长度 dq l απ70==3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1（d1） A=1.53dq l απ70==3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2（d2） A=1.65二、集热面积的相关计算（间接系统）条件：加热600kg 水，初始水温10℃，集热平面太阳辐照量17MJ/㎡以上，温升30℃，⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅+⋅=hx hx CL R c IN AU A U F 1A A =9.5㎡ 式中IN A —间接系统集热器总面积，㎡L R U F —集热器总热损系数，W/（㎡·℃）对平板集热器，L R U F 宜取4～６W/（㎡·℃） 对真空管集热器，L R U F 宜取１～２W/（㎡·℃）取1hx U —环热器传热系数，W/（㎡·℃） hx A —换热器换热面积，㎡c A —直接系统集热器总面积，㎡ )1(J f)t t (C Q A L cd T i end w w c ηη--=w Q —日均用水量，kgw C —水的定压比热容，kJ/（kg ·℃） end t —出水箱内水的设计温度，℃i t —水的初始温度，℃f —太阳保证率，%；根据系统的使用期内的太阳辐照、系统经济以用户要求等因素综合考虑后确定，宜为30%～80% 取1T J —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡η—集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25～0.5 取0.6 cdη—出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20～0.30 取L0.2结论：1）换热器入口流速在1 m/s 左右2）保证换热器内的平均温度在40℃左右3）换热器的入口压力不低于0.2 5MPa三、换热器计算 1.传热面积TU Q A ∆=(2.1.1)A — 传热面积 ㎡Q —传热量 J/sU —传热系数 J/㎡·s ·℃ ΔT －平均温度差 ℃2.平均温度差（考虑逆流情况）c1h2c2h1c1h2c2h1T T T T ln )T T ()T (T T -----=∆（2.2.1） 其中T c —冷流体温度 ℃ T h —热流体温度 ℃下标1为入口温度，下标2为出口温度 当c1h2c2h1T T T T --≤2时，可用算数平均值计算，即2)T T ()T (T c1h2c2h1-+-（2.2.2） 3.传热系数U)A A (k 11)k 1h 1()A A (h 1U 1io i o o o i o i ++++=λδη（2.3.1）h i －螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 mλ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃k i ,k o －分别为管内外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k i ,k o 均为1） J/㎡·s ·℃ηo －为肋面总效率（如果外表面为肋化，则ηo ＝1）ioA A －为换热管的外表面积与内表面积之比； 4.螺旋管内表面传热系数lNu h ff i λ⋅=（2.4.1） 其中h i —管内表面传热系数 J/㎡·h ·℃f Nu —努塞尔数f λ—流体导热系数 W/m ·K换热器设计流量为：4L/min ～14L/min ， 管内为湍流时实验关联式验证范围：Re f ＝104～1.2×105,Pr f ＝0.1～120，l/d ≥60; 管内径d 为特征长度。

