7管壳式换热器设计计算实例精品PPT课件
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管壳式换热器 ppt课件
超声检测：电能-超声能-电能，一般1~10MHZ常 用1~5MHZ，设备为数字式和模拟式。
磁粉检测：通过磁场使焊接接头磁化，在工件表 面均匀撒上磁粉，有缺陷的位置会出现磁粉聚集 现象。
渗透检测：一般探测出的缺陷深度0.02mm宽度约 0.001mm，利用带有荧光染料或红色染料的渗透 剂的渗透作用，经过渗透、清洗、显示处理后用 目视法观察。
对于铬钼钢的材料，在焊接后需进行焊后热处理。
热处理目的：1、对焊缝消除应力，防止焊缝延迟 裂纹的出现。2、对焊缝消氢处理，防止氢腐蚀、 氢脆的出现。
加热方式主要有通过电加热带加热，用保温防火 棉覆盖保温。加热温度大约在200-300℃。消除 应力热处理时间在16-24h以内，消氢热处理保温 时间不少于0.5h。或用火焰加热处理。
双壁（双壁—单影、双壁—双影） 照相成像质量 :对比度、清晰度和颗粒度 像质计应用 :评定底片的灵敏度 底片评定 :判定缺陷合格与否
设备无损检测主要方法：
无损检测:包括射线透照检测、超声检测、表面检 测：（包括磁粉检测、渗透检测、涡流检测）前 两种主要用于探测被检物的内部缺陷，表面检测 用于探测被检物的表面和近表面缺陷。
折流板：提高壳程流体的流速，增加湍动程度并 使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大传 热系数，并且起支持管束的作用。分为弓形和圆 环-圆盘形两种。
管板加工过程：
折流板加工过程：
车床加工管板
管板划线及打点
钻床管板钻孔
换热管预制
换热管分类：
U型换热器换热管弯管：
弯管机弯管（冷弯）
补强圈
接管法兰
补强圈信号孔通压缩空气检漏
信号孔：1、用来检验补强圈焊缝的密封性能。2、 排放补强圈和筒体间气体。
磁粉检测：通过磁场使焊接接头磁化，在工件表 面均匀撒上磁粉，有缺陷的位置会出现磁粉聚集 现象。
渗透检测：一般探测出的缺陷深度0.02mm宽度约 0.001mm，利用带有荧光染料或红色染料的渗透 剂的渗透作用，经过渗透、清洗、显示处理后用 目视法观察。
对于铬钼钢的材料，在焊接后需进行焊后热处理。
热处理目的：1、对焊缝消除应力，防止焊缝延迟 裂纹的出现。2、对焊缝消氢处理，防止氢腐蚀、 氢脆的出现。
加热方式主要有通过电加热带加热，用保温防火 棉覆盖保温。加热温度大约在200-300℃。消除 应力热处理时间在16-24h以内，消氢热处理保温 时间不少于0.5h。或用火焰加热处理。
双壁（双壁—单影、双壁—双影） 照相成像质量 :对比度、清晰度和颗粒度 像质计应用 :评定底片的灵敏度 底片评定 :判定缺陷合格与否
设备无损检测主要方法：
无损检测:包括射线透照检测、超声检测、表面检 测：（包括磁粉检测、渗透检测、涡流检测）前 两种主要用于探测被检物的内部缺陷，表面检测 用于探测被检物的表面和近表面缺陷。
折流板：提高壳程流体的流速，增加湍动程度并 使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大传 热系数，并且起支持管束的作用。分为弓形和圆 环-圆盘形两种。
管板加工过程：
折流板加工过程：
车床加工管板
管板划线及打点
钻床管板钻孔
换热管预制
换热管分类：
U型换热器换热管弯管：
弯管机弯管（冷弯）
补强圈
接管法兰
补强圈信号孔通压缩空气检漏
信号孔：1、用来检验补强圈焊缝的密封性能。2、 排放补强圈和筒体间气体。
《管壳式换热器设计》PPT课件
精选PPT
5
1.3 管壳式换热器介绍
管壳式换热器具有可靠性高，适应性广泛等优点，在各工 业领域中得到最为广泛在应用。
1.3.1 基本类型 根据管壳式换热器的结构特点,可分为固定管板式、浮
头式、U形管式、填料函式和釜式沸器五类,如图示。 1.3.1.1 固定管板式换热器 固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接。 1.3.1.1.1 优点： 1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 2）旁路漏流较水； 3）锻件使用较少； 4）没有内漏。
4
1.2.1.3 间壁式换热器
1.2.1.3.1 间壁式换热器分类 管式换热器、板式换热器及其它形式的换热器。
管式换热器都是通过管子壁面进行传热的换热器。按传热 管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热 器、缠绕管式换热器和管壳式换热器。
其中管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。 它占换热器总量的90%。它是典型的间壁式换热器.
