换热器选型及计算案例 [兼容模式]

气气板式换热器选型计算1. 引言气气板式换热器是一种常用于热力系统中的换热设备，它通过板式结构将热量从气体A传递给气体B，实现热能的转移和利用。

在实际应用中，我们需要进行换热器的选型计算，以确定最合适的换热器尺寸和参数。

本文将介绍气气板式换热器的选型计算方法，并给出一个实例以供参考。

2. 换热器选型计算方法2.1 确定热负荷在进行换热器选型计算之前，首先需要明确热负荷，即所需传热的热量。

热负荷的计算通常通过以下公式得到：Q = m * (h2 - h1) (1)其中，Q为热负荷（单位：kW），m为气体A的质量流量（单位：kg/s），h1为气体A的入口焓值（单位：kJ/kg），h2为气体A的出口焓值（单位：kJ/kg）。

2.2 确定热传导面积热传导面积是指换热器中用于热量传递的表面积。

在进行换热器选型计算时，需要根据热负荷确定热传导面积。

热传导面积的计算可以通过以下公式得到：A = Q / (U * (ΔTm)) (2)其中，A为热传导面积（单位：m2），Q为热负荷（单位：kW），U为换热器的传热系数（单位：W/(m2·K)），ΔTm为气体A和气体B的平均温差（单位：K）。

2.3 确定气体A和气体B的传热系数换热器的传热系数U反映了换热效果的好坏，需要根据具体情况进行确定。

通常情况下，可以通过以下公式近似计算气体A和气体B的传热系数：U = 1 / R (3)其中，R为换热器的总传热阻力。

2.4 确定换热器的总传热阻力换热器的总传热阻力包括板间阻力、壁阻力和接触阻力等。

在进行换热器选型计算时，需要根据具体的换热器结构和工艺参数确定总传热阻力。

总传热阻力的计算方法比较复杂，通常需要借助专业的软件或手册进行计算。

3. 实例演算假设我们需要为一个热力系统中的空气进行换热，已知空气的质量流量为1 kg/s，入口温度为150℃，出口温度为100℃，换热器的传热系数为1000W/(m^2·K)。

《热交换器计算示例》2.6 管壳式热交换器[例2.2] 试对固定管板的管壳式煤油冷却器进行传热计算、结构计算和阻力计算。

在该热交换器中，要求将14 t/h的T-1煤油由140 ℃冷却到40 ℃，冷却水的进、出口水温为30 ℃和40 ℃，煤油的工作表压力为0.1 MPa，水的工作表压力为0.3 MPa。

[解]由已知条件，选用两台〈1－2〉型管壳式热交换器串联工作，水的结垢性强，工作压力也较高，故使其在管程流动，而煤油的温度、压力均不高，且较洁净，在壳程流动也是合适的，计算过程和结果列于表2.11中。

表2.11 例2.2计算表格3.1 螺旋板式热交换器[例3.1] 试设计一台螺旋板式热交换器，将质量流量3 000kg/h的煤油从t′1= 140℃冷却到t″1=40℃。

冷却水入口温度t′2=30 ℃，冷却水量为M2=15 m3/h。

[解]①煤油的热物性参数值煤油平均温度按卡路里温度计算，即t1m＝t″1＋F c (t′1－t″1)＝40＋0.3(140－40)＝70℃。

查得煤油在70℃时物性参数值：黏度μ1＝10.0×10－4kg/(m·s)，导热系数λ1＝0.14 W/(m·℃)，比热c p1＝2.22×103J/(kg·℃)，密度ρ1＝825 kg/m3。

②传热量QQ＝M1 c p1 (t′1－t″1)＝3 000×2.22×103×(140－40)＝666 000×103J/h③冷却水出口温度t″2由Q＝M2 c p2 (t″2－t′2)，得t″2＝QM2c p2＋t′2＝666 000×10315×994×4.18×103＋30＝40.6℃④冷却水的热物性参数值冷却水的平均温度t2m＝t′2＋t″22＝35.3℃，冷却水在该温度下的热物性参数值为：黏度μ2＝7.22×10－4kg/(m·s)，导热系数λ2＝0.627 W/(m·℃)，比热c p2＝4.18×103J/(kg·℃)，密度ρ2＝994 kg/m3。

板式换热器选型计算书目录1、目录12、选型公式23、选型实例一（水－水）34、选型实例二（汽－水）45、选型实例三（油－水）56、选型实例四（麦芽汁－水）67、附表一（空调采暖，水－水）78、附表二（空调采暖，汽－水）89、附表三（卫生热水，水－水）910、附表四（卫生热水，汽－水）1011、附表五（散热片采暖，水－水）1112、附表六（散热片采暖，汽－水）12板式换热器选型计算1、选型公式a、热负荷计算公式： Q=cm t其中： Q=热负荷（ kcal/h ）、 c—介质比热（ Kcal/ Kg.℃）、m—介质质量流量（Kg/h ）、t —介质进出口温差（℃）（注： m、t 、c 为同侧参数）※水的比热为 1.0 Kcal/ Kg.℃b、换热面积计算公式： A=Q/K.t m22. ℃）其中： A—换热面积（ m）、K—传热系数（ Kcal/ mt m—对数平均温差K 值表：介质水—水蒸汽 - 水蒸汽 -- 油冷水—油油—油空气—油K2500～ 45001300~2000700～ 900500～ 700175～ 35025～ 58注：Ｋ值按经验取值（流速越大，Ｋ值越大。