盘管式换热器工作原理盘管式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于各种工业领域。

它的工作原理是通过将热能从一个流体传递到另一个流体，以实现热量的转移。

下面将详细介绍盘管式换热器的工作原理。

盘管式换热器由一组盘管管道组成，其中一个流体通过内部的管道流动，而另一个流体流过外部的管道。

这两个流体之间通过管壁进行热量传递，从而实现热能的转移。

换热过程中，热能的传递主要依靠热对流和热传导。

当热流体通过内部管道时，它会将热量传递给管壁，然后通过管壁传递给外部流体。

这样，热能就从热流体转移到了冷流体。

盘管式换热器的工作原理可以用以下几个步骤来描述：1. 冷流体进入换热器的外部管道，流经整个换热器。

在流经过程中，冷流体吸收热量，温度逐渐升高。

2. 热流体进入换热器的内部管道，流经整个换热器。

在流经过程中，热流体释放热量，温度逐渐降低。

3. 冷流体通过管壁从热流体吸收热量。

这是通过热对流和热传导实现的。

热对流是指冷流体与管壁之间的传热过程，而热传导是指热量沿着管壁的传递过程。

4. 冷流体温度升高后，流出换热器。

此时，冷流体中已经吸收了热量，并且温度较高。

5. 热流体通过管壁将热量传递给冷流体。

这样，热流体的温度逐渐降低。

6. 热流体流出换热器，此时热流体中的热量已经转移到了冷流体中。

通过以上步骤，盘管式换热器实现了热能的转移。

它可以将热流体中的热量传递给冷流体，从而实现能量的有效利用。

盘管式换热器具有结构简单、传热效率高等优点，因此被广泛应用于各种工业领域。

盘管式换热器通过内外两个流体之间的热量传递，实现了热能的转移。

它的工作原理主要是通过热对流和热传导来实现热量的传递。

通过这种方式，盘管式换热器能够高效地实现能量的转移，为各种工业过程提供了可靠的热能来源。

一、铜盘管换热器相关计算条件：600kg 水 6小时升温30℃单位时间内换热器的放热量为q q=GC ΔT=600**10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ，管内径为0.007m ，0.01m ， 盘管内水换热情况：定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re Re 管径0.20m Re Re湍流范围：Re=10^4~*10^5 物性参数：40℃饱和水参数。

黏度—*10^-6 运动黏度— *10^-6 普朗特数— 导热系数—*10^2 w/(m. ℃)求解过程：盘管内平均水温40℃为定性温度时换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为0.4f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝** （d1） 0.4f8.0ff Pr 023Re.0*2.1Nu =＝** （d2）管内对流换热系数为lNu h ff i λ⋅==*= （d1）lNu h ff i λ⋅==*= （d2） 管外对流换热系数格拉晓夫数准则为（Δt=10）23/υβtd g Gr ∆==**10^-4*10*.0163/*10^-6)2= （d1） 23/υβtd g Gr ∆==**10^-4*10*.0223/*10^-6)2=（d2）其中g= N/kgβ为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~*10^8）25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅∆=να=*= （d1）25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να=*= （d2）其中Pr 普朗特数为 对流换热系数为dNu m λα==*= （d1） dNu m λα==*= （d2）其中λ为(m. ℃) .传热系数Uλδ++=o i h 1h 1U 1=1/+1/+1/393= U= （d1）λδ++=o i h 1h 1U 1=1/+1/+1/393=U= （d2）h i －螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m δ=1mλ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃ λ=393W/m ℃k o －分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k o 为1） J/㎡·s ·℃ 自来水 k o =㎡℃/W换热器铜管长度 dq l απ70==3500/10/= （d1）A=dq l απ70==3500/10/= （d2）A=二、集热面积的相关计算（间接系统）条件：加热600kg 水，初始水温10℃，集热平面太阳辐照量17MJ/㎡以上，温升30℃，⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅+⋅=hx hx CL R c IN AU A U F 1A A =㎡式中IN A —间接系统集热器总面积，㎡L R U F —集热器总热损系数，W/（㎡·℃）对平板集热器，L R U F 宜取4～６W/（㎡·℃） 对真空管集热器，L R U F 宜取１～２W/（㎡·℃）取1hx U —环热器传热系数，W/（㎡·℃）hx A —换热器换热面积，㎡c A —直接系统集热器总面积，㎡ )1(J f)t t (C Q A L cd T i end w w c ηη--=w Q —日均用水量，kgw C —水的定压比热容，kJ/（kg ·℃） end t —出水箱内水的设计温度，℃i t —水的初始温度，℃f —太阳保证率，%；根据系统的使用期内的太阳辐照、系统经济以用户要求等因素综合考虑后确定，宜为30%～80% 取1T J —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡cd η—集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为～ 取L η—出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为～ 取结论：1） 换热器入口流速在1 m/s 左右 2） 保证换热器内的平均温度在40℃左右 3） 换热器的入口压力不低于 5MPa三、换热器计算1.传热面积TU Q A ∆=(2.1.1)A — 传热面积 ㎡ Q —传热量 J/sU —传热系数 J/㎡·s ·℃ ΔT －平均温度差 ℃2.平均温度差（考虑逆流情况）c1h2c2h1c1h2c2h1T T T T ln )T T ()T (T T -----=∆（2.2.1） 其中T c —冷流体温度 ℃ T h —热流体温度 ℃下标1为入口温度，下标2为出口温度 当c1h2c2h1T T T T --≤2时，可用算数平均值计算，即2)T T ()T (T c1h2c2h1-+-（2.2.2）3.传热系数U)A A (k 11)k 1h 1()A A (h 1U 1io i o o o i o i ++++=λδη（2.3.1）h i －螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m λ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃k i ,k o －分别为管内外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k i ,k o 均为1） J/㎡·s ·℃ ηo －为肋面总效率（如果外表面为肋化，则ηo ＝1）ioA A －为换热管的外表面积与内表面积之比； 4.螺旋管内表面传热系数lNu h ff i λ⋅=（2.4.1） 其中h i —管内表面传热系数 J/㎡·h ·℃f Nu —努塞尔数f λ—流体导热系数 W/m ·K换热器设计流量为：4L/min ～14L/min ，管内为湍流时实验关联式验证范围：Re f ＝104～×105,Pr f ＝～120，l/d ≥60; 管内径d 为特征长度。

