热交换器及换热原理讲解
热交换器工作原理
热交换器工作原理热交换器是一种常用的热传递设备，广泛应用于化工、电力、制药等领域。
它通过将两种流体进行热交换，实现能量的传递和利用。
热交换器工作原理的理解对于热交换器的设计、运行和维护具有重要意义。
首先，我们来看热交换器的基本结构。
热交换器通常由壳体、管束、管板、传热管等部分组成。
其中，壳体是一个密封的容器，内部装有传热管束，流体在传热管内外侧流动，实现热量的传递。
管板用于支撑和固定传热管束，同时也起到了导流作用。
传热管是热交换的主要部件，其结构和布置方式会影响热交换器的传热效果。
热交换器的工作原理可以简单概括为热量的传递和流体的流动。
当两种流体在热交换器内部流动时，它们在传热管内外侧进行热交换，从而实现能量的传递。
其中，热量的传递主要通过对流和传导两种方式进行。
在热交换器内部，热量会从温度较高的流体传递给温度较低的流体，直到两种流体达到热平衡状态。
为了实现高效的热交换，热交换器的设计和运行需要考虑多种因素。
首先是流体的流动方式和速度，合理的流体流动可以提高热交换效率。
其次是传热管束的布置和结构，不同的传热管束布置方式会对热交换效果产生影响。
此外，流体的物性参数、传热管材质和传热管的清洁程度等因素也会对热交换器的工作产生影响。
在实际的工程应用中，热交换器通常会遇到一些常见问题，如传热效果下降、管束堵塞、泄漏等。
针对这些问题，我们需要进行定期的检查和维护，保证热交换器的正常运行。
此外，合理的操作和维护也能够延长热交换器的使用寿命，减少能源消耗和维修成本。
总的来说，热交换器是一种重要的热传递设备，其工作原理涉及流体力学、传热学等多个领域。
通过对热交换器工作原理的深入理解，我们能够更好地设计和运行热交换器，提高热交换效率，降低能源消耗，实现经济和环保的双重目标。
热交换器的工作原理
热交换器的工作原理首先，热交换器的基本结构包括壳体、管束和管板。
热交换器的工作流程是这样的，首先，热交换器内部有两种不同温度的流体，它们分别流经管束和壳体。
当两种流体在热交换器内部流动时，它们会在管束和壳体之间进行热量交换，从而实现温度的传递和调节。
这种热量交换的过程是通过管束和壳体之间的热传导和对流传热来实现的。
其次，热交换器的工作原理是基于热量平衡的原理。
当两种不同温度的流体在热交换器内部进行热量交换时，它们会逐渐趋向热量平衡。
也就是说，热量会从高温流体传递到低温流体，直到两种流体的温度达到平衡。
这样，热交换器就实现了对流体温度的调节和控制。
另外，热交换器的工作原理还与流体的流动方式有关。
一般来说，热交换器内部的流体流动方式有两种，分别是串联流和并联流。
串联流是指两种流体在热交换器内部依次流动，而并联流是指两种流体在热交换器内部同时流动。
不同的流动方式会影响热交换器的热量传递效果，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的流动方式。
最后，热交换器的工作原理还涉及到热传导和对流传热的基本原理。
热传导是指热量通过固体传递的过程，而对流传热是指热量通过流体传递的过程。
在热交换器内部，热传导和对流传热共同作用，实现了流体之间的热量交换。
因此，了解热传导和对流传热的基本原理对于理解热交换器的工作原理至关重要。
总的来说，热交换器的工作原理是基于热量传递和热量平衡的原理，通过热传导和对流传热实现了对流体温度的调节和控制。
同时，流体的流动方式也会影响热交换器的热量传递效果。
通过深入了解热交换器的工作原理，我们可以更好地应用和维护热交换器，提高其工作效率和使用寿命。
换热站工作原理
换热站工作原理引言概述：换热站是一种重要的能源转换设备，广泛应用于供热、供冷系统中。
它通过热交换器将热能从一种介质传递到另一种介质，实现能源的高效利用。
本文将详细介绍换热站的工作原理，包括供热侧和供冷侧的工作流程，换热站的组成结构以及其工作过程中的关键技术。
一、供热侧工作原理：1.1 热源供热：换热站的供热侧通常由锅炉或者热力站提供热源。
热源通过热交换器将热能传递给供热系统的工质，如热水或者蒸汽。
1.2 热力传递：供热系统的工质通过管道输送到用户端，通过热交换器与用户端的热负荷进行热力传递。
在传递过程中，工质的温度逐渐降低，完成热能的传递。
1.3 回水回收：用户端的冷工质经过热交换器后，温度升高，返回换热站的回水管道。
回水通过热交换器与热源进行热交换，提高能源利用效率。
二、供冷侧工作原理：2.1 冷源供冷：换热站的供冷侧通常由冷水机组或者制冷机组提供冷源。
冷源通过热交换器将冷能传递给供冷系统的工质，如冷水或者制冷剂。
