换热器及换热原理共35页
换热器的工作原理及分类(动图演示)
换热器的工作原理及分类一、概述换热器(heatexchanger),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。
换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其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，应用广泛。
二、分类适用于不同介质、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)按传热原理分类1.间壁式换热器间壁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。
间壁式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
间壁式换热器是目前应用最为广泛的换热器。
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.直接接触式换热器又被称为混合式换热器，这种换热器是两种流体直接接触，彼此混合进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。
5.复式换热器兼有汽水面式间接换热及水水直接混流换热两种换热方式的设备。
同汽水面式间接换热相比，具有更高的换热效率；同汽水直接混合换热相比具有较高的稳定性及较低的机组噪音。
（二）按用途分类1.加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2.预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3.过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
4.蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
（三）按结构分类可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
换热器及换热原理
图示
持热管简介
必要性及设计原理
• 正确的热处理要求牛乳在杀菌温度下保持一定 的时间，这可以通过外设保持管来实现。 • 若已知流量和保持管的内管径，就可以计算出 符合保持时间的合适的管长。
设计原理
• 由于保持管里流速分布不均匀，某些牛乳 粒子的流速要比平均值大。为了确保流速 最快的粒子也能充分地巴氏杀菌，必须采 用一效率系数来校正。这个系数取决于保 持管的设计，通常取0.8～0.9 之间。
工作示意图
补充
焊接式的板式换热器
• • • • 多用于水汽换热，具有很高的集成度 高换热系数，体积小，薄型材料 不用密封圈，铜\镍或钎焊接不锈钢成紧凑直 角型的包状 易于安装，高换热效率，低成本 抗腐蚀性强，抗震，耐高温，高压
图示
总结
板式热交换器是一种新型、高效的节能热 交换设备，它具有换热效率高，结构紧凑， 重量轻，适应性强，热损失少，可拆卸， 可清洗，装拆和维修方便等特点，主要应 用于液液、液汽热交换，特别适用于各种 工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝 及食品消毒等方面.
公式解释
• • • • • p = 产品的密度 Cp = 产品的比热 △ t = 产品的温度变化 △ tm = 对数平均温差(LMTD) K = 总传热系数
单项分析
• 流量V，是由乳品厂的设计能力决定的。 • 产品密度p 由产品决定。比热cp也由产品 决定，比热值告诉我们将某种物质温度升 高1℃，需提供多少热量。
基础概念
层流：当流体以较小的流速流经管道时，流体成 平稳状态通过全管，流体的质点作平行运动，与 旁侧的流体并无宏观的混合，此流动形态称之为 层流。 湍流：当流体以较高流速流经管道时，流体成波 动状态，并形成旋涡向四周散开，与旁侧的流体 相混强，使流 体以对流方式传热，因而随着湍动程度的增 强传热的效果会更好，而层流使流体主要以 传导的方式进行传热。显而易见湍流状态下 的传热效果要比层流状态下的传热效果好。
换热器工作原理
换热器工作原理...
换热器是一种用于传递热量的设备，常见于各种热交换系统中。
它通过将热量从一个物质传递到另一个物质，以实现温度调节或能量回收等目的。
换热器工作的基本原理是通过两个流体之间的热传导和对流现象，实现热量的交换。
主要包括以下几个步骤：
1. 流体流动：换热器中包含两个流体通道，分别对应着热源流体和冷却流体。