F 型换热器安装使用说明书广州力和换热设备有限公司一、概述F型换热器是我公司吸收、消化国外先进设计理论和制造经验开发、研制的一种最新型、最先进的半即热半容积式高效换热器，它以高温水或饱和蒸汽为热源，采用独特的结构设计，配备全自动控制系统，具有传热效率高、不形成死水等优点，提高了使用寿命，广泛应用于工业、民用建筑的生活热水、采暖热水和空调供水系统。

二、主要结构特点本设备主要由主热交换器、进出口总管、底座、外壳、保温、控制盒等组成，其结构特点是：壳内二次水流过筒体内整个主热交换器组成的浮动盘管，逐层加热，至出口时达到所设定的温度，这种结构具有以下优点：１．高峰用水时，热水大量流失，冷水不断补入，F型换热器所备有部分容积可以缓冲由于高峰用水量大出现水温波动的情况。

２．F型换热器内置多组浮动盘管，独有的宝塔型结构，加热速度快，温升均匀，出水温度恒定，且不会形成死水区，热水不会在换热器中产生病菌，保证了水质的干净卫生。

３．浮动盘管在使用过程中有微小的抖动，可以实现动态传热，传热系数比常规容积式换热器高30％左右，且有防垢、除垢的双重功能。

４．安装使用方便，多台组合时为模块式拼装，结构紧凑，占地面积小。

三、型号编制方法及技术特性选用参考表１．型号表示法：FWW XF－指换热设备为浮动盘管式换热器W－表示热侧介质为水（water）W－表示冷侧介质为水（water）X－指浮动盘管数量例FWW－4为水水交换共4组盘管数的F型换热器（浮动盘管式换热器）２．技术特性选用参考表：F型换热器技术性能参数四、工作原理来自锅炉的一次高温热水通过主热交换器盘管将热量传给二次水，使二次水温度升高至60℃，二次水被加热后进入采暖或热水系统，一次水被冷却。

本设备应在一次水入口处安装电动调节阀（由用户自备），用以调节一次水流量，保证二次水出口温度达到整定工作温度；在二次水进口处应安装安全阀（由用户自备），确保设备在安全工况下运行。

电动调节阀通过二次水出口温度发出的信号调节流量，达到自动控制的目的。

壳盘管换热器PK壳管换热器,换热效率谁更厉害大家看到‘换热器’这三个字，大家的第一反应是什么呢？肯定有很多人想到是下面图1型号壳管式换热器，那壳盘管式换热器是什么东西?小伙伴们直接懵了,接下来小编就要为大家讲述下壳盘管式换热器,如图2壳盘管式换热器,两者在外表有明显区别的。