足要求的场合.
精选PPT
11
二、 管壳式换热器的设计参数及材料
2.1 设计参数
是指用于确定换热器施工图设计、制造、检验及验收 的参数。 它主要包括设计压力P、设计温度T、厚度δ、 焊接接头系数φ、试验压力PT、公称直径DN、公称长度 LN、换热面积A、容器类别等。
2.1.1 设计压力：
指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应
计温度。
在任何情况下，金属元件的表面温度不得超过金属材料的允许使用温 度。
2.1.3 厚度
2.1.3.1 计算厚度---- 按规范的公式计算得到的厚度。
2.1.3.2 设计厚度-----设计时必须考虑腐蚀裕量C2，计算厚度与腐蚀裕量 之和为设计厚度。
管壳式换热器设计课件
目录食品工程原理课程设计任务书 (2)流程示意图 (3)设计方案的确定及说明 (4)设计方案的计算及说明（包括校核） (5)设计结果主要参数表 (10)主要符号表 (11)主体设备结构图 (11)设计评价及问题讨论 (12)参考文献 (12)一、食品工程原理课程设计任务书一．设计题目：管壳式冷凝器设计．二．设计任务：将制冷压缩机压缩后的制冷剂（氨）过热蒸汽冷却，冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。
三．设计条件: 1.冷库冷负荷Q0=08*100（kw）；2.高温库，工作温度0～4℃。
采用回热循环；3.冷凝器用河水为冷却剂, 进水温度取：15℃。
4.传热面积安全系数5%～15%。
四．设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述；2.物料衡算，热量衡算；3.确定管式冷凝器的主要结构尺寸；4.计算阻力；5.编写设计说明书（包括：①封面；②目录；③设计题目；④流程示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明（包括校核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。
）6.绘制工艺流程图,管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花板布置图（3号或者4号图纸）。
二、流程示意图流程图说明：本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。
1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高；2 3 高温高压的氨蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。
4 4’ 液态氨不断贮存在贮氨器中；4’ 5 使用时氨液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器；5 1 低压的氨蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。
5’1是一个回热循环。
本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。
所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，氨蒸汽走壳程。
PPT-7-管壳式换热器设计计算实例
kf Ai 1 hi hoo Ao 1 1 1 hi hoo 1
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
32
ln( d o d i ) 2 l
28
上面三式相加
l t fi t fo
do 1 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko 1 do d d 1 o ln o hi di 2 di ho
10
1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
11
主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
13
常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
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上面三式相加
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对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
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1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
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主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
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常见的翅片管形式
•
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翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
管壳式换热器的设计及计算
第一章换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。
进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。
换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。
由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。
在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备[1]。
这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。
所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。
同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。
当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[3]。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。
各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。
在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。
管壳式热交换器(PPT课件)
管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽
主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管
波纹管优点
（4）填料函式换热器
填料函式换热器 1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填 料压盖；6.填料；7.填料函
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易 爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。
带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器
延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器
管壳式换热器结构介绍 ppt课件
双弓形折流板：优点是压降低，更好的规避振动的问题；缺点是大的窗 口流动面积；设计要点：5%-30%的圆缺率，默认两排管重叠；适合场合 时振动和压力受限的换热器（相对于单弓形折流板来说）。
螺旋折流板：分为单螺旋折流板和双螺旋折流板优点是换热好，压降低， 流动均匀；缺点是制造困难；设计要点是螺旋角度5-45°，适合的场合 时压降受限，容易结垢的场合。
K型壳体：主要用于管程热介质，壳侧蒸发的工况，在废热回收条件下使 用。
X型壳体：冷热流体属于错流流动，其优点是压降非常小，当采用其他壳 体发生振动，且通过调整换热器参数无法消除该振动时可以使用此壳体 形式，其不足之处是流体分布不均匀，X型壳体并不经常使用。
在化工工艺手册中，I型壳体类型可EDR软件中的不是同一种壳体Байду номын сангаас 其形式见I1，它的使用方式仅有一种搭配，就是BIU，U型管换热器。
PPT课件
2
1、管壳式换热器结构介绍
管壳式换热器：是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间 壁式换热器，这种换热器结构较简单、操作可靠，可用各种结构材 料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用 最广的类型。（设计制造遵循标准：国外 TEMA ASME 国内 GB151、GB150）
F型壳体：适用于场地受限，需要双壳程的情况，比较适合于单相换热， 纯逆流换热，传热温差大；缺点是F型壳体有分程隔板，此处会发生漏流， 而且壳程进口与出口处的压差和温差都是最大的，会发生漏温且分程隔 板也容易发生变形。所以F型壳体适用于压差和温差都不大的情况下。
PPT课件
7
G型壳体：属于平行流换热器，该换热器的热流体出口温度可以比冷流体 出口温度低，适用于需要做壳侧强化的卧式热虹吸再沸器、冷凝器等。
螺旋折流板：分为单螺旋折流板和双螺旋折流板优点是换热好，压降低， 流动均匀；缺点是制造困难；设计要点是螺旋角度5-45°，适合的场合 时压降受限，容易结垢的场合。
K型壳体：主要用于管程热介质，壳侧蒸发的工况，在废热回收条件下使 用。
X型壳体：冷热流体属于错流流动，其优点是压降非常小，当采用其他壳 体发生振动，且通过调整换热器参数无法消除该振动时可以使用此壳体 形式，其不足之处是流体分布不均匀，X型壳体并不经常使用。
在化工工艺手册中，I型壳体类型可EDR软件中的不是同一种壳体Байду номын сангаас 其形式见I1，它的使用方式仅有一种搭配，就是BIU，U型管换热器。
PPT课件
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1、管壳式换热器结构介绍
管壳式换热器：是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间 壁式换热器，这种换热器结构较简单、操作可靠，可用各种结构材 料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用 最广的类型。（设计制造遵循标准：国外 TEMA ASME 国内 GB151、GB150）
F型壳体：适用于场地受限，需要双壳程的情况，比较适合于单相换热， 纯逆流换热，传热温差大；缺点是F型壳体有分程隔板，此处会发生漏流， 而且壳程进口与出口处的压差和温差都是最大的，会发生漏温且分程隔 板也容易发生变形。所以F型壳体适用于压差和温差都不大的情况下。
PPT课件
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G型壳体：属于平行流换热器，该换热器的热流体出口温度可以比冷流体 出口温度低，适用于需要做壳侧强化的卧式热虹吸再沸器、冷凝器等。
换热器换热面积选型计算方法PPT课件
便于清洗，适 于壳程流体易 结垢的场合； 但对流传热系 数较正三角形 的低。
介于正三角 形和正方形 之间。
4. 管间距t
管间距:两相邻换热管中心的距离。其值的确定需要考虑 以下几个因素：
① 管板强度； ② 清洗管子外表面时所需要的空隙； ③ 换热管在管板上的固定方法。
通常，胀管法取t =（1.3~1.5）d0，且相邻两管外壁间距
二、确定物性数据
1．定性温度 对于粘度低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的
平均值。所以，
壳程流体的定性温度为：
T 140 40 90C 2
管程流体的定性温度为：
t 20 40 30C 2
2．物性参数
定性温度下，管程流体(井水)、壳程流体（植物油）有关 物性参数由《主要物性参数表》得出。
1.管径和管内流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流 速u1=0.75m/s。
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：
正三角形排列：n c
1.1
n
正方形排列：
n c
1.19
n
b ' (1 ~ 1.5)d0
多管程壳体内径：
D 1.05t N
N ——排列管子数目；t—管心距
——管板利用率
正三角形排列 ——2管程：0.7-0.85； >4管程：
0.6-0.8 正方形排列 —— 2管程：0.55-0.7 ;
六、折流挡板
作用： ①提高壳程内流体的流速；
②加强湍流强度； ③提高传热效率； ④支撑换热管。
形式：
圆缺形
圆盘形
最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳
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26
通过平壁的传热
单层
k
1
1
1
h1 h2
多层
k
1
1
n i 1
h1 i1 i h2
说明： (1)由于平壁的两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值
不论对哪一侧来说都是一样的。
（2） h1和h2的计算；
（3）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面
传热系数)
ht hc hr
27
通过圆管的传热
13
常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。
