基于SolidWorks的换热器换热效率模拟分析

摘要

换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要，也是余热、废热回收利用的有效装置。鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状，改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径，将产生重要的经济和社会效益。目前，计算机仿真已经成为一种重要的科研方法，我们可以利用计算机仿真进行换热情况的研究。

本论文首先阐述了换热器的发展特点及国内外的研究情况，其次对流体力学分析从基本理论、处理问题的思路步骤和在软件SolidWorks中的应用进行了阐述，并通过SolidWorks对套管式进行三维建模，利用流体分析工具Flow Simulation插件对换热器进行动态分析。从而得到分析数据，数据主要利用图例从对称边界条件、流体子区域、边界条件、固体材料、体积目标说明换热器的换热情况。

应用SolidWorks软件仿真可以降低研究成本，缩短产品的开发周期，提高工作效率。本文通过对换热器的三维建模，有助于了解换热器的基本结构。对换热器的运动仿真及应用Flow Simulation进行仿真的方法可以为换热器安全性和经济效率的后续研究提供了一些参考。

关键词：SolidWorks；Flow Simulation；换热器；三维建模；流体分析

Analysis of heat exchanger efficiency based on the Solidworks flow simulation

Abstract

Heat exchanger is a universal process equipment of chemical, food, light industry and pharmacy, aerospace, nuclear and many other industrial departments. Heat exchanger not only can be reasonable adjustment process medium temperature to satisfy the need, but also can be process waste heat recovery and utilization device. Since heat exchanger in industrial production have the important role of the status of large energy consumption, improving the efficiency of heat exchanger performance and becoming the important way, energy consumption will produce an important economic and social benefits. At present, the computer simulation has become an important tool, we can use the computer simulation research of stamping safety.

This paper elaborates the characteristics and development of heat exchanger and the research situation of physical analysis, secondly, the convection from basic theory, handling problems and application in software SolidWorks are expounded, and through three-dimensional type of casing SolidWorks modeling, Simulation of fluid Flow analysis tool for heat exchanger for dynamic analysis .To analyze data, using data from the symmetrical boundary conditions, and illustrations area, fluid boundary conditions, the solid material, the volume of the heat exchanger that goal.

Application of SolidWorks software simulation studies to reduce costs, shorten product development cycles, improving work efficiency. Based on the three-dimensional modeling of the heat exchanger, heat exchanger can understand the basic structure of the heat exchanger . The motion simulation of

heat flow and application simulation method of simulation for safety and economic efficiency of heat exchanger follow-up study provides some reference.

Key words：SolidWorks; Flow Simulation; heat exchanger; three-dimensional modeling；fluid analysis

摘要...................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II

第1章绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 国内、外研究现状 (1)

1.3 研究内容、目的及意义 (5)

第2章建模仿真方法 (7)

2.1 三维建模 (7)

2.2 SolidWorks 软件简介 (8)

2.2.1 系统简介 (8)

2.2.2 系统要求 (9)

2.3 Solidworks软件建模 (10)

2.4 模拟仿真 (12)

第3章换热器的建模 (13)

3.1 换热器模型的建立 (13)

3.1.1 模型的简化 (13)

3.1.2 建模方案 (13)

3.1.3 换热器主要零件模型的建立 (14)

3.1.4 换热器盖体的建立 (17)

3.2 换热器模型的装配 (18)

3.2.1 装配体基本操作方法 (18)

3.2.2 换热器的装配 (18)

第4章应用Flow Simulation进行数值模拟及验证 (21)

4.1 套管式换热器换热系数的计算公式 (21)

4.2 创建Flow Simulation数值仿真项目 (21)

4.2.1 创建项目 (21)

4.2.2 定义流体子区域 (23)

4.3 定义边界条件 (25)

4.3.1 定义边界范围 (25)

4.3.2 定义固体材料 (26)

4.3.3 定义体积目标 (26)

4.4 验证数据及观察图形 (27)

4.4.1 运行计算 (27)

4.4.2 观察目标 (27)

4.4.3 创建切面云图 (28)

4.4.4 显示流动迹线 (29)

4.4.5 表面参数计算 (30)

4.4.6 计算热交换系数 (31)

4.4.7 定义参数显示范围 (32)

结论 (34)

致谢 (35)

参考文献 (36)

附录 (38)

第1章绪论

1.1课题背景

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。套管换热器是使两种或多种流体之间进行能量交换的设备，是化工、制冷等系统中广泛应用的换热器。其具有结构紧凑、耐高压、传热强度大的特点，被大量应用于冷热水机组。

目前套管式换热器占据着换热器市场37%，在电厂热力系统、冶金、炼钢、制冷、化学等工业中应用极为广泛，并在这些行业中发挥着重要的作用。套管式换热器性能的高低对于这些高耗能行业的节能具有重要的意义，同时也是这些行业节能战略的重要突破点。因此，套管式换热器多年以来一直是人们关注的焦点，他们通过不同的方法来提高换热器的换热性能。许多企业在家用空调设计时会采用套管换热器与翅片管换热器配合使用，以提高系统整机效能。只有准确地预测换热器性能，掌握换热器的换热效率，才能进一步优化设计并提高系统的性能。根据现有实验表明，在实际运行过程中，换热器的各种条件不会一成不变，时刻处于不稳定状态。如何控制换热器运行在最佳工况，需要对换热器的动态特性进行研究[1]。

同时，从外部环境来看，近年来，能源资源问题日趋严重，随着人们对可持续发展重要性的认识，节能意识的不断提高，就对换热效率提出了更高的要求。作为重要的能量交换设备的换热器，它的效率的提高无疑对于能源的有效利用有重要意义[2]。

传统的换热器设计方法往往由于经验估算精度差，样机的设计修改、制作与测试的次数较多，而造成开发周期过长、开发费用巨大，并且很难使开发的产品达到最节能、节材的设计效果。而采用计算机仿真的方法，以换热器内部传热传质机理为理论依据，在计算机上建立换热器模型，可以减少对实际样机测试的依赖程度，这将大大提高对换热器性能预测的快速性和准确性，所以已经成为现代产品设计的主要发展方向[3]。

1.2国内、外研究现状

尽管计算机及其应用技术已经深入换热器研究开发的各个方面，特别是CFD技术大大促进和推动了换热器研究设计技术的升级发展，但是实验研究依然在换热器研究开发过程中扮演着重要角色，将理论分析、实验研究、CFD数值模拟三者结合以相互补充，是研究换热器问题的理想而有效的手段。换热器研究开发和设计中往往需要必要的实验环节，对数值模拟