图1壳管式换热器图2壳盘管式换热器我们就拿市场上杭州沈氏换热器的两款主流产品换热器产品来比较，沈氏130K W壳管和钢塑壳盘管。

沈氏壳管换热器一般用于冷热水机组、模块机等机组的蒸发器和冷凝器；采用7m m传热管升级、螺旋折流板优化、并组合使用多项沈氏专利分配器，换热效率高；沈氏壳管严格按照G B150，151标准设计和制造、氟侧封头采用激光焊，承压高，无传统密封垫的泄漏风险、换热管为整体成型，无拼接，无焊点与水接触、抗冻性能强、可靠性强；氟侧封头专利优化设计，节约材料成本、小传热管用小壳体，紧凑度高，用料省体积小。

沈氏钢塑壳盘管式换热器是由内螺纹管弯制成Ω形与带折流板的壳体组成的一种换热器；结合了壳管式换热器和板式换热器的特点；壳体是由塑料内胆（P A6）、发泡保温层和钢制外壳组成。

内管布置方式具有原创性技术发明专利。

图3壳盘管式换热器构造壳盘管式换热器有自己特色，一方面由于采用内芯Ω结构，具有良好收缩弹性，能有效抗冻，另外还能加强流体的扰流，能有效加强换热；另一方面由钢制外壳与工程塑料内胆之间填充发泡材料，减少了换热器的漏热，用户无需额外对外壳表面进行保温。

图4壳管式换热器参数图5壳盘管技术参数从两者内部结构来看，壳盘管式换热器内部构造更复杂，在内芯材质相同情况下,从各自技术参数比较,双方都能用作蒸发器和冷凝器,壳盘管式换热器做冷凝器单位面积换热量会比壳管式换热器高些，但壳盘管式换热器做蒸发器单位面积换热量会比壳管式换热器差些.所以比较两者谁的换热效率高就要看是双方是做蒸发器还是冷凝器。

盘管和夹套式蒸汽换热器的特点和设计要点在蒸汽的制程加热应用中，使用的汽水换热器一般是间接加热，在这些系统中，热量通过传热表面进行传递，可以分为：浸入式蒸汽盘管–这是一种应用广泛的传热方式，在容器中，蒸汽盘管浸没在过程流体中。

蒸汽夹套–蒸汽在夹套和容器壁之间的空间循环，热量通过容器壁进行传递。

浸没式蒸汽盘管盘管式容积换热器在大容量罐体加热中非常普遍，主要用来对很深的罐体内的原油、食用油、动物油和糖蜜等货物进行加热，很多这些流体在常温下由于粘度太高而无法处理，因此用蒸汽盘管来升高这些液体的温度，降低它们的粘度以便可以被泵送。

盘管式容积换热器同样广泛应用于电镀和金属处理上，电镀中物体经过几个工艺容器后金属层才能沉积在表面上。

其中一个最初的工艺称为酸洗，在这个工艺中，钢和铜等材料被浸在酸液或腐蚀性溶液中去掉那些形成的任何杂质或氧化层。

盘管加热会在产品一侧产生热边界层，流体的表面和内部之间存在温度梯度，如果温差非常大，那么自然对流换热就会很明显，于是换热系数就比较大。

辅助循环包括强制对流的换热系数比较高，由于对流主要取决于流体的体积运动，流体的粘度（随温度而不同）对热边界层的影响也很重要。

其他变化还会出现在盘管的蒸汽侧，尤其对长距离的管道而言。

盘管的进口蒸汽具有比较高的流速，因此几乎不含有水分，但是，随着距离的加长，盘管内的蒸汽流速会越来越低，而且盘管内会部分地充满水。

在很长的盘管中，例如那些远航的油轮或大的储油罐中，经常发现盘管内的压降非常显著。

这时，平均盘管温度经常采用的是大约为进汽压力的75%的蒸汽温度。

在一些极端的例子中，平均压力可能会低于进汽压力的40%。

另一个变量是盘管自身的材料，盘管本身材料的热传导性能差别很大。

但是，总的传热是由大面积的阻热隔膜来决定的，盘管的热传导性能并没有它们组合起来的影响大。

当使用的蒸汽比较干燥清洁、盘管小并且疏水良好的时候选择比较高的换热系数；当蒸汽品质较差、盘管长并且疏水不好的时候选择较低的值。

盘管式换热器工作原理
盘管式换热器是一种常见的换热设备，工作原理如下：
1. 冷热介质流经盘管：冷热介质通过盘管内的管道，形成流动，并与盘管外的其他介质进行换热。

