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船用板式换热器混合板片数值分析研究

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范菊兰，等：　船用板式换热器混合板片数值分析研究　

进口流速ｖ（ｍ・Ｓ　）　

图８　三个模型的平均努赛尔数Ｎ　随流速的变化曲线　

进口流速ｖ（ｍ’ｓ　）　

图９三个模型的压力损失△Ｐ随流速的变化曲线　道中的流动和换热特性，建立以海水和淡水作为介　

质的实验系统。海水作为冷介质，淡水为热介质。　

实验测试对象：由１４块Ｈ型板片组成的Ｈ型换热　

器；由１４片Ｖ型板片组成的Ｖ型换热器；Ｈ型板片　

和Ｖ型板片各７片组合而成的混合型板式换热器。　

实验系统包含冷水系统、热水系统以及测量系统，系　

统流程图如图１０所示。　分别对三种模型实验数据进行分析处理，并与　

计算结果比较，得到图１１和图ｌ２，分析如下。　

图１１是三种模型的传热系数随流速的变化曲　线。图中实线为数值计算结果，虚线表示实验数据。　

由图１１可以看出，实验测出的传热系数Ｋ比数值　

计算结果略低一些，误差值低于１５　。两者变化趋　

势一致：随流速的增大，三种模型的传热系数Ｋ都　

增大；在同一流速下，Ｈ—Ｈ模型Ｋ最大，Ｖ—Ｖ模型　

Ｋ最小，Ｖ—Ｈ混合模型的Ｋ大小介于两者之间。图　

１２为模型压力损失△Ｐ随流速变化曲线。随着流速　

增大，板式换热器的压力损失增大；在同一流速下，　图１０实验系统图　Ｈ—Ｈ模型的压力损失最大，Ｖ—Ｖ模型的压力损失最　

小，Ｖ＿Ｈ混合模型的压力损失在两者之间。这一趋　势与Ｆｌｕｅｎｔ数值计算结果一致。实验结果与数值　

计算结果都表明混合模型可以平衡换热器的换热性　

能与压力损失，验证了用Ｆｌｕｅｎｔ数值计算来引导换　

热器的优化设计是可行的。　

进口流速ｖ（ｍ－Ｓ‘　）　

图１１　三个模型的总传热系数随流速的变化曲线　

进口流速　（ｍ・Ｓ　）　图１２三个模型的压力损失△Ｐ随流速的变化曲线　［下转第３８页］　＾　．．Ⅲ．事ｕ　籁幡最ｔ々｝

蹈　造船技术　２０１５年第２期（总第３２４期）　

表５地基抗压能力计算表　

平均对地压力　外力矩之和　外力矩对地压力　最大对地压力　安全值　工况　结论　（ｔ／ｍ。）　（ｔ・ｍ）　（ｍ　）　（ｔ／ｍ２）　（ｔ／ｍ２）　（ｔｉｍ￣）　５．５　ｍ吃水坐底作业　３．２４８　１７　７８９　２１３　７１４　１．３２４　４．５７２　６．４２　安全　９．５　ｍ吃水坐底作业　４．１４４　２Ｏ　７３７　２１３　７１４　１．５４４　５．６８８　６．４２　安全　

７起浮能力估算　

地基吸附力：　

Ｆ吸附力＝＝＝（　总重一Ｄｉｓｐ）×ｃａ　

起浮力：　

Ｆ　浮力一Ｗ压载水一（　总重一Ｄｉｓｐ）　起浮能力：　Ｋ　ｌ一　一　吸附力　式中：Ｄｉｓｐ为排水量（ｔ）；Ｗ总重为压载后总重（ｔ）；　Ｗ压载水为压载水重量（ｔ）；ｃａ为吸附力系数，取　

为０．３５。　

表６为起浮能力计算表。　

表６起浮能力计算表　单位：ｔ　

工况　对地压力　波浪垂向力　吸附力　起浮力　起浮值　安全值　结论　５．５　ｍ吃水坐底作业　８　９５４．３２８　５５６．５９５　２　９３９．２０７　４　０７１．３　１．３８５　１．０　满足　９．５　ｍ吃水坐底作业　１ｌ　４２６．２３　４９３．９９７　３　８２６．２８２　２５　３６９．４　６．６３　１．Ｏ　满足　