结果的准确性和精度进行验证，甚至需要根据实验数据与数值模拟数据的对比结果，修正和调整数值模拟的方法，诸如网格尺寸和划分方法、物理模型和控制参数的选取等，以期在数值模拟的计算速度、准确性、稳定性和精度等方面获得最佳方案。因为以上因素在换热器数值模拟过程中极其关键，不同的网格尺寸和划分方法、尤其是物理模型和控制参数的不同选取方案，数值模拟的结果往往是有所差别的；又如目前较为常用的、用于换热器壳程数值模拟的多孔介质模型，涉及到的分布阻力、分布热源等重要参数，若根据经验来确定，不易把握其准确性，只能通过实验确定。在无法通过经验或理论分析等方式预估换热器内流体流场和温度场的真实特性时，如在进行新的换热器结构开发和性能测试过程中，实验验证将是确保数值模拟结果准确性和精度的必要手段。由于换热器内部结构的复杂性，长期以来换热器包括管壳式换热器的研究和开发都是采用实验的方法，建立实验模型，测量实验数据，进行数据处理，然后回归出换热器的传热与流动阻力等计算关联式，并将其应用于换热器的工程设计中。很显然，实验方法具有直观、真实、可靠的特点，对于认识和探索换热器内的流动及换热特性都能起到非常重要的作用。换热器的种类是很多的，弄清换热器种类对换热器模拟来说也是十分重要的[4]。

1．换热器的发展及特点二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。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.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中间壁式换热器应用最多[5]。

(1) 间壁式换热器

夹套式换热器：这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体

受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

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，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，管外给热系数小。为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。

喷淋式换热器：这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，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，管外给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有改善。

套管式换热器：是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大。另外，在套管换热器中,两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(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3000大气压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。

管壳式换热器：是最典型的间壁式换热器,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。

(2)混合式换热器：混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。

(3)蓄热式换热器：蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以储蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的

场合[6]。

模拟换热器的动态过程必须要求仿真软件具有如下的特性：

要求空调换热器仿真的基础模型和算法必须具备一定的通用性，以模拟不同工质、不同结构的空调换热器的性能，并能够正确反映换热器在不同工况下的性能。

为最大程度发挥仿真技术的实用价值，在软件的开发过程必须兼顾稳定、速度和精度。现有的换热器仿真大多对模型做了各种简化，有些忽略了管壁的轴向导热，有些忽略了翅片间相互导热，有些忽略了流体压降等。很遗憾的是，目前也没有一个通用的换热器模型能够同时适用于蒸发器和冷凝器两种工况，并综合考虑析湿工况和湿表面工况对换热器性能的影响。而现有求解换热器模型的算法一般分为两种，一种是通过质量来调整流体压力，另一种是通过质量流量来调整流体压力。前者侧重于换热器整体性能参数的求解，但无法准确描述参数的沿程变化，所以在求解换热器动态分布参数模型的时候，大量学者在都采用了后一种算法。但该算法的稳定性很大程度上受压力迭代初值的影响，在压力迭代初值假设偏离真实压力较大的情况下，算法的稳定性会恶化[7]。

管壳式换热器的研究也是最早开始于实验研究。从1947年起，Begrelni 和Culmu便开始了管壳式换热器的实验研究，观察了管束排列、折流板切割高度及间距、泄漏、旁路对壳侧压降和换热的影响，得到了大量实验数据。1957年，Gupat首次利用跟踪粒子较粗略地显示了玻璃换热器壳侧流动情况。1998年，Li采用流场可视化技术进行研究。下弓形折流板换热器第一个折流板隔段的流体流动现象，并以传质类比传热的方法分析了其传热规律。2002年，Klade等利用流场可视化技术研究了针翅表面强化管。工况下用于紧凑式换热器的强化传热，验证了该强化表面管的强化传热性能。美国PhiniPs石油公司于70年代首先研制成功了折流杆换热器，经较大范围的实验测试，得到了折流杆换热器设计的准数关系式。

董其伍、刘敏珊等研究了纵流式换热器在气一气、气一液等介质无相变、有相变工况下流体流动与传热性能，并得到了目前已用于工程设计的湍流状态下传热系数准数关联式和流动阻力准数关联式。钱颂文等对三种纵流式管束支撑结构进行了实验研究，证明采用变截面扭曲管、绕丝管和光管的混合管束自支撑结构，管程和壳程的传热同时得到强化。罗运禄等对五种支撑条件下气流纵向冲刷和一种弓形折流板支撑气流横向冲刷横纹槽管束的流动和传热性能进行了实验研究，发现横纹槽管束的最佳支撑结构为空心环或弹性波形薄片。曾舟华等对各种异形孔板与弓形折流板进行了对比实验研究，得到了相对于弓形折流板的最佳孔板形式。近年来，激光多谱勒测速仪L（Dv）粒子图像测速仪（Plv）等先进实验和测试仪器在流体力学学科的深入应用，为换热器实验研究提供了强有力的实验手段，极大地提高了换热器的实验测试能力，进一步推动了换热器实验研究向着

高精度、高效率和数控化方向发展。实验研究固然有其优点，但实验研究周期长、实验过程费用较高，受多方面因素限制，实验模型经过简化后，与工程应用中换热器原型尺寸和结构差别往往较大，难以完全相似，不可避免地存在着原始缺陷与误差，难以进行放大设计和优化设计，且测量误差的存在对测量仪器及测量人员的测量经验都有较高的要求。因此随着换热器向着大型化、高参数化不断发展，单纯依靠实验研究方式已不能很好地适应换热器的研究和开发需要。除实验方法之外，人们越来越认识到寻求一种节省投资、减少浪费且方便可行的研究和开发方式对于进一步深入研究换热器的重要性。基于一定实验数据的数值模拟是获得复杂物理问题详细解的一种节约投资、减少浪费、方便可行的途径[8,9,10]。

Solidworks是基于Windows平台的三维实体特征建模软件系统，是微机版参数化特征造型软件的新秀，利用了多种流行技术，如草图生成器与面向对象技术，且系统具有可扩展性和集成能力，采用Parasolid作为几何平台和DCM作为约束管理模块，底层功能得到了专业机构的支持，技术相对成熟，具有很强的稳定性。采用特征树和装配树来直观管理产品的设计过程，有严密的几何和尺寸约束关系，清除区分欠约束和全约束，零件、装配图和二维图全程共享关联性约束，它的设计数据100%可以编辑，尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改；Solidworks具有特征管理器，复杂零部件的细节和局部设计安排条理清晰明了，操作简单；Solidworks的全相关技术使得零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步；Solidworks

