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热交换器原理与设计
热交换器是一种用于传热的设备，广泛应用于工业生产、能源
领域以及日常生活中。
其作用是在两种流体之间传递热量，使它们
达到所需的温度。
热交换器的设计和运行原理对于提高能源利用效
率和保障设备安全稳定运行具有重要意义。
热交换器的原理是利用热传导的物理特性，通过将两种流体分
别置于不同的传热面上，使它们之间产生温度差，从而实现热量的
传递。
在热交换器中，传热面的设计和流体流动方式是影响传热效
率的关键因素。
此外，热交换器的设计还需要考虑流体的物性参数、流体流速、传热面积以及传热介质的选择等因素。
在热交换器的设计过程中，首先需要确定传热的需求，包括传
热量、传热温差等参数。
然后根据流体的性质和工艺要求选择合适
的传热面积和传热介质。
接下来是热交换器内部结构的设计，包括
传热面的布置方式、流体流动路径的设计等。
最后是对热交换器的
整体结构进行设计，包括支撑结构、连接方式、绝热措施等。
热交换器的设计需要综合考虑传热效率、成本、占地面积等因素。
为了提高传热效率，可以采用增加传热面积、改善流体流动方
式、优化传热介质等措施。
在降低成本方面，可以通过材料选择、结构设计等途径进行优化。
此外，合理设计热交换器的结构，可以减小占地面积，提高设备的整体性能。
总的来说，热交换器的设计是一个综合考虑传热效率、成本和结构合理性的工程问题。
通过科学合理的设计，可以提高能源利用效率，降低生产成本，保障设备的安全稳定运行。
因此，热交换器的设计对于工业生产和生活中的能源利用具有重要的意义。
重庆理工大学化工原理课程设计说明书题目：柴油预热原油的管壳式换热器学生班级：113150202学生姓名：余毛平学生学号：11315020232指导教师：白薇扬化学化工学院2016 年 7 月 4 日目录1.设计任务书 (1)2.概述 (2)3.设计条件及物性参数表 (2)4.方案设计和拟定 (3)5.设计计算 (7)6.参考文献 (11)1．设计任务书1.1设计题目用柴油预热原油的管壳式换热器1.2设计任务1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
1.3操作条件2.概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。
列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
3.设计条件及物性参数表3.1操作条件原油：入口温度60℃出口温度105℃质量流量：41416 kg/h加热介质柴油：入口温度170℃ 出口温度T2 质量流量：35320kg/h允许压降：不超过0.3×105Pa3.2物性参数表4.方案设计和拟订根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。
一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。
3、允许压强降：不大于1×105Pa。
4、每年按330天计，每天24小时连续运行。
三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。
2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。
3、设计结果概要或设计结果一览表。
4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。
5、对本设计的评述及有关问题的讨论。
第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。
由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。
1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
所以传热是最常见的重要单元操作之一。
无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。
②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。
1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。
第七节换热器换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
根据冷、热流体热量交换的原理和方式换热器基本上可分为三大类，即间壁式、混和式和蓄热式。
其中间壁式换热器应用最多，以下仅讨论此类换热器。
4-7-1 间壁式换热器的类型传统的间壁式换热器以夹套式和管式换热器为主，管式换热器结构不紧凑；单位换热容积所提供的传热面积小。
随着工业的发展，出现了一些高效紧凑的换热器，如板式和强化管式换热器。
一、管式换热器（一）蛇管换热器蛇管换热器分为两种，一种是沉浸式，另一种是喷淋式。
1．沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（如图4-35）并沉浸在容器内的液体中。
蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。
为提高总传热系数，容器内可安装搅拌器。
2．喷淋式蛇管换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，如图4-36，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。
喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外对流传热系数较沉浸式增大很多。
另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦可带走一部分热量，可起到降低冷却水温度、增大传热推动力的作用。
因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大为改善。