• 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅 片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的 接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方 法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此 外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机 械加工等方法制造。
• 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传 热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。
1 传热量的计算 2 传热系数的计算 3 换热系数和压力损失的计算
23
24
大作业二
25
传热过程的分析和计算
传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的 过程称传热过程。
传热过程分析求解的基本关 系为传热方程式
ktA f1 tf2
式中 K为传热系数（在容易与对流换热表面传热系数想混淆时，称总 传热系数）。
6
二、压力降分析
仅考虑管程流体的压力损失，由3部分组成：
7
三、结构分析及参数优化
1）结构分析
由管壳式换热器结构确定传热面积： 换热器壳体直径有关系式：
2）参数优化
在固定壳程数后，余下的结构自有参数为管长L，管程数Np，每程管数N以 及管内径di。
8
大作业一
四、实际算例
9
第四节 翅片管热交换器
•在满足换热条件的情况下，要 求提高换热效率，缩小换热体 积。
• 所以设计时，需统筹换热效率 与压降损失两方面因素，实现 对换热器的优化。
•设计流程中可以忽略壳程流体 传热膜系数以及壳程压降对换 热器的影响。
4
一、传热模型分析 1）总传热系数：以内表面为准
5
2）管程传热系数：湿空气等低粘度流体在湍 流情况下的管程传热系数
焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。
高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
10
1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
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主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
翅片按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两
大类，其他类型都是这两大类的变形，例如大螺旋角翅片管接近
纵向，而螺纹管则接近横向。
12
是否需要加设翅片和应加在哪一侧以及翅片的型式和结构尺 寸应根据管内、外两侧流体的传热性能选择。通常宜将翅片 装在换热系数小的一侧；当两侧换热系数较接近时，以在内、 外两侧均加翅片，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动 元件。
15
机械连接翅片：有绕片式、镶片式、套片式及双金属轧片式
绕片式传热性能较差，主要是接触热阻的存在；
套片式传热性能较好，因为翅片紧套于管表面上后在加以表面
热镀锌；
16
单金属翅片管结构示意图（纵剖面）
17
双金属翅片管结构示意图（纵剖面）
18Leabharlann 金属翅片管19复合翅片管
复合翅片管是由铝管和其它金属整体轧制而成。 无接触热阻，传热性能好，防腐蚀性能高，流动损失 小， 耐热震和机械震动，热膨胀性能好，且有可观的 扩展换热面。 用这种翅片管制成的换热器，效果领先于串片或绕片 等其它形式的散热器。
管壳式换热器的设计计算
管壳式换热器的设计计算过程可视具体情况作适当调整，对设 计结果应进行分析，发现不合理处要有一定的反复。
1
设计计算：首先输入设计参数，计 算有效传热温差、热负荷并初选总 传热系数，计算换热器结构参数， 然后分别对传热系数、管程阻力损 失及壳程阻力损失进行校核，最后 输出合理的换热器结构及相关参数。 具体步骤如右图：
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko
do
1 do lndo 1
hidi 2 di ho
从热阻的角度来看
k1o Ahi1Ai 21llnd do i ho1Ao
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通过翅壁的传热
翅壁面积： Ao A1A2
稳态下换热情况：
hiAi(tf1tw1)
Ai(tw1two)
钢铝复合翅片管是由钢管和 铝管经复合后在轧制出翅片 的散热管。表面均经阳极化 处理，色泽美观大方，且能 有效的防止表面腐蚀 。
20
翅片管基本几何尺寸包括：基管外径和管壁厚；翅片高度和翅片 厚度；翅片距；翅化比（单位长度翅片管翅化表面积与光管外表 面之比）；管长。
21
22
翅片管换热器的传热计算与阻力计算
2
校核计算：首先输入运行条件及已 知参数，通过假定一侧出口温度， 计算另一出口温度，由4个进出口 温度的热平衡式和传热方程式分别 计算传热量，并进行对比直到满足 精度要求，最后输出换热器的运行 参数。具体步骤如右图：
3
实例1：水与湿空气热交换 管壳式换热器优化设计
•由于对管程出口湿空气的特殊 要求，要求在达到换热温度的 同时将压降控制在允许范围。
内部对流： hidil(tf1tw)i
圆柱面导热：Φ
(twi two ) 1 ln( do )
2 l di
外部对流： hodol(tw otf2)
hi ho
1 lhid i
1 ho ld o
ln(do di ) 2 l
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上面三式相加
ltfi tfo
1 1 lndo 1
hidi 2 di hodo
通过平壁的传热
单层
k
1
1
1
h1 h2
多层
k
1
1
n i 1
h1 i1 i h2
说明： (1)由于平壁的两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值
不论对哪一侧来说都是一样的。
（2） h1和h2的计算；
（3）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面
传热系数)
ht hc hr
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通过圆管的传热
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常见的翅片管形式
•
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翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。
• 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅 片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的 接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方 法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此 外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机 械加工等方法制造。