能自动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复杂的船体曲面和各种曲面零件；Solidworks既可以先设计立体的饭金零件也可以按零件的平面展开图进行设计。由于以上特点，Solidworks已成为目前微机平台上的主流三维机械设计软件。

2．换热系数的计算方法：使用flow simulation来测定逆流式热交换器的效率，并观察里面的温度和流体模式。通过流体和温度样式，可以使用flow simulation来直接决定热交换器效率。设计师能借此理解整个物理过程的情况下改善他们的设计。最方便了解热交换器性能的方法就是两侧从高温流体到另一低温流体的过程中，转移了多少热“效率”。如果在所有流体的初始温度是已知的，那么效率就可以决定。因此，只要指定入口温度，就可以很容易的得到出口温度[11]。

1.3研究内容、目的及意义

本课题要利用计算流体力学软件，通过对管壳式换热器内流体流动和换热进行数值模拟，计算出换热器内的流动和换热系数的大小。具体的任务如下：

1．选择套管式换热器进行性能研究，对它们的物理意义和应用范围进

行研究，从中选出适用于供热系统中换热器的评价参数。

2．应用SolidWorks软件对换热器主要部分进行三维建模，再利用转配过程组成一个完整的套管式换热器。

3．通过研究模拟得到的可视化速度场、温度场、压力场，可以清楚地看到壳侧流体复杂的运动和换热，分析比较不同的折流板结构下壳侧流体的流动和换热情况。

4．对套管式换热器的热效率进行优化。

第2章建模仿真方法

2.1三维建模

建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究系统的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。图描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。可以通过对系统本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模；也可以通过对系统的实验或统计数据的处理,并根据关于系统的已有的知识和经验来建模。还可以同时使用几种方法。

系统建模主要用于三个方面。

1．分析和设计实际系统。例如工程界在分析设计一个新系统时，通常先进行数学仿真和物理仿真实验，最后再到现场作实物实验。数学仿真比物理仿真简单、易行。用数学仿真来分析和设计一个实际系统时，必须有一个描述系统特征的模型。对于许多复杂的工业控制过程，建模往往是最关键和最困难的任务。对社会和经济系统的定性或定量研究也是从建模着手的。例如在人口控制论中，建立各种类型的人口模型，改变模型中的某些参量，可以分析研究人口政策对于人口发展的影响。

2．预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势。预测或预报基于事物发展过程的连贯性。例如根据以往的测量数据建立气象变化的数学模型，用于预报未来的气象。

3．对系统实行最优控制。运用控制理论设计控制器或最优控制律的关键或前提是有一个能表征系统特征的数学模型。在建模的基础上，再根据极大值原理、动态规划、反馈、解耦、极点配置、自组织、自适应和智能控制等方法，设计各种各样的控制器或控制律[12]。

系统建模主要用于3个方面对于同一个实际系统，人们可以根据不同的用途和目的建立不同的模型。但建立的任何模型都只是实际系统原型的简化，因为既不可能也没必要把实际系统的所有细节都列举出来。如果在简化模型中能保留系统原型的一些本质特征，那么就可认为模型与系统原型是相似的，是可以用来描述原系统的。因此，实际建模时，必须在模型的简化与分析结果的准确性之间作出适当的折衷，这常是建模遵循的一条原则。现在应用建模和模拟的软件有很多，应用比较多的有CAD、CAE软件。

计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量

的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量[13]。

AutoCAD是由美国Autodesk欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet 驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善[14]。

CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，得到的是近似的数值解，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。

2.2SolidWorks 软件简介

2.2.1系统简介

动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复杂的船体曲面和各种曲面零件；Solidworks既可以先设计立体的饭金零件也可以按零件的平面展开图进行设计。由于以上特点，Solidworks已成为目前微机平台上的主流三维机械设计软件[14,15]。

2.2.2系统要求

运行SolidWorks 产品的系统硬件和操作系统要求。所支持的Microsoft Windows? 操作系统如表2-1，对操作系统的要求如表2-2，SNL（SolidWorks 网络许可证）服务器要求如表2-3[16]。

表2-1SolidWorks所支持的操作系统

SolidWorks2008 SolidWorks2009 SolidWorks2010 Windows7 32位否否是Windows7 64位否否是Vista32位是是是

Vista64位是是是

XP Professional 是是是

表2-2 SolidWorks对系统的要求

内存●最小：1 GB 内存

●推荐：2 GB 内存

●超大模型：当系统资源超过32 位操作系统体系结构使用的2 GB 内

存限制时，应使用具有6 GB 或更大内存的X64 处理器和操作系统。

视频●经过认证的OpenGL 工作站图形卡和驱动程序。

要查看经过测试和认证的图形卡及驱动程序组合列表，请访问图形卡和系统网站。

CPU ●Intel? 或AMD? 处理器

●基于Apple Macintosh? 的计算机支持eDrawings?

其他●鼠标或其他定点设备

●DVD 驱动器

●Microsoft Excel 2002、2003 或2007 ●Internet Explorer 6.x 或更高版本

●Adobe Acrobat 7.0.7 或更高版本

网络●SolidWorks 只是在Microsoft 的Windows Networking 和Active

Directory 网络环境中进行了测试

表2-3 SNL服务器列表

●需要有USB 或并行端口（SolidWorks 2010 以前的版本）

●SNL 不支持虚拟服务器

●Microsoft Windows XP Professional、Windows Server 2008? 或Windows

Server 2003?（推荐）

●DVD 驱动器或支持Internet 的网络连接

2.3Solidworks软件建模

SolidWork的建模思路是由草图到特征再由特征到实体，或者说是从2D 到3D。草图是由点、直线、圆弧等基本几何元素构成的封闭的或不封闭的几何形状。草图中包括形状、几何关系和尺寸标注三方面信息。草图分为2D和3D两种。大部分SolidWorks的特征都是由2D草图绘制开始。草图是三维设计的基础，必须十分熟练的掌握。基准面在草图的绘制及特征的生成过程都是至关重要的。所有草图都应建立在基准面之上，SolidWorks 默认的3个基准面为前视、上视及右视。

SolidWorks是基于特征的实体造型软件。“基于特征”这个术语的意思是：零件模型的构造是由各种特征来生成的，零件的设计过程就是特征的累积过程。所谓特征是指可以用参数驱动的实体模型。通常，特征应满足如下条件：