这两个流体通过各自的管道或通道流动，通常是以对流的方式进行。
2. 热源流体的加热和冷却流体的冷却：当热源流体进入换热器时，它的温度高于冷却流体。
热源流体通过接触热交换界面，将一部分热量传递给冷却流体，自身被冷却。
同时，冷却流体则吸收了热源流体释放的热量，逐渐升温。
3. 界面传导和对流：换热器中的热交换界面是实现热量传递的关键。
界面一般由金属或其他导热性能较好的材料制成，以保证热量的有效传导。
此外，在界面上，由于两个流体之间存在温度差异，会形成对流运动，促进热量的传递。
4. 热量平衡：在换热过程中，热源流体和冷却流体的温度逐渐趋于平衡。
热量的传递效率取决于流体的流动速度、温度差异、热交换界面的设计等因素。
通过以上的工作原理，换热器能够实现热量的传递，使得热源
流体温度降低，冷却流体温度升高。
这样可以在工业、建筑和汽车等领域中，实现能量的回收利用、温度的控制调节等目标。
同时，根据具体应用的不同，换热器的结构和形式也有所不同，包括管壳式换热器、板式换热器、螺旋板换热器等。
暖气换热器工作原理
暖气换热器工作原理1.循环流动：暖气换热器通过循环泵将热水从锅炉或其他热源处抽取，然后通过管道输送到换热器内部。
换热器内部有一组密集排列的金属片或管道，使得水在其中流动，从而使热能可以顺利传递给空气。
2.辐射传热：暖气换热器内的金属片或管道被热水加热后，会向四周散发热能。
这种方式被称为辐射传热，通过辐射传热，暖气换热器可以将热能传递给周围的物体和空气。
3.对流传热：暖气换热器内的热水加热空气接触的同时，也会引起空气的对流运动。
当空气接触到热的金属片或管道时，会被加热并上升，然后向周围空间扩散。
同时，较冷的空气由于密度较大，会下沉并再次接触到金属片或管道，形成一个对流循环。
通过对流传热，暖气换热器可以将热能迅速传递给室内空气。
在这个过程中，暖气换热器起到一个传导热能的媒介的作用。
热水通过金属片或管道与室内空气进行热交换，从而使空气温度升高。
当空气吸收足够的热能后，它们会变得温暖，并被送到室内空间，起到供暖的作用。
1.温度调节：暖气换热器可以通过调整热源的温度来控制室内的供暖温度。
通过增加热源的温度，可以提高空气温度；通过降低热源的温度，可以使空气变得更凉爽。
2.热能损失：在热水从锅炉到换热器的过程中，由于管道的存在，会导致一定的热能损失。
此外，暖气换热器在传递热能时也会有一些热能的散失，进一步降低了热能的利用效率。
3.连通性：暖气换热器通常通过管道连接到一个统一的热源，如锅炉。
这种连通性使得多个暖气换热器可以同时工作，从而为整个室内空间提供供暖。
总体来说，暖气换热器通过循环泵将热水从热源传递到换热器内部，然后通过辐射和对流传热的方式将热能传递给室内空气。
这种工作原理使得暖气换热器成为一种常见的供暖设备，广泛应用于家庭和商业建筑中。
换热器的工作原理
换热器的工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，它在许多工业和家庭应用中起着至关重要的作用。
换热器的工作原理是通过热传导和对流来实现热量的传递和交换。
下面将详细介绍换热器的工作原理。
一、热传导热传导是指热量通过物质内部的分子碰撞传递的过程。
在换热器中，热量从高温区域传递到低温区域。
换热器通常由金属材料制成，如铜、铝或不锈钢，这些材料具有良好的热传导性能，能够有效地传递热量。
二、对流对流是指通过流体（如液体或气体）的流动来传递热量的过程。
在换热器中，热量通过流体的对流传递到另一侧。
换热器通常分为两个流体通道，分别为热源侧和冷却侧。
热源侧的流体通常是高温的，而冷却侧的流体通常是低温的。
热源侧的流体通过换热器时，会释放热量给冷却侧的流体，从而使两侧的温度差减小。
三、换热器的结构换热器通常由一系列平行的管道或片状结构组成。
这些管道或片状结构被称为换热面。
热源侧的流体通过换热面时，热量会通过热传导从流体传递到换热面上。
然后，冷却侧的流体通过换热面时，热量会通过对流从换热面传递给流体。
这样，热量就从热源侧传递到冷却侧，实现了热量的交换。
四、换热器的类型根据不同的应用需求，换热器可以分为多种类型。
以下是几种常见的换热器类型：1. 管壳式换热器：管壳式换热器由一个管束和一个外壳组成。
热源侧的流体通过管束，而冷却侧的流体通过外壳。
这种换热器适用于高温和高压的应用。
2. 板式换热器：板式换热器由一系列平行的金属板组成。
热源侧和冷却侧的流体分别通过板间隙，实现热量的传递。
板式换热器具有紧凑的结构和高效的换热性能。
3. 螺旋板式换热器：螺旋板式换热器由一系列螺旋形的金属板组成。
热源侧和冷却侧的流体分别通过螺旋通道，实现热量的传递。