• 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传 热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。
1 传热量的计算 2 传热系数的计算 3 换热系数和压力损失的计算
23
24
大作业二
25
传热过程的分析和计算
传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的 过程称传热过程。
传热过程分析求解的基本关 系为传热方程式
ktA f1 tf2
式中 K为传热系数（在容易与对流换热表面传热系数想混淆时，称总 传热系数）。
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二、压力降分析
仅考虑管程流体的压力损失，由3部分组成：
7
三、结构分析及参数优化
1）结构分析
由管壳式换热器结构确定传热面积： 换热器壳体直径有关系式：
2）参数优化
在固定壳程数后，余下的结构自有参数为管长L，管程数Np，每程管数N以 及管内径di。
8
大作业一
四、实际算例
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第四节 翅片管热交换器
•在满足换热条件的情况下，要 求提高换热效率，缩小换热体 积。
• 所以设计时，需统筹换热效率 与压降损失两方面因素，实现 对换热器的优化。
•设计流程中可以忽略壳程流体 传热膜系数以及壳程压降对换 热器的影响。
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一、传热模型分析 1）总传热系数：以内表面为准
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2）管程传热系数：湿空气等低粘度流体在湍 流情况下的管程传热系数
焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。
高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
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1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
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主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
翅片按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两
大类，其他类型都是这两大类的变形，例如大螺旋角翅片管接近
纵向，而螺纹管则接近横向。
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是否需要加设翅片和应加在哪一侧以及翅片的型式和结构尺 寸应根据管内、外两侧流体的传热性能选择。通常宜将翅片 装在换热系数小的一侧；当两侧换热系数较接近时，以在内、 外两侧均加翅片，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动 元件。
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机械连接翅片：有绕片式、镶片式、套片式及双金属轧片式
绕片式传热性能较差，主要是接触热阻的存在；
套片式传热性能较好，因为翅片紧套于管表面上后在加以表面
热镀锌；
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单金属翅片管结构示意图（纵剖面）
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双金属翅片管结构示意图（纵剖面）
18Leabharlann 金属翅片管19复合翅片管
复合翅片管是由铝管和其它金属整体轧制而成。 无接触热阻，传热性能好，防腐蚀性能高，流动损失 小， 耐热震和机械震动，热膨胀性能好，且有可观的 扩展换热面。 用这种翅片管制成的换热器，效果领先于串片或绕片 等其它形式的散热器。
管壳式换热器的设计计算
管壳式换热器的设计计算过程可视具体情况作适当调整，对设 计结果应进行分析，发现不合理处要有一定的反复。
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设计计算：首先输入设计参数，计 算有效传热温差、热负荷并初选总 传热系数，计算换热器结构参数， 然后分别对传热系数、管程阻力损 失及壳程阻力损失进行校核，最后 输出合理的换热器结构及相关参数。 具体步骤如右图：
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko
do
1 do lndo 1
hidi 2 di ho
从热阻的角度来看
k1o Ahi1Ai 21llnd do i ho1Ao
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通过翅壁的传热
翅壁面积： Ao A1A2
稳态下换热情况：
hiAi(tf1tw1)
Ai(tw1two)
钢铝复合翅片管是由钢管和 铝管经复合后在轧制出翅片 的散热管。表面均经阳极化 处理，色泽美观大方，且能 有效的防止表面腐蚀 。
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翅片管基本几何尺寸包括：基管外径和管壁厚；翅片高度和翅片 厚度；翅片距；翅化比（单位长度翅片管翅化表面积与光管外表 面之比）；管长。
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翅片管换热器的传热计算与阻力计算
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校核计算：首先输入运行条件及已 知参数，通过假定一侧出口温度， 计算另一出口温度，由4个进出口 温度的热平衡式和传热方程式分别 计算传热量，并进行对比直到满足 精度要求，最后输出换热器的运行 参数。具体步骤如右图：
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实例1：水与湿空气热交换 管壳式换热器优化设计
•由于对管程出口湿空气的特殊 要求，要求在达到换热温度的 同时将压降控制在允许范围。
内部对流： hidil(tf1tw)i
圆柱面导热：Φ
(twi two ) 1 ln( do )
2 l di
外部对流： hodol(tw otf2)
hi ho
1 lhid i
1 ho ld o
ln(do di ) 2 l
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上面三式相加
ltfi tfo
1 1 lndo 1
hidi 2 di hodo