1．特征必须是一个实体或零件中的具体构成之一。

2．特征能对应于某一形状。

3．特征应该具有工程上的意义。

4．特征的性质是可以预料的。

改变与特征相关的形状与位置的定义，可以改变与模型相关的那些形状关系。对于某个特征既可以将其与某个已有的零件相联结，也可以把它从某个已有的零件中删除，还可以与其他多个特征共同组合创建新实体[17]。

SolidWorks按创建顺序将构成零件的特征分为基本特征和构造特征两类。最先建立的那个特征就是基本特征，它常常是构成零件最重要的特征。在建立好基本特征后，才能建其他各种特征，基本特征之外的这些特征统称为构造特征。另外，按照特征生成方法的不同，又可以将构成零件的特征分为草绘特征和放置特征。草绘特征是指在特征的创建过程中，设计者必须通过草绘特征截面才能生成的特征。创建草绘特征是零件建模过程中的主要工作。放置特征是系统内部定义好的一些参数化特征。创建过程中，设计者只要按照系统的提示，设定各种参数即可。

一个零件的建模过程，实际上就是许多个简单特征相互之间叠加、切割或相交的操作过程。而特征的建立又是在草图的基础上通过拉伸、旋转、扫描放样等特征实现，因此一个零件的实体零件建模的基本过程可以由以

下如下几个步骤组成：

1．选择基本面基本面是实体建模的第一步，一切草图及实体都是通过面来确定或约束的。建模前可以选择系统定义的前视、上视及右视三个基准面，也可以通过特征工具栏中的“参考几何体”选项的下拉选项“基准面”对原有基准面进行平移、旋转等操作来自定义基准面。

2．绘制草图，给草图定义参数。绘制草图一般所用的工具如表2-4。

表 2-4草图说明

图标说明图标说明

直线中心线绘制直线或中心线

圆

周边圆

绘制圆，选择圆心然

后拖动来设定其半径

样条曲线绘制样条曲线，单击

来添加用来形成曲线

的样条曲线点

边角矩形

中心矩形

3点边角矩形

3点中心矩形

平行四边形

绘制一个矩形

圆心/起/终点画弧

切线弧

3点圆弧绘制中心点圆弧。设

定中心点。拖动来放

置圆弧起点，然后设

定其长度和方向

椭圆

部分椭圆

抛物线

绘制一个完整椭圆。

选择椭圆中心，然后

拖动来设定主轴和次

轴

绘制圆角绘制倒角在交叉点切圆两个草

图实体之角，从而生

成切线弧

剪裁实体

剪裁或延伸一草图实

体以使之与另一实体

重合，或删除一草图

实体

等距实体通过以一指定距离等

局面、边线、曲线或

草图实体来添加草图

实体

镜向实体

沿中心线镜像所选实

体

线性草图阵列添加草图实体的线性

阵列智能尺寸

为一个或多个所选实

体定义尺寸

3．在草图的基础上生成草图特征或直接生成放置特征。生成特征的基本工具：见表2-5。

表2-5特征说明

图标说明图标说明

拉伸凸台/基体以一个或两个方向拉伸

一草图或绘制的草图轮旋转凸台/

绕轴心旋转一草图或

所选草图轮廓来生成

廓来生成一实体基体一实体特征

扫描沿开环或闭合路径通过

扫描闭合轮廓来生成实

体特征

放样凸台/

基体

在两个或多个轮廓之

间添加材质来生成实

体特征

拉伸切除以一个或两个方向拉伸

所绘制的轮廓来切除一

实体模型

旋转切除

通过绕轴心旋转的轮

廓来切除实体模型

圆角倒角沿实体或曲面特征中的

一条或多条边线来生成

圆形内部或外部面

线性阵列

以一个或两个线性方

面阵列特征、面、实体

筋给实体添加薄壁支撑拔模使用中性面或分型线按所指定的角度削尖模型面

抽壳从实体移除材料来生成

一薄壁特征参考几何体

参考几何体指令

这样一个零件就建模完毕，选择“保存”，保存好零件，零件的扩展名为“SLDPRT”[18]。

2.4模拟仿真

在SolidWorks三维建模软件中有对流体进行数值模拟的插件Flow Simulation。Flow Simulation是一个建构在超过55年流体研究基础的全新学理，特别适合不具有流体仿真专业背景的工程师。它排除了过程中的推测，对于陈述目标只要求最少的信息，然后银铃用户一步步的进行分析，得到可信赖的工程答案。

Flow Simulation适用的是流体力学及传热学上完整的控制方程，并不是一组简单或者低精度的方程，这导致其应用时广泛的。例如，电子装置（计算机、影音设备等）设计师，可通过他们来设计传品的对流和传导仿真，意检验冷却效果是否效率。陆海空等方面的交通工具设计师，则可借助分析诸如刹车系统、引擎冷却封套、机翼周围或通过火箭喷嘴的流体，或是沉浸在液体中的物体状态等，以令其达到嘴角效率，得到最大的成本。水力或空气力学系统的制造商更可通过它来仔细观察流体分布于压力降，进而改善他们的设计。HA VC冷暖空调设备制造商则可以通过输水管的流体和热交换器分析，用来决定输水管位置的流体与温度分布状况等，以让产品效能优化。化工制程或油品工业可以通过气门或混合管的流体分析来更加了解设计成果[19]。

第3章换热器的建模

3.1换热器模型的建立

3.1.1模型的简化

实际上，工程问题往往是非常复杂的，形状各异，支承边界形式繁多，而且复杂的计算模型虽然具有较高的准确性，但会相应地增加前处理、数据准备工作和计算机的运算时间，使计算效率大大降低，因此就要求在建立计算模型过程中，作种种必要的简化。然而这种简化的结果，使得计算模型只能近似地反映工程实际问题，或者说计算模型在不同程度上都具有一定的近似性。一般来说这种计算模型模拟工程实际问题所带来的误差(即离散误差)要比有限单元法本身的计算误差大得多。所以，结构有限单元法分析结果的准确性主要是取决于计算模型的准确性，在简化计算模型时，首要的是考虑保证计算模型的准确性，其次适当兼顾其经济性[20,21]。

3.1.2建模方案

本论文中主要研究的是套管式换热器的SolidWorks flow simulation 分析，所以此次建模主要实体模型是套管式换热器。见图3-1。

图3-1 换热器模型

3.1.3换热器主要零件模型的建立

启动SolidWorks 2009软件，打开界面后点击【文件】，选择【零件】后确定。选择前视基准面为作图基准面，单击【草图绘制图标】，绘制2个圆，再单击【智能尺寸】，把圆的直径分别设置为100和120。如图3-2。