螺旋板式换热器具有较高的换热效率和较小的压力损失。
4. 换热管束：换热管束由一系列平行排列的管道组成。
热源侧和冷却侧的流体分别通过管道，实现热量的传递。
换热管束适用于高温和高压的应用。
五、换热器的应用换热器广泛应用于各个领域，包括工业生产、能源系统、空调系统等。
换热器的原理及应用
换热器的原理及应用一、换热器的基本原理换热器是一种热交换设备，用于将热量从一个介质传递到另一个介质中。
其基本原理是利用不同温度的两种流体（或气体）之间的热传导，使它们在多个细小通道中进行流动，并通过这些通道的壁与介质之间进行换热。
换热器通常由两个主要部分组成：热源端和热载体端。
热源端是传递热量的一侧，热载体端是吸收热量的一侧。
换热器的基本工作原理如下：1.传热方式：换热器主要通过对流、传导和辐射的方式进行热传导。
2.热源端：热源端的流体吸收热量，并传递给换热器中的壁面。
3.热载体端：热载体端的流体通过与换热器的壁面接触，吸收热量进行传递。
4.换热器壁面：换热器壁面起到隔离两边流体的作用，并通过壁面的传导和对流换热，将热量从热源端传递到热载体端。
5.换热流体状态：换热器可以处理不同物态的流体，包括气体、液体和气液两相流体。
二、换热器的应用领域换热器是广泛应用于工业生产中的关键设备，其作用多种多样。
以下是一些典型的换热器应用领域的列举：1.供暖系统：供暖系统中的换热器将锅炉中的热水或蒸汽传递给房间内的暖气设备，用于供暖。
2.汽车冷却系统：汽车发动机冷却系统中的散热器，通过冷却剂的循环来降低发动机温度，保证发动机正常运行。
3.空调系统：空调系统中的蒸发器和冷凝器，通过制冷剂的循环工作，实现对空气的冷却或加热。
4.石油化工：在石油化工生产过程中，换热器用于原油加热、冷却和重整等工序。
5.核能领域：核电站中的换热器被用于冷却核反应堆中的燃料，并产生蒸汽驱动涡轮发电机。
6.食品加工：食品加工行业中的换热器，用于热交换、杀菌、蒸煮和冷却等工艺。
7.航空航天：飞机和火箭中的换热器，用于控制燃料温度和提供舒适的空调环境。
8.造纸业：造纸过程中，使用换热器来调节纸浆的温度，以实现最佳的造纸质量。
三、换热器的类型根据换热器的结构和工作原理，可以将其划分为多种类型。
以下是常见的几种换热器类型的介绍：1.管壳式换热器：管壳式换热器由一个外壳和许多平行或螺旋排列的管子组成。
板换换热器及换热原理
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单项分析
产品的进口温度和出口温度取决于前段加工情况和后续 加工的要求：Δ t1= Δ to1- Δ ti1
所用介质的进口温度取决于加工条件，介质的出口温度 可以用能量平衡公式计算得出：V1 × P1 x Cp1 ×△ t1 = V2 × P2 x Cp2 ×△ t2
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分析
间壁通常是波纹状，以实现更剧烈的紊流。紊流有助 于传热，厚度也十分重要。间壁越薄，传热效果越好。 但是这个厚度要有足够的强度来承受液体的压力。现 代化的设计和生产技术使得间壁比几年前的更薄。
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工作原理
通常使用的多管道的管式热交换是基于传统的列管 式热交换器的原理，其产品流过一组平行的通道，提 供的介质围绕在管子的周围，通过管子和壳体上的螺 旋波纹，产生紊流，实现有效的传热。
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补充说明
同一段内可能使用不同规格/模式的管式热交换器 规格：包括外部套管的管径-内部列管的管径-内部列管
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单项分析
温度差异是传热推动力，温差越大，传热越多，所需的热 交换器越小；然而，对于敏感性产品，可利用的温差是有 限的。温差随着液体流经热交换器而不断变化，所以，温 差用一个平均值，LTMD进行计算。决定平均温差大小的一 个重要因素是介质在热交换器中的流动方向。它主要有两 种形式：逆流或并流
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标识介绍
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整体结构
管式换热器：
管式热交换器，不同于板式热交换器，它在产品通 道上没有接触点，这样它就可以处理含有一定颗粒的 产品,颗粒的最大直径取决于管子的直径.