2.2 冷力传递：供冷系统的工质通过管道输送到用户端，通过热交换器与用户端的冷负荷进行冷力传递。
在传递过程中，工质的温度逐渐升高，完成冷能的传递。
2.3 回水回收：用户端的热工质经过热交换器后，温度降低，返回换热站的回水管道。
回水通过热交换器与冷源进行冷交换，提高能源利用效率。
三、换热站的组成结构：3.1 热交换器：热交换器是换热站的核心组件，用于实现热能或者冷能的传递。
常见的热交换器包括板式热交换器、管壳式热交换器等，其结构设计和材料选择需根据具体应用场景进行优化。
3.2 泵组系统：泵组系统用于输送工质，包括供热侧和供冷侧的泵组。
泵组的选择需考虑流量、扬程等参数，以确保工质能够顺利地在系统中循环。
3.3 控制系统：换热站的控制系统负责监测和控制换热站的运行状态。
通过传感器采集的数据，控制系统可以实时调节泵组的运行状态，以满足用户的热力或者冷力需求。
四、换热站的工作过程中的关键技术：4.1 温控技术：换热站的温控技术是保证供热或者供冷系统稳定运行的关键。
锅炉热交换器原理
锅炉热交换器原理
锅炉热交换器是一种用于转移热能的装置，它的工作原理如下：
1. 冷烟气进入热交换器：当锅炉中的燃料燃烧后产生烟气，这些烟气包含了大量的热能。
这些烟气首先进入热交换器的烟道。
2. 烟道内的烟气被冷水包围：烟道内围绕着一个冷水管道，冷水从管道中流过。
烟气与冷水经过的位置非常接近，从而实现了热能的转移。
3. 烟气传热给冷水：烟气中的热能会通过接触与冷水发生传递。
在烟道内，烟气中的热量会逐渐传递给冷水，从而使得冷水的温度升高。
4. 烟气排出：经过烟气与冷水的传热过程后，烟气的温度降低了。
此时，烟气将从烟道的另一端排出。
5. 热水输出：冷水在与烟气传热的过程中温度升高，转变为热水。
这些热水将从热交换器中流出，用于供暖或其他热能使用。
通过冷烟气与冷水之间的传热，热交换器能够将燃烧产生的热能有效地转移到冷水上，实现能量的利用。
这样既提高了燃烧效率，又使得冷水得到充分加热，提供了给建筑物供暖或其他热能需求的热水。
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。
热交换器原理
热交换器原理概述热交换器 (Heat Exchanger) 是一种设备，用于传递热量从一个流体到另一个流体而不使它们混合在一起。
热交换器在许多工业和商业应用中被广泛使用，包括暖气系统、空调系统、化工加工以及能源生产等领域。
它旨在提高能量利用效率，减少能源浪费，以及保护环境。
原理热交换器的工作原理基于热量传递和流体流动的原理。
它通常由两个流体流经热交换器中的两个热交换介质，通过介质之间的热传导实现热量的传递。
1. 流体流动热交换器中的两个流体，通常被称为工作流体和传热介质流体，通过各自的通道与换热管道相连接。
工作流体可以是液体或气体，在流经热交换器的过程中，它会传递热量给传热介质流体。
2. 传热介质流体传热介质流体可以是热水、蒸汽、液态氨等，它在热交换器中流动，在与工作流体接触的地方接收或释放热量。
传热介质流体的选择取决于具体的应用需求和技术要求。
3. 传热管道热交换器中的传热管道起到连接工作流体和传热介质流体的作用。
传热管道可以是平行管道、螺旋管道、板式管道等形式，它们被设计成高效的结构，以最大化热量传递和流体流动。
4. 传热表面热交换器中的传热表面是工作流体和传热介质流体之间进行热传导的区域。
传热表面的设计和材料选择对热交换器的性能和效率有重要影响。
常见的传热表面材料包括铜、铝、不锈钢等。
工作过程热交换器的工作过程可以归纳为以下几个步骤：1. 流体进入工作流体和传热介质流体分别从热交换器的进口进入，它们分别流经各自的通道和传热管道。
2. 热传导工作流体和传热介质流体在传热表面进行接触，通过热传导实现热量的传递。
传热介质流体吸收工作流体的热量，使其温度升高，而工作流体则从传热介质流体吸收或失去热量，使其温度变化。
3. 流体流动工作流体和传热介质流体继续在热交换器中流动，以保持热传导和热量传递的持续进行。
流体流动通过增加热交换的表面积和提高流体流速来增加传热效率。
4. 热量输出工作流体和传热介质流体分别从热交换器的出口流出，它们的温度和热量分布已经发生变化。
热交换器工作原理
热交换器工作原理
热交换器是一种利用流体间的热量传递来实现能量转移的设备。
它主要由两个相互交叉的流体通道组成，其中一个通道供热流体流过，而另一个通道供冷流体流过。
这两个流体通过热交换表面进行热量传递，实现能量的有效转移。
热交换器的工作原理基于热传导和流体混合的原理。