图3-2 换热器中心管体

再单击特征中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中方向1下的【D1】设置为720，如图，单击设计树中的【前视基准面】，再点击【插入】里的【参考集合体】的【基准面】，在弹出的对话框中的【长度】后面输入100，单击确定，于是【基准面1】得以确立，选择【基准面1】使其正式于，单击【草图】中的【圆】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为120和240，再单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中的D1后面输入10，单击确定，得到图3-3。

图3-3 换热器中心管体和壁面

选择设计树中的【前视基准面】，在此基础上选择【插入】里的【参考集合体】的【基准面】在弹出的对话框中的【长度】后面输入110，单击确定，于是【基准面2】得以确立，选择【基准面2】使其正视于，单击【草图】中的【圆】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为240和220，再单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框

中的D1后面输入500，单击确定

选择设计树中的【前视基准面】，在此基础上选择【插入】里的【参考集合体】的【基准面】。在弹出的对话框中的【长度】后面输入610，单击确定，于是【基准面3】得以确立，选择【基准面3】使其正视于，单击【草图】中的圆【】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为240和120，再单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中的D1后面输入10，单击确定，得到图3-4。

图3-4 换热器主要换热部分

现在换热器的进气管的主体部分就完成了。接下来建模进水管路的部分。选择设计树中的【上视基准面】，在此基础上选择【插入】里的【参考集合体】的【基准面】在弹出的对话框中的后面输入240，单击确定，于是【基准面4】得以确立。

选择【基准面4】使其正视于，单击【草图】中的【圆】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为100和120，建立直径分别为100和120的2个圆，再用【智能尺寸】单击圆心和外管侧壁1，输入80。再以同样的方法确定2个100和120直径并以外管侧壁2的距离为80。单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中方向1后输入0.001，方向2后输入160，得到图3-5。

然后把流水管贯穿，选择【基准面4】使其正视于，单击【草图】中的的【圆】，以刚才2个圆心继续画圆，直径都设置为100，单击【添加几何约束】将2个圆也前面的4个添加【同心】约束。选择【特征】中的【拉伸切除】在【给定深度】下的【D1】输入160，此刻通气管部分就连通了，再把管体中突出的部分切除。

板式换热器的换热计算方法Word版

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。

如何提高板式换热器传热效率

如何提高板式换热器传热效率很多人对智能换热设备不是很了解，其实智能换热设备的功能是非常大的，传热效率也非常高，尤其是在冬季，它的作用就越发的明显。下面艾瑞德板式换热器有限公司就来说一下如何进一步提高智能换热设备的传热效率。第一，选用热导率高的板片。板片的材质可选择不锈钢、钛合金、铜合金等等；第二，提高板片的表面传热系数。由于智能换热设备的波纹能使流体在较小的流速下产生瑞流，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关；艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHE GASKET）、换热器板片(PHE PLATE)并提供板式换热器维护服务（PHE MAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。 ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。

换热器计算

换热器计算的设计型和操作型问题--传热过程计算与换热器日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：椴木杉热度： 944 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。一、设计型计算设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。表5-2 设计型计算的计算步骤

体进出口温度计算参数P 、R ； 4．由计算的P 、R 值以及流动排布型式，由j-P 、R 曲线确定温度修正系数j ；5．由热量衡算方程计算传热速率Q ，由端部温度计算逆流时的对数平均温差Δtm ； 6．由传热速率方程计算传热面积。体进出口温度计算参数e 、CR ； 4．由计算的e 、 CR 值确定NTU 。由选定的流动排布型式查取 e-NTU 算图。可能需由e-NTU 关系反复计算 NTU ；5．计算所需的传热面积。例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为 kg/s ，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。解（1）对数平均温差法由热量衡算方程，换热器的传热速率为苯与冷却水之间的平均传热温差为由传热速率方程，换热器的传热面积为 A = Q/KΔt m = = m 3 （2）传热效率-传热单元数法苯侧 (m C ph ) = *1900 = 2375 W/℃ 冷却水侧 (m c C pc ) =(m h C ph )(t h1-t h2)/(t c1-t c2) =2375*(80-30)/(50-20)= W/℃ 因此， (m C p )min=(m h C ph )=2375 W/℃ 由式（5-29），可得

板式换热器计算程序说明

上海化工机械二厂板式换热器计算程序V6.0使用说明一、概述 1、板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备。它具有传热效率高，阻力损失小，结构紧凑，拆装方便，操作灵活等优点。目前广泛应用于冶金、机械、电力、石油、化工、制药、纺织、造纸、食品、城镇小区集中供热等各个行业和领域。 2、在以往工程设计中，板式换热器设计计算均采用手算，方法有以下两种： ⑴简易算法：假定理论传热系数，求出换热面积，选定厂家及换热器型号，计算板间流速，通过厂家样本提供的传热特性曲线及流阻特性曲线，查出实际传热系数及流阻，经过反复校核得出满足工艺条件的结果，最终确定换热器型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算简单，步骤少，时间短；缺点是结果不准确。造成结果不准确的原因主要是样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线是一定工况条件下的曲线，而设计工况可能与之不符。 ⑵标准算法：选定厂家，根据角孔流速确定换热器型号，从手册查出在设计工况下冷、热介质的各种物理参数，根据厂家样本提供的传热经验公式及流阻经验公式进行热工计算，求出传热系数及流阻，经过反复校核得出满足工艺条件的结果，最终确定换热器型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算结果准确；缺点是计算复杂，步骤多，时间长。 3、利用计算机进行板式换热器设计计算，充分发挥了计算机运算速度快的特长，一个计算在微机上几秒钟内就能完成，且结果的准确性是手算难以达到的。另一个主要特点是程序中存贮了计算所需的不同水温时水的各种物理参数及板式换热器定型设备的所有参数，设计人员在计算机上进行计算时只需输入工艺条件（如水量、水温、流阻等）就能马上得出计算结果，这为设计人员提供了极大的方便。计算人员还可以输入不同的工艺条件（如水量、水温相同，流阻不同等）得出不同的计算结果，或更换换热器型号以得出不同的计算结果，通过对结果的比较、优化，最终选定既经济合理又性能可靠的板式换热器。二、编制依据《板式换热器的设计计算》张治川著；《热交换器设计手册》〔日〕尾花英朗著；《换热器》邱树林、钱滨江著；《换热设备的污垢与对策》杨善让、徐志明著；《换热器设计手册》钱颂文主编；三、应用范围程序仅用于计算上海化工机械二厂生产的板式换热器。四、使用方法 1、打开显示器、打印机、计算机主机电源开关，操作系统应为WIN98或更高版本，文字处理采用OFFICE97或更高版本，打印纸选择A4 2、将带有板式换热器计算程序的安装盘插入光盘驱动器，执行安装命令SETUP.EXE，按屏幕提示进行。若复制文件发生访问冲突时，选择“忽略”，直至安装完毕。 3、单击“开始”按钮，执行“程序”菜单中的“板式换热器计算程序”，开始运算。整个运算过程全部采用人机对话，操作者只需按照屏幕的提示进行操作即可得到满意的计算结果。