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整体结构
换热器工作原理
换热器工作原理换热器是一种用于传输热能的机械设备，它通过介质之间的接触来进行热传递。
它主要用于在两个不同介质之间传递热量。
它具有体积小，换热面积大，起作用快，抗堵塞能力强，可靠性高，封装结构紧凑，维护保养简单，运行成本低等优点。
换热器是利用物料的热能而发生的不同程度的热传导作用来改变换热器的温度和状态的装置，它主要用于液体和气体的对流热交换。
换热器的工作原理可以总结为三种：对流热交换原理、涡流热交换原理和传热原理。
(1)t对流热交换原理：是指在换热器内，介质间的温差通过物体表面形成热辐射，其好处是：(1)像素变小，增加了热交换比；(2)相对于涡流热交换，对流热交换具有噪声较低的特点；(3)对温度和压力都很敏感。
(2)t涡流热交换原理：它是通过涡流热交换的原理，在换热器内，介质通过涡流的形式传递热能，这样可以有效地提高传热效率。
它的优点是：(1)小尺寸，紧凑；(2)可抗震动；(3)可调节；(4)外形美观；(5)低压差换热率高。
(3)t传热原理：是指在换热器内，介质通过器件内部介质传热，形成一个完全封闭的空间，并且在这个封闭空间中形成净热流，这样，可以进行有效、高效的传热。
它的优点在于：(1)操作简单；(2)保温性能好；(3)热交换效率高；(4)对温度变化比较灵敏。
以上是换热器的工作原理，它的优势使它应用于工业、冶金、化工、机械及其他行业。
换热器的设计和使用一般遵守一定的规范，需要考虑物料的温度、压力、流量及流体性质等因素。
此外，制造时要考虑介质、结构、规格等，以保证换热器的养护保养和使用寿命。
换热器由法兰、管壳、管程、散热片、螺旋板等组件组成，换热器的设计及制造标准规定了换热器的一些特性及设计要素，如流体的流量、温度、压力，介质的流性能及换热效果等。
考虑到使用环境、温度、流量、介质特性等，换热器的设计尺寸、材料以及结构形式等都要相应地作出相应的调整。
换热器的正确使用、维护、抽检和保养极其重要，必须按照正确的技术方法进行，如定期检查换热器内外的介质，定期检查换热器的螺旋板及其他零部件，定期清洗换热器，及时调整换热器的工作参数等。
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特别介绍
影响总传热系数K的要素: • 液体允许的压力降 • 液体的粘度 • 间壁的形状和厚度 • 间壁的材料 • 污垢物质的存在
分析
• 产品和介质的压力降越大，传递的热量越多， 热交换器越小。然而对机械搅拌敏感的产品(例 如乳脂肪)可能会因这种剧烈的处理而坏。
• 产品和使用介质的粘度对于确定热交换器的尺 寸也是非常重要的。与低粘度的产品相比，高 粘度的液体在通过热交换器时，产生紊流的程 度小，如果其它参数一定，这就意味着需要较 大的热交换器。
换热器面积的计算
热交换器必需的尺寸和结构取决于很多因 素，要计算是非常复杂的，当今通常借助 于计算机进行计算。有几种因素一定要加 以考虑： • 产品流量 • 液体的物理性质
续
• 温度程序 • 允许的压力降 • 热交换器的设计 • 清洁度的要求 • 要求运行的时间
热交换器中逆流传热的温度分配
热交换器中并流传热的温度分配
标识介绍
整体结构
管式换热器：
管式热交换器，不同于板式热交换器，它 在产品通道上没有接触点，这样它就可以 处理含有一定颗粒的产品,颗粒的最大直径 取决于管子的直径.