2. 热传导：冷热介质之间通过盘管壁发生热传导，热传导是指高温介质中分子的热运动传递到低温介质中。

3. 温差驱动：冷热介质之间的温差越大，换热效果越好。

盘管式换热器的工作效率受到温差的影响。

4. 流体循环：换热过程中，冷热介质需要通过泵或其他外部循环系统进行流动，以保持温度和流体的稳定。

总结起来，盘管式换热器利用盘管壁进行热传导，使冷热介质之间发生换热。

通过控制流动和温度差异，可以有效地提高换热效率。

第七节传热原理及设备在日常生活和生产实践中，会遇到大量传热的现象。

人们把生活和生产中这种传热现象总结后得出结论：凡是有温度差别的地方就一定有热量的传递，热量总是自动地由高温物体传向低温物体。

工业上凡是将热量由热流体传递给冷流体的换热设备，都称为热交换器，简称换热器。

空分设备中主要有：切换板翅式换热器、主换热器、冷凝蒸发器、过冷器、液化器、加热器、空压机冷却器、氮水预冷器等。

而且这些换热器是实现空气液化分离及维持空分设备正常运转所必不可少的主要设备。

因此我们也有必要对它有所了解。

1.7.1热传递的三种基本方式1. 热传导和热导率物体内部分子和原子微观运动所引起的热量传递过程称为热传导，又称导热。

在单位时间内从tω1的高温壁面传递到tω2的低温壁面的热流量φ（W）的大小，和壁的面积F（m2）与两壁温差（tω1-tω2）（℃）成正比，与壁的厚度δ（m）成反比。

此外，还与壁的材料性质等因素有关。

因此由上面的比例关系，可以写出平壁的导热计算式为：Φ=F（tω1-tω2）=F（tω1-tω2）/（W）（1-21）式（1-21）中比例系数λ称为热导率，单位为W/（m.K）。

在数值上等于单位时间内，面积为1m2、壁厚为1m、两侧壁温差为1K时所传递的热量。

为了比较导热量的大小，在单位时间内，通过每平方米表面积所传导的热流量称为热流密度q。

平壁导热的热流量计算式为：q==λ（W/m2）（1-22）从式（1-22）可以看出，有温差Δt存在才有热量传导。

温差Δt愈大，传导热量也愈大，因而温差也称温压。

δ/λ愈大，热流密度就愈小，它表示了阻碍热传导阻力的大小，称为平壁单位面积的导热热阻。

用热阻的概念来分析判断传热过程的强弱及为有用。

为了增强导热，就应使热阻减小，这时可选用簿壁和导热率较大的材料。

相反要求保温的场合（常称为热绝缘），为了削弱导热，就要增大热阻，选用厚壁和导热率小的材料。

一般说来，热导率的数值以金属最大，液体之次，气体最小。

一、铜盘管换热器相关计算条件：600kg水6小时升温30 C 单位时间内换热器的放热量为qq=GC △ T=600*4.2*10A3*30/(6*3600)= 3500 w盘管内流速1m/s，管内径为0.007m, 0.01m ,盘管内水换热情况：湍流范围：Re=10A4~1.2*10A5物性参数：40 C饱和水参数。