板式换热器换热系数或传热系数

板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。尽管其发展已有近百年历史,且在国民经济的少数部门(如食品、制药)有着比较广泛的应用,但是由于耐温、耐压、耐腐蚀能力而制约其在各个部门的全面推广和应用。进入80年代以来,由于制造技术、垫片材料的不断进步以及传热理论的不断完善,板式换热器的应用越来越受到工业生产部门的重视。要确定一项强化传热新技术是否先进,必须对其进行评价。但在实际的使用中,出现了多种评价强化传热的方法与评价指标。有人主张采用换热量Q与消耗的泵(或风机)的功率N的比值,即能量系数作为评价指标,类似的也广泛采用K/ΔP以及无因次化的Nu/ζ来进行评价,为了更准确地反映强化传热的性能,进一步也可以使用K/ΔP1/3及Nu/ζ1/3作为指标。随着传热技术的发展,换热器日益向体积小、重量轻的方向发展,同时在提高效率的前提下,要求操作费用降低。在综合分析的基础上,提出了一套较为完整的性能评价数据,即维持输送功率、传热面积、传热负荷3因素中的两因素不变,比较第3因素的大小以评定传热性能的好坏。这些评价都只是分析换热器的能量在数量上转换、传递、利用和损失的情况,即以热力学第一定律为基础。为了更准确地反映热量交换过程能量在质量上的损失,在理论研究中也提出了许多基于热力学第二定律的评价方法,即分析换热器中火用的转换、传递、利用和损失的情况。而进行技术推广应用时,还应考虑采用强化换热技术后管子等价格的增加和运行费用的变化,运用经济核算的方法进行评价,即热经济学的评价方法。而在实际的使用过程中,进行强化传热新技术、新方法的研究更多采用简单易用的单一参数K,ΔP以及单一参数组合而成的K/ΔP,K/ΔP1/3来进行评价[9～11]。而基于热力学第二定律的方法在设计过程中可用来判断换热器的性能,作为进一步改善的依据,但在工程上缺乏实用性。 a.提高板片的表面传热系数由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流( 雷诺数一1 5 0时 )，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，波纹断面形状为三角形 ( 正弦形表面传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难…) 的人字形板片具有较高的表面传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，表面传热系数越大。 b.减小污垢层热阻减小换热器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为1mm时，传热系数降低约10％。因此，必须注意监测换热器冷热两侧的水质，防止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。有些供热单位为防止盗水及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意水质和黏性药剂引起杂物沾污换热器板片。如果水中有黏性杂物，应采用专用过滤器进行处理。选用药剂时，宜选择无黏性的药剂。 c.选用热导率高的板片板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、铜合金等。不锈钢的导热性能好，热导率约14.4W／( m·K)，强度高，冲压性能好，不易被氧化，价格比钛合金和铜合金低，供热工程中使用最多，但其耐氯离子腐蚀的能力差。 d.减小板片厚度换热器板片的设计厚度与其耐腐蚀性能无关，与换热器的承压能力有关。板片加厚，能提高换热器的承压能力。采用人字形板片组合时，相邻板片互相倒置，波纹相互接触，形成了密度大、分布均匀的支点，板片角孑L及边缘密封结构已逐步完善，使换热器具有很好的承压能力。国产可拆式板式换热器最大承压能力已达到了2.5M P a 。板片厚度对传热系数影响很大，厚度减小 0.1mm，对称型板式换热器的总传热系数约增加 6 0 0W／( m ·K)，

换热器节能设计分析

换热器节能设计分析【摘要】换热器中采用节能技术不仅能提高能源利用率，减少金属材料的消耗，而且对推进石油、化工、制药等行业的节能减排工作有着积极意义。介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法，分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。【关键词】换热器节能强化传热 1 管壳式换热器的传热原理根据传热学基本公式：Q=KF△tm，由上式可知，提高传热效率的途径有三条：提高传热系数K；增大换热面积F；加大对数平均温差△tm。增大换热面积和加大对数平均温差都不是理想的途径，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和投资费用的大幅度增加，而加大对数平均温差又要受到公用工程条件和分离物系性质的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。传热系数K是换热器的主要性能参数，众所周知其计算公式为：传热系数K值的大小与管内换热系数ai、管外换热系数ao、管内和管外的污垢系数ri和ro、换热管的外径与内径之比do/di、换热管材料的热导率λw以及管厚度δw有关。而换热管的材料、规格一旦选定，则管外径与内径之比、壁厚及导热系数等参数也随之确定下来。所以，提高管内、外换热系数ai和ao、降低污垢系数ri和ro，才能够提高换热器的总传热系数K。 2 管壳式换热器强化传热方法由传热机理可以看出，提高换热器的传热效率就要想办法提高管内、外换热系数、降低管内、外污垢系数。管壳式换热器的强化传热研究经过多年发展，目前已经取得了许多广泛使用的成果。以下从管程强化与壳程强化两个方面分析管壳式换热器强化传热方法。 2.1 管程强化 2.1.1 传热管的改进采用了低肋管、螺纹管、波纹管等代替常用换热器的普通光滑管，不仅增加换热面积，而且利用粗糙传热面强化边界层湍流度提高传热系数，从而使管程强化传热有了较大的突破。低肋管是开发较早的换热管之一，主要应用于强化沸腾传热，不仅其换热系数较高，而且能有效地扩大传热面积，光滑管的传热面积只是低肋管的38%。但是低肋管也有其自身的弱点：在低热流率下，换热管的传热性能在上、下两部分相差比较大，上部优于下部，不过随着热流率增加差距会逐渐减少，此外该管型带来的流动阻力会比较大。螺纹管是一种由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管，适用于强化对流、冷凝传热。从内、外螺纹管与光滑