当供热流体进入热交换器时，它会在热交换表面散发热能，使得表面温度升高。
与此同时，供冷流体从另一个通道流过，并在热交换表面吸收热能，使得表面温度降低。
通过热传导，热能从高温区域传递到低温区域，使得供热流体的温度降低，而供冷流体的温度升高。
这样，热交换器实现了两个流体之间的热量转移。
在热交换过程中，为了提高热交换效率，通常会采用一些增强传热效果的措施。
例如，在热交换表面上安装翅片或增加表面积，可以增加热能的传导面积，从而提高传热效率。
此外，还可以通过调节流体的速度和流量，来控制热交换过程中的传热效果。
总的来说，热交换器通过两个流体之间的热量传递，实现了能量的转移和利用。
它被广泛应用于工业生产、建筑暖通和空调等领域，提高了能源利用效率，减少了能源浪费。
换热器的工作原理
换热器的工作原理换热器是一种常用的热交换设备，用于在流体之间传递热量。
它的工作原理基于热量的传导和对流。
换热器通常由两个相互接触的流体流道组成，分别是热源流道和冷却流道。
热源流道中的流体传递热量给冷却流道中的流体，使两者的温度差减小。
换热器的工作原理可以分为两种方式：直接换热和间接换热。
1. 直接换热：直接换热是指热源流体和冷却流体直接接触并进行热量传递。
这种方式适合于两种流体之间没有相互污染的情况。
例如，一个常见的直接换热器是散热器。
散热器通常由一组金属管组成，热源流体（通常是冷却液）通过管道流过，并散发热量到周围空气中。
通过与周围空气的对流传热，冷却液的温度降低。
2. 间接换热：间接换热是指热源流体和冷却流体之间通过壁面进行热量传递，两种流体不直接接触。
这种方式适合于两种流体之间不能混合的情况。
例如，一个常见的间接换热器是管壳式换热器。
管壳式换热器由一个外壳和一组内部管子组成。
热源流体通过内部管子流过，冷却流体则在外壳中流过。
热源流体和冷却流体之间通过管壁进行热量传递，实现热量的交换。
换热器的工作原理可以通过以下步骤来解释：1. 热源流体进入换热器的热源流道，冷却流体进入换热器的冷却流道。
2. 热源流体和冷却流体之间存在温度差，热源流体的温度高于冷却流体。
3. 热源流体通过热源流道，与冷却流道中的壁面接触。
4. 热源流体的热量通过传导和对流的方式传递到壁面上。
5. 壁面上的热量通过传导传递到冷却流道中的流体。
6. 冷却流道中的流体吸收热量，温度升高。
7. 热源流体在与壁面接触后温度降低，继续流经热源流道。
8. 冷却流道中的流体在吸收热量后，温度升高，继续流经冷却流道。
通过以上的工作原理，换热器可以实现热量的传递和调节。
它在许多工业和生活领域中被广泛应用，如空调系统、汽车散热系统、化工过程等。
需要注意的是，换热器的性能与其结构、材料、流体性质等因素密切相关。
不同的应用场景需要选择合适的换热器类型和设计参数，以达到最佳的换热效果。
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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
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。
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 ℃ 。 • 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
污垢聚集的速度取决于很多因素
• • • • 产品和加热介质的温差 牛乳质量 产品中空气的含量 加热段的压力条件
续
• 利用热流体，如巴氏杀菌乳的热量来预热 进口的冷牛乳的方法称之为热回收。冷牛 乳也可以冷却热牛乳。这样可以节省水量 和能量。在现代化的巴氏杀菌装置中（板 换），热回收效率可达94-95%。
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。
热交换器及换热原理
张利芳
2008-5-4
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。
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。
常用类型：
• 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。
本次培训结束
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