黏度一653.3*10A-6 运动黏度一0.659 *10八-6 普朗特数一4.31 导热系数—63.5*1QA2 w/(m. C)求解过程：盘管内平均水温40 C为定性温度时换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m努谢尔特准则为NU f 1.2* 0.023Re f0.8Pr f0.4= 1.2*0.023*21244.31 0.84.310.4=143.4 (d1)NU f 1.2* 0.023Re f 0.8Pr f0.4= 1.2*0.023*30349.01 0.84.310.4=190.7 (d2)管内对流换热系数为, Nu f fh j fL =143.4*0.635/0.014=6503.39 (d1)u Nu f fh j f---- =190.7*0.635/0.02=6055.63 (d2)管外对流换热系数格拉晓夫数准则为(A t=10)3 2Gr g td / =9.8*3.86*10A-4*10*.016 3/(0.659*10A-6) 2=356781.6 (d1)Gr g td3/ 2 =9.8*3.86*10A-4*10*.022 3/(0.659*10人-6) 2=927492.9 (d2) 其中g=9.8 N/kg 为水的膨胀系数为386*10A-6 1/K自然对流换热均为层流换热（层流范围:Gr=10A 4~5.76*10A 8 )Nu=18.48755*0.635/0.014=838.5422 Nu=23.47504*0.635/0.014=677.5749 (d1)(d2)其中 为 0.635w/(m. C ) .传热系数Uh o— =1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891U=257.0138(d1)1 丄」 U h i h-=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186U= 238.9191(d2)h i —螺旋换热器内表面传热系数 J/ m 2 s C h o —螺旋换热器外表面传热系数J/ m 2 s C 8—螺旋换热器管壁厚m 3=1m入—管材的导热系数 J/m s CQ393W/m Ck o —分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k o 为1） J/ m s C 自来水mC /Wk o =0.0002换热器铜管长度lq=3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.170 d(d1)A=1.53q 70=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2 d(d2)A=1.65其中Pr 普朗特数为4.31 对流换热系数为Nu 0.525l w 3g t20.25Pr =0.525(356781.6*4.31) 0.25=18.48755(di )Nu w0.525l w 3g t20.25Pr =0.525(927492.9*4.31) °.25=23.47504(d2)集热面积的相关计算（间接系统）式中A IN —间接系统集热器总面积,Q w —日均用水量，kgt end —出水箱内水的设计温度, t i —水的初始温度，cf —太阳保证率，%根据系统的使用期内的太阳辐照、系统经济以用户要求等因素综合考 虑后确定，宜为 30%- 80%取1J T —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/ mcd —集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25〜0.5 取0.6 L—出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20〜0.30 取0.2结论：1） 换热器入口流速在1 m/s 左右 2） 保证换热器内的平均温度在 40 C 左右 3） 换热器的入口压力不低于0.2 5MPa条件: 加热600kg 水，初始水温10C ，集热平面太阳辐照量17MJ/怦以上，温升30C,AINF RU LA CA c 1U hx A hx= 9.5 m 2F R U L —集热器总热损系数,w/（m 「c ）对平板集热器, F R U L 宜取4〜6 w/（m ・c ） 对真空管集热器,F R U L 宜取1〜2 W/（m ・c ）U hx —环热器传热系数,W/(m ・c )A hx —换热器换热面积，m,2A c —直接系统集热器总面积,A cQ w C w ( t end t i )fJ T cd (1 L )C w —水的定压比热容，kJ/(kg •C)三、换热器计算1•传热面积(2.1.1) A —传热面积 Q —传热量△T —平均温度差 C 2•平均温度差(考虑逆流情况)T(T h1 T C 2)(Th2 T C1)T h1T C 2 InT h2T C 1(2.2.1) 其中T C —冷流体温度C T h —热流体温度C下标1为入口温度，下标 2为出口温度 当Th1T C 2三2时，可用算数平均值计算，即T h2T C 1(T h1 T C 2)(Th2T c1)2(222) 3•传热系数Um 2J/sJ/ m s ;c U —传热系数k o(2.3.1)h i —螺旋换热器内表面传热系数 J/ m 2 s C h o —螺旋换热器外表面传热系数J/ m 2 s C3-螺旋换热器管壁厚m入一管材的导热系数 J/m s Ck i ,k o —分别为管内外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时k i ,k o 均为1)J/ m s Cn —为肋面总效率(如果外表面为肋化，则n= 1)A i-为换热管的外表面积与内表面积之比;o4•螺旋管内表面传热系数NU f fh il(2.4.1) 其中h i —管内表面传热系数J m 2 h -°CNU f —努塞尔数f —流体导热系数W/mK换热器设计流量为： 4L/min 〜14L/min , 管内为湍流时实验关联式验证范围： Re f = 104〜1.2X 105,Pr f = 0.1〜120, l/d > 60;管内径d 为特征长度。