提高换热效率的方法

提高换热效率的方法随着板式换热器技术日益成熟，其传热效率高，体积小，重量轻，污垢系数低，拆卸方便，板片品种多，适用范围广，在供热行业得到了广泛应用。同时，提高板式换热器的效能是一个综合经济效益问题，应通过技术经济比较后确定。提高换热器的传热效率和降低换热器的阻力应同时考虑，而且应合理选用板片材质和橡胶密封垫材质及安装方法，保证设备安全运行，延长设备使用寿命。 1、提高传热效率板式换热器是间壁传热式换热器，冷热流体通过换热器板片传热，流体与板片直接接触，传热方式为热传导和对流传热。提高板式换热器传热效率的关键是提高传热系数和对数平均温差。 ①提高换热器传热系数只有同时提高板片冷热两侧的表面传热系数，减小污垢层热阻，选用热导率高的板片，减小板片的厚度，才能有效提高换热器的传热系数。 a．提高板片的表面传热系数由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流(雷诺数一150时)，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，波纹断面形状为三角形(正弦形表面传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难的人字形板片具有较高的表面传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，表面传热系数越大。 b．减小污垢层热阻减小换热器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为1 mm 时，传热系数降低约10%。因此，必须注意监测换热器冷热两侧的水质，防止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。有些供热单位为防止盗水及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意水质和黏性药剂引起杂物沾污换热器板片。如果水中有黏性杂物，应采用专用过滤器进行处理。选用药剂时，宜选择无黏性的药剂。 c．选用热导率高的板片

(完整word版)换热器设计计算

换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)，管子内径di (m)，热水温度 t ℃，油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃，热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。

表1 油水物性参数表水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算

4-4-传热过程计算

知识点4－4 传热过程计算【学习指导】 1．学习目的通过本知识点的学习，掌握换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算。在传热计算的两种方法中，重点掌握平均温度差法，了解传热单元数法及应用场合。 2．本知识点的重点换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。 3．本知识点的难点传热单元数法。 4．应完成的习题 4-4 在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φ25×2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 4-5 在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30000kg/h，其温度由22℃升高到36℃。溶液温度由115℃降至55℃。若换热器清洗后，在冷、热流体量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，αi、αo分别相同；

（3）忽略壁面热阻和热损失。 4-6 在套管换热器中用水冷却油，油和水呈并流流动。已知油的进、出口温度分别为140℃和90℃，冷却水的进、出口温度分别为20℃和32℃。现因工艺条件变动，要求油的出口温度降至70℃，而油和水的流量、进口的温度均不变。若原换热器的管长为1m，试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。 4-7 冷、热流体在一管壳式换热器中呈并流流动，其初温分别为32℃和130℃，终温分别为48℃和65℃。若维持冷、热流体的初温和流量不变，而将流动改为逆流，试求此时平均温度差及冷、热流体的终温。设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内冷、热流体的比热容为常数。 4-8 在一管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1℃，气化潜热为394kJ/kg。冷却水的入口温度为20℃，流量为35000kg/h，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。 4-9 在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机物。冷却水的流量为28000kg/h，其温度由25℃升至38℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机物的温度由110℃降至65℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机物的处理量。 4-10 某生产过程中需用冷却水将油从105℃冷却至70℃。已知油的流量为6000kg/h，水的初温为22℃，流量为2000kg/h。现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求：（1）两流体呈逆流流动；（2）两流体呈并流流动。设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m2·℃)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。

板式换热器效率提升方法

板式换热器是一种间壁传热式换热器，它是通过换热器板片来传热的，在它的冷流体和板片接触的时候，通过热传导或者对流传热的方式。此外，提高传热系数和对数平均温差能够有效的提高了板式换热器传热的效率。板式换热器 1、提高换热器传热系数只有同时提高板片冷热两侧的表面热系数，减小垢层热阻，选用热导率高的板片，减小板片的厚度，才能有效提高换热器的传热系数。（1）提高板片的表面传热系数（2）减小污垢层热阻（3）减小板片厚度 2、提高对数平均温差板式换热器流型有逆流、顺流和混合流型。在相同工况下，逆流时对数平均温差最大，顺流时最小，混合流型介于二者之间。艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式

板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。 ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚 /Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。

盘管换热器相关计算

创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 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：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 0.4 f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1） 0.4 f 8.0f f 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 f f i λ?= =143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1） l Nu h f f 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/kg β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 w Pr t g l 525.0Nu ? ??? ????=να=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1） 25 .023w w Pr 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 d Nu m λ α= =18.48755*0.635/0.014=838.5422 （d1） d Nu m λ α= =23.47504*0.635/0.014=677.5749 （d2）其中λ为0.635w/(m. ℃) .传热系数U λ δ++=o i h 1h 1U 1=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 （d1） λ δ++=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 ·℃ 创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克*

板式换热器选型计算(DOC)

板式换热器选型计算板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备，它具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、拆装方便、操作灵活等优点，目前广泛应用于冶金、机械、电力、石油、化工、制药、纺织、造纸、食品、城镇小区集中供热等各个行业和领域，因此掌握板式换热器的选型计算对每个工程设计人员都是非常重要的。目前板式换热器的选型计算一般分为手工简易算法、手工标准算法及计算机算法三种，以下就三种算法的特点进行简要的说明。一、手工简易算法计算公式：F=Wq/(K*△T) 式中 F —换热面积m2 Wq—换热量W K —传热系数W/m2·℃ △T—平均对数温差℃ 根据选定换热系统的有关参数，计算换热量、平均对数温差，设定传热系数，求出换热面积。选定厂家及换热器型号，计算板间流速，通过厂家样本提供的传热特性曲线及流阻特性曲线，查出实际传热系数及压降。若实际传热系数小于设

定传热系数，则应降低设定传热系数，重新计算。若实际传热系数大于设定传热系数，而实际压降大于设定压降，则应进一步降低设定传热系数，增大换热面积，重新计算。经过反复校核，直到计算结果满足换热系统的要求，最终确定换热器型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算简单，步骤少，时间短；缺点是结果不准确，应用范围窄。造成结果不准确的原因主要是样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线是一定工况条件下的曲线，而设计工况可能与之不符。此外样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线仅为水―水换热系统，在使用中有很大的局限性。以下给出佛山显像管厂总装厂房低温冷却水及40℃热水两套换热系统实例加以说明采用手工简易算法得出的计算结果与实测结果的差别：BR35 F=36m2北京市华都换热设备厂低温冷却水系统工艺水冷冻水流量 m3/ h 进水温度 ℃ 出水温度 ℃ 压降 M Pa 流量 m3/ h 进水温度 ℃ 出水温度 ℃ 压降 M Pa 计算结果5928170.01306110.0 实测结果 6322170.021722