水侧板间流速一般在0.2 ～ 0.8m/s 时可按上表取值，汽侧板间流速一般在15m/s 以内时可按上表取值）m t max-t min T1t=t maxLnt mint max为（ T1-T2’）和（ T1’-T2 ）之较大值t min为（ T1-T2’）和（ T1’-T2 ）之较小值T2’ T1’c、板间流速计算公式：q T2 V=A S n其中 V—板间流速（ m/s）、 q----体积流量（注意单位转换，33m/h– m /s ）、SA —单通道截面积（具体见下表）、n—流道数2、板式换热器整机技术参数表：设型号BR0.05BR0.1BR0.25BR0.3BR0.35BR0.5BR0.7BR1.0BR1.35备参数最高使用压力 Mpa 2.5使用温度范围℃-19~200装机最大换热面积51530658012022035050031025401201502504306501730最大流量 m/h标准接口法兰 DN25406580100125150250350单板换热面积 m20.0510.1090.2380.3080.3750.550.71 1.00 1.35平均流道截面积20.0004940.0006560.000980.001180.001190.0016910.0020350.02860.004 m设备参考质量 Kg872904858709801800280037007200型号说明： BR0.3-1.0-9-E表示波形为人字形、单板公称换热面积0.3m2、设计压力 1.0Mpa、垫片材质 EPDM、总换热面积为9 m2板式换热器。

一、设计任务二、设计方案简介2.换热器类型选择按照设计任务书的要求，冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃；果浆： 入口温度：80℃，出口温度：20℃。

鉴于要冷却的材料是果浆，流体压力不大，温度变化为80—20℃，管程与壳程的温度差较大（相差50℃以上），加上考虑清洗要求高等因素，本次设计我决定采用浮头式换热器。

浮头式换热器的结构如下图所示。

这种换热器有一端的管板不与壳体相连，可沿管长方向自由伸缩，即具有浮头结构，当壳体与管束的热膨胀不一致时，管束连同浮头可在壳体内轴向上自由伸缩。

这种结构不但彻底消除热应力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便与管内管间的清洗，维修。

因此，用材量大，造价高，结构复杂，但应用仍十分广泛。

考虑到水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下，综合考虑以上标准，确定果浆应走管程，水走壳程。

由于果汁有弱酸性，又因不锈钢管较碳钢管有较好的抗酸腐蚀性，故选用mm 225⨯Φ的不锈钢管。

由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。

但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。

查阅资料管程一般液体流速0.5-3m/s ，易结垢液体>1m/s 。

故拟取流速为2m/s 。

三、工艺及设备设计计算3.1确定设计方案 3.1.1．换热器类型 浮头式换热器设计基本参数处理能力：5000kg/h设备型式：列管式换热器操作条件：冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃；果浆： 入口温度：80℃，出口温度：20℃。

3.1.2．流体流动形式为了增大平均温差，节省操作费用，本次设计采用逆流的流动方式。

3.2确定物性数据定性温度：对于一般液体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均 值。

故：果浆的定性温度为 ℃5022080T =+=水的定性温度为 t = ℃13.521710=+果浆在50℃下的有关物性数据如下：密度 ： 0ρ= 1058 kg/3m定压比热容： C po =3584 J/(kg·℃) 导热系数 ： 0λ =0.61 W/(m·℃)黏度 ： = 2×10-3 Pa·s水在13.5℃下的有关物性数据如下：密度 ： i ρ = 999.7 kg/3m定压比热容：C pi = 4191 J/(kg·℃) 导热系数 ： i λ= 0.58 W/(m·℃)黏度 ： i μ= 1.2×10-3 Pa·s3.3计算总传热系数 3.3.1热负荷Kw h KJ 67.298/101.075220)-(803.5845000T C q Q 60P0m0T =⨯=⨯⨯=∆=3.3.2平均传热温差 所以m t ∆=2121ln t t t t ∆∆∆-∆=()()10-2017-80ln 10-201780--=28.8（℃）3.3.3水用量640P0i Q 1.075210 3.66510/C t 4.191(17-10)miq kg h ⨯===⨯∆⨯ μ 03.3.4总传热系数K （1）管程传热系数：43e 10499.3102.17.9992021.0R ⨯=⨯⨯⨯==-iii i u d μρ>4000 (湍流区) 对流传热系数：C/39.650458.0102.14191102.17.9992021.0021.058.0023.0)()(023.034.038.034.0ii 8.0i i i i i ︒⋅=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯==--m w C u d d p i i λμμρλα（2）壳程传热系数：假设壳程的传热系数10000=α W/(2m ·℃)污垢热阻 Rso=0.0003(m 2·℃)/WRsi=0.0002(m 2·℃)/W管壁的导热系数 λ=17.4W/(m·℃)0000011αλα++++=s m i si i i R d bd d d R d d K℃∙=++⨯⨯+⨯+⨯=2W/m 53.541100010003.00229.04.17025.0002.0021.0025.00002.0021.075.3735025.013.4计算换热面积2m T 2.198.2853.541298670t K Q 'm A =⨯=∆=考虑15%的面积裕度：208.22'15.1m A A ==3.5工艺尺寸计算 3.5.1 管径和流速取mm 225⨯Φ的不锈钢管,流速u=2m/s. 3.5.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数2242860/(36001058)180.7850.02114v s i q n d uπ⨯==≈⨯⨯（根）按单管程计算，所需的传热管长度为： 传热管长：m n d A s 63.1518025.014.308.22L 00=⨯⨯==π按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。