一、铜盘管换热器相关计算条件:6０0kｇ水6小时升温30℃ 单位时间内换热器得放热量为qq=GＣΔＴ=６00*4.2＊10^3＊３０/(6*3600)= 3５00w盘管内流速1m/s,管内径为0。

0０7m,0.０１m,湍流范围:Rｅ＝１0^4～1、２*１0^5物性参数:40℃饱与水参数。

黏度—653、3＊10^—６运动黏度—０。

6５9 *10＾-6 普朗特数—4。

31 导热系数—63。

5＊10＾2 w/(m、℃)求解过程:盘管内平均水温4０℃为定性温度时换热铜管得外径,分别取ｄ1=０。

014m d2=0．02m努谢尔特准则为=１、2＊0。

02３＊２12４4.310。

８4。

310。

4=14３.4 (ｄ1)＝1、2*０、023＊30349、010。

84、310、4=１90。

7(d2)管内对流换热系数为=１４３。

4＊0.６35／0、014=６5０３。

3９(ｄ1)=１90。

7＊0。

635/0.02＝6０５5、６3 (d2)管外对流换热系数格拉晓夫数准则为(Δｔ=１0)=9、8*３、86＊1０^－4*１0＊、016３/(０.659＊10＾-6)２=356７81.６(d1)=９、8＊３。

86＊10^－4*1０*。

0223/(0、6５9*10^－6)2=9２74９２。

9(d2)其中g=9、8Ｎ/kｇ为水得膨胀系数为386*1０^—６1/K自然对流换热均为层流换热(层流范围:Gr＝10^4~5.７６*1０＾８)=０.５25(３567８1、6＊４、31)0。

25=18、４8755 (d1)=０、５２5(927４92.9＊４、３１)0。

２5＝23、475０4 (d2)其中Pr普朗特数为４。

3１对流换热系数为=1８.487５5＊0。

635／0、01４＝838、5４22 (d1)=２３。

47504*０、63５/０.0１４=６77、5749 (d２)其中为0.635ｗ／(m、℃)、传热系数U=1/６503。

３９＋1/838.5422＋1/393=0。

管式换热器基本介绍在管式换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流淌,其行程称为管程;一种在管外流淌,其行程称为壳程。