换热器的传热计算

换热器的传热计算换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热面积；另一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器，核算其传热量、流体的流量或温度。这两种计算均以热量衡算和总传热速率方程为基础。换热器热负荷Q 值一般由工艺包提供，也可以由所需工艺要求求得。Q=W c p Δt ，若流体有相变，Q=c p r 。热负荷确定后，可由总传热速率方程（Q=K S Δt ）求得换热面积，最后根据《化工设备标准系列》确定换热器的选型。其中总传热系数K= 0011 h Rs kd bd d d Rs d h d o m i i i i ++++ （1）在实际计算中，总传热系数通常采用推荐值，这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的，可以从有关手册中查得。在选用这些推荐值时，应注意以下几点： 1. 设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致。 2. 设计中流体的性质（粘度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和状态相一致。 3. 设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致。 4. 总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。若需降低设备费可选取较大的K 值；若需降低操作费用可取较小的K 值。 5. 为保证较好的换热效果，设计中一般流体采用逆流换热，若采用错流或折流换热时，可通过安德伍德（Underwood ）和鲍曼（Bowman ）图算法对Δt 进行修正。虽然这些推荐值给设计带来了很大便利，但是某些情况下，所选K 值与实际值出入很大，为避免盲目烦琐的试差计算，可根据式（1）对K 值估算。式（1）可分为三部分，对流传热热阻、污垢热阻和管壁导热热阻，其中污垢热阻和管壁导热热阻可查相关手册求得。由此，K 值估算最关键的部分就是对流传热系数h 的估算。

换热器选型详解

换热器选型详解各种类型的换热器作为工艺过程必不可少的设备，如何根据不同的工艺生产流程和生产规模，设计出投资省、能耗低、传热效率高、维修方便的换热器是一项非常重要的工作。换热器分类按工艺功能分类冷却器、加热器、再沸器、冷凝器、蒸发器、过热器、废热锅炉等。按传热方式和结构分类间壁传递热量式和直接接触传递热量式，其中间壁传热式又分为管壳式、板式、管式、液膜式等其他形式的换热器。从工艺功能选择换热器冷却器间壁式冷却器 ☆当传热量大时，可以选择传热面积和传热系数较大的板式换热器比较经济，但是板式换热器的使用温度一般不大于150℃，压降较大。 ☆对于压降和温度压力较高的情况，选用管壳式换热器较为合理。

☆板翅式换热器由于翅片的作用，适用于气体物料的冷却，其使用温度一般也小于150℃。 ☆空冷器适用于高温高压的工艺条件，其热物流出口温度要求比设计温度高15~20℃。直接接触式冷却器 ☆适用于需要急速降低工艺物料的温度、伴随有吸收或除尘的工艺物料的冷却、大量热水的冷却和大量水蒸气的冷凝冷却等工况。加热器高温情况:当温度要求高达500℃以上时可选用蓄热式或直接火电加热等方式。中温情况:对于150~300℃工况一般采用有机载热体作为加热介质。分为液相和气相两种。低温情况:当温度小于150℃时首先考虑选用管壳式换热器，只有工艺物料的特性或者工艺条件特殊时，才考虑其他形式，例如热敏性物料加热多采用降膜式或波纹板式换热器。再沸器

图1 四种再沸器类型多采用管壳式换热器，分为强制循环式、热虹吸式和釜式再沸器三种。其设计温差一般选用20~50℃，单程蒸发率一般为10%~30%。

换热器换热效率计算

换热器介绍及热效率的简单计算一、换热器的基本概念换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。 2、换热器的分类螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器翅片管换热器管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器1、浮头式换热器特点 2、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。浮头式换热器的特点浮头式换热器的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，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。三种类型换热器简介螺旋板式板式交叉流换热器管壳式壳管式套管式)

蓄热式混合式间壁式板翅式管翅式管束式浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 3、固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200) 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。 4、翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204) 凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为“翅片管散热器”，也叫热管式换热器。翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。二、换热器的简单计算换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 (1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积

传热过程分析与换热器的热计算(杨世铭,陶文栓,传热学,第四版,答案)

第10章传热过程分析与换热器的热计算课堂讲解课后作业【10-3】一卧式冷凝器采用外径为25mm ，壁厚1.5mm 的黄铜管做成热表面。已知管外冷凝侧的平均传热系数 )/(700520K m W h ?=，管内水侧平均的表面传热系数)/(30042K m W h i ?=。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数 (1) 管子内外表面均是洁净的 (2) 管内为海水，流速大于1m/s ，结水垢，平均温度小于50℃，蒸汽侧有油。【解】【10-13】一台1-2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动，C t C t ?="?='502022，，流量为3kg/s ；热油入口温度为600C ，)/(3502K m W k ?=。试计算： (1) 油的流量； (2) 所传递的热量； (3) 所需的传热面积。【10-17】在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度100,=t ℃出口温度为 80,,=t ℃；管外流过冷水，进口温度20,2=t ℃，出口温度70,,2=t ℃；总换热量KW 350=Φ，共有53根内径为16mm 、壁厚为1mm 的管子。管壁导热系数()k m w */40=λ，管外流体的表面传热系数()k m w h */15000=，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的。试确定所需的管子长度。【解】计算管内平均换热系数。 ()908010021=+=f t ℃ ()()95.1Pr ,*/68.0,*/109.3146==?=-k m w s m Kg u λ ()()()28.4330/60ln 701002080=---=?m t ℃， ,38.8,2dL n A m A π== 本题中冷热流体总温差为43.3℃，管外冷流体侧占68﹪，管内侧约占32﹪，故不必考虑温差的修正。【10-22】欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出s kg q C t s kg q C t m m /0233.0,35,/0144.0,2002211=?='=?='。取总传热系数为2225.0),/(980m A K m W k =?=，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷却水出口温度及换热器的效能。【10-27】一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：360,1=t ℃，300,, 1=t ℃，

第五章传热过程分析和换热器计算

第九章传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。 9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ?=， 9－1 式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ?为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(?2m o C)。在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ?=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。由热表面的热平衡可知，表面的散热热流应等于其与环境流体之间的对流换热热流加上它与包围壁面之间的辐射换热热流，即r c Q Q Q +=,式中图9－1热表面冷却过程