整体结构
在UHT处理中，管式热交换器要比板 式热交换器运行的时间长。从热传递 的观点看，管式热交换器比板式热交 换器的传热效率低
工作原理
图示
持热管简介
必要性及设计原理
• 正确的热处理要求牛乳在杀菌温度下保持一定 的时间，这可以通过外设保持管来实现。
• 若已知流量和保持管的内管径，就可以计算出 符合保持时间的合适的管长。
设计原理
• 由于保持管里流速分布不均匀，某些牛乳 粒子的流速要比平均值大。为了确保流速 最快的粒子也能充分地巴氏杀菌，必须采 用一效率系数来校正。这个系数取决于保 持管的设计，通常取0.8～0.9 之间。
热交换器及换热原理 张利芳 2019-5-4
如何进行热交换
热交换系统通常是以热传导和对流两种方式进 行热交换的。热传导是热量传递的一种常见的 方式，其过程中流体各部位之间不发生相对的 位移；对流是流体各部分质点发生相对位移而 引起的热量传递过程。对流分为强制对流与自 然对流，强制对流是使用机械能（如搅拌）使 流体发生对流而传热，比如我们为了冷却一杯 咖啡会不停的搅拌它；自然对流是因流体受热 而有密度的局部变化，导致发生对流而传热。
单项分析
• 产品的进口温度和出口温度取决于前段加工 情况和后续加工的要求：Δ t1= Δ to1- Δ ti1
• 所用介质的进口温度取决于加工条件，介质 的出口温度可以用能量平衡公式计算得出： V1 × P1 x Cp1 ×△ t1 = V2 × P2 x Cp2 ×△ t2
单项分析
• 温度差异是传热推动力，温差越大，传热越多， 所需的热交换器越小；然而，对于敏感性产品， 可利用的温差是有限的。温差随着液体流经热 交换器而不断变化，所以，温差用一个平均值， LTMD进行计算。决定平均温差大小的一个重 要因素是介质在热交换器中的流动方向。它主 要有两种形式：逆流或并流
• 相对于产品来说，如果间壁表面太热，牛乳中的 蛋白质将会有凝结并在间壁上结焦的危险。热量 必须通过这一垢层进行传递，这将导致总传热系 数K 值下降。加热介质和产品的温差与以前相同 时，也不能传递同样多的热量，产品的出口温度 将会下降。这可以通过提高加热介质的温度来补 偿，但这又提高了传热表面的温度，以致更多的 蛋白质凝结在换热器表面上，垢层的厚度增加，
公式解释
• p = 产品的密度 • Cp = 产品的比热 • △ t = 产品的温度变化 • △ tm = 对数平均温差(LMTD) • K = 总传热系数
单项分析
• 流量V，是由乳品厂的设计能力决定的。 • 产品密度p 由产品决定。比热cp也由产品
决定，比热值告诉我们将某种物质温度升 高1℃，需提供多少热量。
基础概念
层流：当流体以较小的流速流经管道时，流体成 平稳状态通过全管，流体的质点作平行运动，与 旁侧的流体并无宏观的混合，此流动形态称之为 层流。 湍流：当流体以较高流速流经管道时，流体成波 动状态，并形成旋涡向四周散开，与旁侧的流体 相混合，此种流动形态称之为湍流。
思考
湍流会使流体内部的混合与振荡增强，使流 体以对流方式传热，因而随着湍动程度的增 强传热的效果会更好，而层流使流体主要以 传导的方式进行传热。显而易见湍流状态下 的传热效果要比层流状态下的传热效果好。
常ห้องสมุดไป่ตู้类型：
• 板式换热器（PHE） • 管式换热器（THE）
整体结构
板式换热器： • 板片设计成传热效果最好的瓦楞型，板组
牢固地压紧在框中，瓦楞板上的支撑点保 持各板分开，以便在板片之间形成细小的 通道。
整体结构及图
液体通过板片一角的孔 进出通道。改变孔的开 闭，可使液体从—通道 按规定的线路进入另一 通道。板周边和孔周边 的垫圈形成了通道的边 界，以防向外渗漏与内 部液流混合。
工作示意图
补充
焊接式的板式换热器
多用于水汽换热，具有很高的集成度 • 高换热系数，体积小，薄型材料 • 不用密封圈，铜\镍或钎焊接不锈钢成紧凑直
角型的包状 • 易于安装，高换热效率，低成本 • 抗腐蚀性强，抗震，耐高温，高压
图示
总结
板式热交换器是一种新型、高效的节能热 交换设备，它具有换热效率高，结构紧凑， 重量轻，适应性强，热损失少，可拆卸， 可清洗，装拆和维修方便等特点，主要应 用于液液、液汽热交换，特别适用于各种 工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝 及食品消毒等方面.
分析
• 间壁通常是波纹状，以实现更剧烈的紊流。 紊流有助于传热，厚度也十分重要。间壁 越薄，传热效果越好。但是这个厚度要有 足够的强度来承受液体的压力。现代化的 设计和生产技术使得间壁比几年前的更薄。
• 食品加工中通常采用不锈钢材料，不锈钢 有相当好的传热性能
• 加热介质和产品的温差要尽可能地小，通常比杀 菌温度高2-3℃/4-5 ℃ 。
通常使用的多管道的管式热交换是基于传 统的列管式热交换器的原理，其产品流过 一组平行的通道，提供的介质围绕在管子 的周围，通过管子和壳体上的螺旋波纹， 产生紊流，实现有效的传热。
补充说明
同一段内可能使用不同规格/模式的管式热交 换器 • 规格：包括外部套管的管径-内部列管的管径 -内部列管的数量-总长度 • 模式：常见的有A B C D四种模式，主要由 外部套管上介质进出口的位置决定