管束的壁面即为传热面。

为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装肯定数量的横向折流档板。

折流挡板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。

常用的挡板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。

流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。

为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。

这样,流体可每次只通过部分管子而来回管束多次,称为多管程。

同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。

在管式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。

常见分类固定管板式固定管板式换热器是将两端管板直接与壳体焊接在一起。

重要由外壳、管板、管束、封头等重要部件构成。

壳体中设置有管束,管束两端采纳焊接、胀接或胀焊并有的方法将管子固定在管板上,管板外四周和封头法兰用螺栓紧固。

固定管板式换热器的结构简洁、造价低廉、制造简单、管程清洗检修便利,但壳程清洗困难,管束制造后有温差应力存在。

当换热管与壳体有较大温差时,壳体上还应设有膨胀节。

浮头式浮头式换热器一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动,也就是壳体和管束热膨胀可自由。

故管束和壳体之间没有温差应力。

一般浮头可拆卸,管束可以自由地抽出和装入。

浮头式换热器的这种结构可以用在管束和壳体有较大温差的工况。

管束和壳体的清洗和检修较为便利,但它的结构相对比较多而杂,对密封的要求也比较高。

U型管式U形管式换热器是将换热管炜成U形,两端固定在同一管板上。

由于壳体和换热管分开,换热管束可以自由伸缩,不会由于介质的温差而产生温差应力。

U形管换热器只有一块管板,没有浮头,结构比较简洁。

管束可以自由的抽出和装入,便利清洗,具有浮头式换热器的优点,但由于换热管做成半径不等的U形弯,最外层换热管损坏后可以更换外,其它管子损坏只能堵管。

半管和盘管
半管和盘管是两种不同的换热器设计形式，它们在化工、食品、制药等行业的反应釜或锅炉中广泛应用，用于加热或冷却物料。

下面是两者的简要描述。

半管：半管换热器通常是指换热器的管子只围绕反应釜或锅炉的一部分，而不是全部。

这种设计可以提供更好的热交换效率，因为它允许流体在管子中流动时与釜体或锅炉的壁面之间有更大的接触面积。

半管换热器适用于对温度控制要求较高的场合，因为它们可以提供更均匀的热量分布。

盘管：盘管换热器则是指换热器的管子以盘旋的方式绕制在反应釜或锅炉的外部或内部。

盘管可以提供更大的热交换面积，因为管子之间的空间被利用来增加热交换的表面积。

盘管换热器适用于需要大量热交换的场合，如大型锅炉或高温反应釜。

两者的主要区别在于热交换面积和热交换效率。

半管换热器通常提供较小的热交换面积，而盘管换热器则提供较大的热交换面积。

选择哪种类型的换热器取决于具体的应用需求和热交换要求。

缠绕管式换热器的简捷计算曲　平　王长英　俞裕国(大连理工大学化工学院,辽宁大连,116012)摘要　建立了缠绕管式换热器简捷计算的数学模型。

并对某厂各缠绕管式换热器进行了核算与扩产110%工况的计算。

计算结果表明所建数学模型基本合理、可靠。

关键词　缠绕管式换热器　数学模型　简捷计算 缠绕管式换热器(CTH E )的发展与深冷技术的发展密切相关,最早是由德国的林德公司于1898年制造。

我国一些化肥厂引进了该公司生产的这种类型的换热器。

缠绕管式换热器的结构紧凑,传热效率高。

其单位体积的换热面积大,适合深冷系统的换热。

但其制造工艺要复杂一些,对材质的要求相对较高;此外,设备的清洗也比较困难。

文中建立了缠绕管式换热器简捷计算的数学模型。

并对某厂的缠绕管式换热器进行了换热面积与压力损失的核算,计算结果表明了所建数学模型的可靠性,在此基础上,对扩产110%的情况进行了缠绕管式换热器的计算。

本工作能够为装置扩产改造的核算提供参考依据。

1　缠绕管式换热器模型的建立111　几何结构模型[1]图1　缠绕管式换热器的几何结构示意图图2　错流流动示意图 假设在壳侧流体流动方向上相邻两绕管间距为一常数,且相反缠绕方向的相邻两绕管的相对位置为x ,则有两个特征位置: 收稿日期:1998-01-13。

S m ax ={[(c +d )2]2+(a +d )2}1 2-d ,当x =(c +d )2时(1)S m in =a ,当x =0时(2)相邻两绕管的间隙S m 将处于S m ax 与S m in 之间,其计算公式:S m =[2(c +d )]∫(c +d ) 2S d x(3)积分结果:S m =a +d2[1+(c +d 2a +2d )]1 2+(a +d )2c +d·ln {c +d 2a +2d +[1+(c +d 2a +2d)2]12}-d (4)壳侧流道截面积:S 0=D m ΠkS m -(S 1+S 2)(5)其中:S 1=Πa 2110107·k 4(6)S 2=Πc 2(n -k )l(410l c )(7)D m =D i +(k -1)a +kd +S m(8)由壳侧流道截面积可求得壳侧流道的当量直径:D e =410S 0 L(9)浸润周边L =210(ΠD m +kS m )(10)传热管的缠绕角为Α与缠绕管换热器的轴向管束1998年 大　氮　肥L arge Scale N itrogenous Fertilizer Industry 第21卷　第3期长度l c 、缠绕圈数W j 的关系分别为:l c =l sin Α(11)W j =l co s Α (ΠD j )(12)各缠绕管层j 的中心圆平均直径D j 为:D j =D i +(j -1)a +jd +2e(13)式中,e 是第1层绕管与芯筒之间的隔板厚度,m 。