８　结语　

通过对平台典型工况下坐底稳性进行评估，给　

出了平台在典型工况下吊机全回转作业时满足抗　

倾、抗滑、地基承载能力及起浮能力要求下的风浪流　

组合及地质条件，明确了平台作业环境条件，保障了　

平台作业安全。同时，本论文也为类似平台未来设　

计时坐底稳性评估方法给出有意义的借鉴和参考。　参考文献　

１－１］刘林，葛旭波，张义斌等．我国海上风电的发展与技术　现状分析［Ｊ］．能源工程，２００９，４：２１—２５．　［２］姚兴佳，隋红霞，刘颖明等．海上风电技术的发展与现　状［Ｊ］．上海电力，２００７，２：ｌｌｌ＿１１８．　ｒ３］　Ｃｈｉｎａ　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　Ｒｕｌｅｓ　ｆｏｒ　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｕｎｉｔｓ［Ｒ］．２０１２．　

［上接第３３页］　

４　结论　

本文通过对三种不同板片组合模型进行数值模　拟，主要得到如下结论。　

（１）三个模型的换热性能参数Ｎｕ和压力损失　

△Ｐ都随着流体流速的增大而增大。相同流速下总　有：ＮｕＨ＿Ｈ＞Ｎｕ　Ｈ＞Ｎ　，△Ｐ　Ｈ＞△Ｐｖ－Ｈ＞　△Ｐ　ｖ。Ｎｕ和△Ｐ值的大小分别是换热性能和阻力　

特性的度量。用实验验证了Ｆｌｕｅｎｔ模拟结果，得到　

一致的结论。　

（２）在本文数值模拟的流体流速范围内，混合　

模型　—Ｈ的Ｎｕ值和压力损失△Ｐ分别比模型二Ｈ　

—Ｈ（大倾角板片组合）平均低２４．３　和４６．０　，比　

模型一Ｖ—Ｖ（小倾角板片组合）平均高出４０．５％和　

７１．７　。可见混合模型可以平衡换热性能和压力损　

失，综合性能介于模型Ｈ—Ｈ和模型Ｖ—　之间。　

（３）本文仅通过研究波纹倾角为１３．３。和７４．５。　

的两种板片之间的组合得到了相关结论。因此，对　

于是否存在其他波纹倾角板片之间的组合使得混合　模型的综合性能同时优于两个同种板片组合的综合　

性能值得作进一步研究。　

参考文献　

［１］李晓亮．人字形板式换热器强化传热研究及场协同分　析ＥＤ］．济南：山东大学，２００９．　［２］蔡毅，贾志刚，周文学等．人字形波纹板式换热器性能　数值模拟的研究［Ｊ］．计算机与应用化学，２００９，２６（１）：　１０５－１０８．　［３］Ｋａｎａｒｉｓ　Ａ　Ｇ，Ｍｏｕｚａ　Ａ　Ａ，Ｐａｒａｓ　Ｓ　Ｖ．Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｐｌａｔｅ　Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　Ｗｉｔｈ　Ｕｎｄｕｌａｔｅｄ　Ｓｕｒｆａｃｅｓ　ＥＪ］．Ｉｎｔ　Ｊ　Ｔｈｅｒｍ　Ｓｃｉ，２００９，４８（６）：１１８４—１１９５．　［４］Ｄｏｏ　Ｊ　Ｈ，Ｙｏｏｎ　Ｈ　Ｓ，Ｈａ　Ｍ　Ｙ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ａ　Ｐｌａｔｅ　Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　Ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｎｅｗｌｙ　Ｄｅｓｉｇｎｅｄ　Ｐｒｉｍａｒｙ　ＳｕｒｆａｃｅＤ］．Ｉｎｔ　Ｊ　Ｈｅａｔ　Ｍａｓｓ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２０１０，５３（２５／２６）：５７３３－５７４６．　［５］赵镇南．板式换热器人字波纹倾角对阻力及传热性能　的影响ｌ－Ｊ］．石油化工设备，２００１，３０（５）：ｌ一３．　ｒ６］　Ｂｏｎｄ　Ｍ　Ｐ．Ｐｌａｔｅ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ　ｆｏｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ［Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，１９８１，８８：１６２１．　［７］杨崇麟．板式换热器工程设计手册［Ｍ］．北京：机械工　业出版社，１９９４．