（二）套管式换热器套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，如图4-37所示。
每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。
每程的有效长度为4~6m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中的流体分布不均匀。
图4-35 蛇管的形状图4-36 喷淋式换热器1―弯管2―循环泵3―控制阀图4-37 套管式换热器套管换热器结构简单，能承受高压，应用方便（可根据需要增减管段数目）。
特别是由于套管换热器同时具备总传热系数大、传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为300MPa的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式。
蒸汽供热(空调)换热站主要参数计算一例1. 引言蒸汽供热(空调)换热站是一种重要的能源设备，通过热交换实现能量的传递，起到加热或冷却的作用。
本文将介绍一例蒸汽供热(空调)换热站主要参数的计算方法。
2. 计算方法2.1. 主要参数蒸汽供热(空调)换热站的主要参数有：- 进口蒸汽温度：Tin（摄氏度）- 出口蒸汽温度：Tout（摄氏度）- 进口冷水温度：Tcin（摄氏度）- 出口冷水温度：Tcout（摄氏度）- 进口热水温度：Thwin（摄氏度）- 出口热水温度：Thwout（摄氏度）- 进口冷冻水温度：Tcin（摄氏度）- 出口冷冻水温度：Tcout（摄氏度）2.2. 热量计算蒸汽供热(空调)换热站的热量计算公式如下：- 进口蒸汽质量流量：G（千克/小时）- 进口冷水质量流量：Gcw（千克/小时）- 进口热水质量流量：Ghw（千克/小时）- 进口冷冻水质量流量：Gcdw（千克/小时）- 热量传递量：Q（千瓦）热量传递量Q的计算公式为：Q = G * (1.006 * (Tout - Tin) + 4.184 * (Tcout - Tcin) + 4.184 * (Thwout - Thwin) + 4.184 * (Tcin - Tcout))其中，1.006表示水的比热容（kJ/kg·℃），4.184表示水的比热容（kJ/kg·℃）。
2.3. 能量平衡计算蒸汽供热(空调)换热站的能量平衡计算公式如下：Q = Gcw * (4.184 * (Tout - Tcin) + 4.184 * (Thwout - Thwin) + 4.184 * (Tcin - Tcout)) + Gcdw * (4.184 * (Tout - Tcin) + 4.184 * (Thwout - Thwin) + 4.184 * (Tfout - Tcout))其中，Tfout为冷冻水的冷凝温度。
3. 示例计算假设现有一台蒸汽供热(空调)换热站，其主要参数如下：- Tin = 100℃- Tout = 80℃- Tcin = 30℃- Tcout = 40℃- Thwin = 60℃- Thwout = 70℃- Tcdin = 10℃- Tcdout = 0℃根据上述参数，可以计算出热量传递量Q和能量平衡。
热交换器原理与设计热交换器是一种广泛应用于工业生产和生活领域的热传递设备，其原理和设计对于提高能源利用效率和改善环境保护具有重要意义。
热交换器的工作原理主要是利用流体之间的热量传递，通过热传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递和平衡。
在设计热交换器时，需要考虑流体的性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以达到最佳的传热效果。
首先，热交换器的原理是基于热量传递的基本规律，即热量会自高温区流向低温区，直至两者温度相等。
这一原理是热交换器能够实现热量传递的基础，也是设计热交换器时需要遵循的核心原则。
通过合理的设计和优化，可以最大限度地提高热交换器的传热效率，从而节约能源和降低生产成本。
其次，热交换器的设计需要考虑流体的性质和流动状态。
不同的流体具有不同的传热特性，包括传热系数、比热容、粘度等，这些参数对于热交换器的设计和选择具有重要影响。
同时，流体的流动状态也会影响传热效果，包括流速、流态、流向等因素都需要在设计中进行充分考虑，以确保热交换器能够实现预期的传热效果。
另外，传热面积是影响热交换器传热效果的重要因素之一。
通过增大传热面积，可以增加热交换器与流体之间的热量交换，从而提高传热效率。
在设计热交换器时，需要根据实际工况和传热要求确定合适的传热面积，同时考虑传热面积的布置方式和结构形式，以实现最佳的传热效果。
最后，传热系数是评价热交换器传热效果的重要参数之一。
传热系数受到多种因素的影响，包括流体性质、流动状态、传热面积和传热方式等。
在设计热交换器时，需要通过合理的布置和优化结构，以提高传热系数，从而实现更高效的热量传递。
总之，热交换器的原理和设计是一个复杂而又重要的课题，需要综合考虑流体性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以实现最佳的传热效果。
通过深入研究和不断优化，可以不断提高热交换器的性能，为工业生产和生活提供更加高效和环保的热传递解决方案。
板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。
在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。
目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。
以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。
以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的：∙总传热量(单位:kW).∙一次侧、二次侧的进出口温度∙一次侧、二次侧的允许压力降∙最高工作温度∙最大工作压力如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。
温度T1 = 热侧进口温度T2 = 热侧出口温度t1 = 冷侧进口温度t2= 冷侧出口温度热负荷热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：（热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。
（1）无相变化传热过程式中Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；m h,m c-----热、冷流体的质量流量，kg/s；C ph,C pc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；T1,t1------热、冷流体的进口温度，K；T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。
（2）有相变化传热过程两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：一侧有相变化两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程式中r,r1,r2--------物流相变热，J/kg；D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。
对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。
对数平均温差(LMTD)对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。
换热器热量及面积计算一、热量计算1、一般式Q=Qc=QhQ=Wh（Hh,1- Hh,2）= Wc（Hc,2- Hc,1）式中：Q为换热器的热负荷，kj/h或kw；W为流体的质量流量，kg/h；H为单位质量流体的焓，kj/kg；下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2分别表示换热器的进口和出口。
2、无相变化Q=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)式中：cp为流体平均定压比热容，kj/(kg.℃)；T为热流体的温度，℃；t为冷流体的温度，℃。
3、有相变化a.冷凝液在饱和温度下离开换热器，Q=Whr = Wccp,c(t2-t1)式中：Wh为饱和蒸汽（即热流体）冷凝速率（即质量流量）（kg/s）r为饱和蒸汽的冷凝潜热（J/kg）b.冷凝液的温度低于饱和温度，则热流体释放热量为潜热加显热Q=Wh[r+cp,h（Ts-Tw）] = Wccp,c(t2-t1)式中：cp,h为冷凝液的比热容（J/（kg/℃））；Ts为饱和液体的温度（℃）二、面积计算1、总传热系数K管壳式换热器中的K值如下表：注：1 w = 1 J/s = 3.6 kj/h = 0.86 kcal/h1 kcal = 4.18 kj2、温差（1）逆流热流体温度T：T1→T2冷流体温度t：t2←t1温差△t：△t1→△t2△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）（2）并流热流体温度T：T1→T2冷流体温度t：t1→t2温差△t：△t2→△t1△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）对数平均温差，两种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。
( 恒温传热时△t=T-t，例如：饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。
)对数平均温差因为在冷凝器板换一系列的换热器中温度是变化的为了我们更好的选型计算所以出来一个相对准确的数值,当△T1/△T2>1.7时用公式：△Tm=（△T1-△T2）/㏑（△T1/△T2）.如果△T1/△T2≤1.7时，△Tm=（△T1+△T2）/2二种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。
全热交换效率计算公式(一)
全热交换效率计算公式和解释说明
1. 全热交换效率的定义
全热交换效率是用来评估热交换器性能的指标，表示热交换器实际实现的热量传递量与理论最大可能的热量传递量之间的比值。
2. 全热交换效率计算公式
全热交换效率（η）的计算公式如下：
η = (Qr / Qm) × 100%
其中，Qr表示实际实现的热量传递量，Qm表示理论最大可能的热量传递量。
3. 样例解释
下面举例说明全热交换效率的计算过程：
假设一个热交换器的理论最大可能的热量传递量Qm为1000W，实际实现的热量传递量Qr为800W。
根据上述计算公式，可以计算该热交换器的全热交换效率：
η = (800W / 1000W) × 100% = 80%
因此，该热交换器的全热交换效率为80%。
4. 总结
全热交换效率是评估热交换器性能的重要指标，通过计算实际实现的热量传递量与理论最大可能的热量传递量之间的比值得出。
通过该指标，可以评估热交换器的实际热量传递效果。
换热器综合实验报告1. 实验目的
- 了解换热器的工作原理
- 掌握换热器的性能测试方法
- 分析不同换热器的性能特点
2. 实验设备
- 实验台
- 热交换器
- 流量计
- 温度传感器
- 压力表
3. 实验步骤
- 连接实验设备
- 开启流体循环
- 测量冷热流体的温度、流量和压力
- 记录数据
4. 实验数据分析
- 计算传热系数
通过测量的温度、流量和压力数据，计算出换热器的传热系数，从而评估其性能。
- 绘制性能曲线
根据实验数据绘制出换热器的性能曲线，分析不同工况下的换热器性能表现。
5. 结果与讨论
- 分析实验数据
通过数据分析，得出不同换热器在不同工况下的传热效率和压降情况。
- 总结性能特点
比较不同换热器的性能特点，找出其优劣之处，为工程应用提供参考。
6. 实验结论
- 总结实验结果
根据实验数据和分析结果，得出对不同换热器性能的评价和总结。
7. 实验心得
- 对实验过程的感悟
通过本次实验，我对换热器的工作原理和性能表现有了更深入的了解，同时也掌握了相关的实验方法和数据处理技巧。
通过以上详细的实验报告，我们对换热器的性能测试方法和实验过程有了更清晰的认识，也为今后的工程实际应用提供了参考依据。