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简单计算板式换热器板片面积

简单计算板式换热器板片面积

/view/fe40a766f5335a8102d2206a.html换热器基础知识

简单计算板式换热器板片面积

板式换热器文章 2009-12-16 10:24:27 阅读113 评论0 字号：大中小 订阅

选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：

Q=K×F×Δt，

Q——热负荷

K——传热系数

F——换热面积

Δt——传热温差（一般用对数温差）

传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

换热器的分类与结构形式

晨怡热管 2008-1-22 15:19:56

换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：

一、换热器按传热原理可分为：

1、表面式换热器

表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器

蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器

流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器

直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分为：

板式换热器选型计算的方法及公式

板式换热器选型计算的方法及公式

板式换热器选型计算的方法及公式

1.确定传热要求：

首先，需要确定所需传热量。传热量可以根据质量流量、入口温度和出口温度计算得出。

传热量=质量流量×热容×(出口温度-入口温度)

其中，热容是指流体单位质量温度升高1°C所需的热量。

2.计算传热面积：

传热面积是板式换热器选型时需要考虑的重要参数。传热面积的大小直接决定了换热器的尺寸和材质。

传热面积=传热量/(传热系数×温差)

其中，传热系数是指流体在单位时间内通过单位面积的换热器所传热量与温差之比。

3.确定传热系数：

传热系数是指在单位时间内通过换热器的单位面积所传热量与温差之比。传热系数的大小取决于流体的性质、流速以及流体与表面之间的热传导方式。

传热系数=温差/(1/内壁传热系数+1/外壁传热系数+污物膜传热系数+△Rf)

其中，△Rf为板片的几何阻力。

4.确定换热器的型号： 通过以上计算，得到传热面积和传热系数。根据这些参数，可以选择合适的换热器型号，比如板式换热器的型号、规格等。

5.确定换热器板数：

根据传热面积和换热器的尺寸，可以确定所需的板数。板数的选择需要考虑流体的流速以及板间距等因素。

6.计算换热器的热负荷：

热负荷是指在单位时间内通过换热器的热量。

热负荷=传热量/单位面积

通过热负荷的计算，可以确定是否符合换热器的设计要求。

以上是板式换热器选型计算的基本方法及公式。在实际应用中，还需要考虑到一些特殊因素，例如流体的腐蚀性、压力损失、流速限制等。因此，在实际选型计算中，需要根据具体要求进行修正和调整，以确保选用的换热器满足应用需求。

板式换热器的计算方法

板式换热器的计算方法

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 * A3 F7 y& G7 S+ Q T2 =热侧出口温度 3 s' _% s5 s. T" DO q4 b t1 =冷侧进口温度 & L8

~: |; B: t2 M2 w$ z 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： 0 B N/ I" A+ m0 z' H9 ~

（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 ； # Q/ p3 p: 14 ~0 N' I） W

mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s； + Z: 19 b- h9 h" r3 P） {/ A

Cph,Cpc ----- 热、冷流体的比定压热容，kJ/（kg • K）; 6 L8 t6 b3 o& m/ n

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

板式换热器选型计算的方法及公式 2

板式换热器选型计算的方法及公式 2

板式换热器选型计算的方法及公式

(1) 求热负荷Q

Q=G．ρ．ＣP．Δt

(2) 求冷热流体进出口温度

t2=t1+ Q /G ．ρ ．ＣP

(3) 冷热流体流量

Ｇ= Q / ρ ．ＣP ．(t2-t1

(4) 求平均温度差Δtm

Δtm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或Δtm=(T１-t2)+(T2-t1)/2

(5) 选择板型

若所有的板型选择完，则进行结果分析。

(6) 由Ｋ值范围，计算板片数范围Ｎmin，Ｎmax

Ｎmin =

Q / Kmax ．Δtm ．F P ．β

Ｎmax = Q / Kmin ．Δtm ．F P

．β

(7) 取板片数N（Ｎmin≤Ｎ≤Ｎmax ）

若N已达Ｎmax，做（5）。

(8)

取N的流程组合形式，若组合形式取完则做（7）。

(9) 求Re，Nu

Re = W ．de / ν

Nu =a1．Rea2．Pra3

(10)求a，K传热面积Ｆ

a =

Nu ．λ / de

K= 1 / 1/ah+1/ac+γc+γc+δ/λ0

F= Q /K ．Δtm ．β

(11)由传热面积Ｆ求所需板片数ＮＮ

ＮＮ=

F/ Fp+ 2

(12)若N＜NN，做（８）。

(13)求压降Δp

Eu = a4．Rea5

Δp = Eu ．ρ．W2 ．ф

(14) 若Δp＞Δ允 ，做（８）；

若Δp≤Δ允 ，记录结果 ，做（８）。

注: 1．（1）、（2）、（3）根据已知条件的情况进行计算。

2．当T1-t2=T2-t1时采用Δtm = (T１-t2)+(T2-t1)/2