列管式换热器结构设计示例.

三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算（续） 4)过渡流区域 当Re ＝2300～10000
'

1

6 105 Re 1.8
式中 α’——过渡流区域管程传热膜系数； α——由前面式求得
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算（续） （2）壳程传热膜系数 当换热器内无挡板时，壳程流体可按平行管束流动
du
0.8


c
1
3
w
0.14

式中
(μ/μw)0.14——考虑热流方向的校正项
液体被加热时， (μ/μw)0.14 ＝1.05；
液体被冷却时， (μ/μw)0.14 ＝0.95；
对于气体，不论是加热还是冷却， (μ/μw)0.14 ＝1
5、传热膜系数的计算（续）
定性温度：除μ w取壁温外，其余均取流体进出口 的算术平均温度。
2)湍流流动区域
对于低粘度流体(小于水的粘度的两倍)，当Re＞
10000，Pr= 0.7～120，d/L＞60时


0.023
d

du
0.8


c
n
式中流体被加热时，n＝0.4；流体被冷却时n＝0.3。
二、操作条件的确定
1、换热器内流体通入空间的选择（续） (3)有腐蚀性的流体应走管程，这样，只有管子、管
板和管箱需要使用耐腐蚀的材料，而壳体及管外空间的 其他零件都可以使用比较便宜的材料。
(4)压力高的流体走管程，因为管子直径小，承受压 力的能力好，还避免了采用高压壳体和高压密封。
(5)有毒的流体走管程，减少泄漏的机会。 (6)饱和蒸汽一般走壳程，便于冷凝液的排出 (7)被冷却的流体走壳程，便于散热。
考虑，仍可用上述管程传热膜系数关联式进行计算， 需将式中管内径用壳程管子当量直径de代替即可
de D2 nd02 D nd0
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算（续）
（2）壳程传热膜系数(续)
当换热器内有挡板时，对于弓形挡板，当Re=3～
20000时


0.22 d0

d0u
选择时，除要考虑流体物性和操作条件外，还应考虑 换热器的类型。
三、传热计算基本方程
三、传热计算基本方程
2、总传热系数的计算 注意： 在通常的操作过程中，传热系数是个变量，由于
污垢热阻是变化的，因此设计中选择污垢热阻时，应 结合清洗周期来考虑。
若污垢热阻选得太小，清洗周期会很短，所需传热 面积会较小；
膜系数，W／(m2·K)
三、传热计算基本方程
2、总传热系数的计算（续）
Ri、R0——分别为管程和壳程的污垢热阻，K／W； A、A0、Am——分别为管程、壳程及管壳平均的传 热面积，m2； A——任一选定的作为计算K值的基准传热面积，m2； λm——管壁的导热系数，W／(m·K)； b——管壁的厚度，m。



1
1
PR 1 m
P 1



R


三、传热计算基本方程
3、有效平均温差（续）
当R=1时 其中
t
2

y
1

y
ln ( 2
y) 2
2

2
y2



2

y P m mP P
反之，所需传热面积会较大，所以应该全面衡量， 作出选择。
三、传热计算基本方程
2、总传热系数的计算（续） 总传热系数的计算公式为
1 1 1 b Ri R0
KA iAi 0 A0 mAm Ai A0
式中 K——总传热系数，W／(m2·K)； αi、 α0——分别为管程和壳程流体的传热
二、操作条件的确定
4、换热终温的确定（续） 如果超出上述数据，应通过技术经济比较来决定
换热终温。 (3)冷却水的出口温度不宜太高，否则会加快水垢
的生成。 对于经过良好净化的新鲜水，出口温度可达到
45℃或稍高一些； 对于净化较差的冷却水，出口温度建议不要超
过40℃。
三、传热计算基本方程
1、传热速率方程 在稳态下，当总传热系数随温度变化不大时 Q=KAΔtm
二、操作条件的确定
二、操作条件的确定
3、载热体的选择（续） 在选择时应考虑以下几个原则： (1)载热体能满足工艺上的要求达到的加热(冷却)温度 (2)载热体的温度易于调节； (3)载热体的饱和蒸汽压小，加热过程不会分解； (4)载热体的毒性小．对设备的腐蚀性小； (5)载热体不易爆炸； (6)载热体的价格低廉，来源充分。
T1、T2——热流体的进出口温度，K或℃； t1、t2——冷流体的进出口温度，K或℃; Cph、Cpc——热、冷流体的换热系数。
三、传热计算基本方程
2、热负荷（续） 有相变时
Q= W·r
式中 W——热或冷流体的流量，kg/s r——冷凝或蒸发潜热，J/kg
三、传热计算基本方程
3、有效平均温差
ห้องสมุดไป่ตู้
在无相变的纯粹逆流或并流换热器中，或一侧为恒温
二、操作条件的确定
3、载热体的选择（续） 工业上常用的载热体及其适用场合列于表3，供选用
时参考。
二、操作条件的确定
二、操作条件的确定
二、操作条件的确定
4、换热终温的确定 另外在决定换热终温时，一般不希望冷流体的出口
温度高于热流体的出口温度，否则会出现反传热现象， 当遇到达种情况时，可采用几个换热器串联的方法解 决。
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算（续）
当d/L＜60时，必须考虑进口效应，可用下式进行
校正
am 1 d 0.7
a
L
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算（续）
3)高粘度液体
当Re＞10000，Pr= 0.7～16700，d/L＞60时


0.023
d

三、传热计算基本方程
3、有效平均温差（续） 各种流动情况x下的校正系数可根据R和P两个参数查图
得到，也可以用数学解析法计算得到
R T1T2 t2 t1
P t2 t1 T1 t1
三、传热计算基本方程
3、有效平均温差（续）
对应m壳程，2mn管程(m＝l，2，3……)换热器的温差
三、传热计算基本方程
4、总传热系数 基本条件(设备型号、雷诺数、流体物性等)相同时，
总传热系数可直接采用经验数据，否则应用传热膜系数的 关联式，并选择合适的热阻值计算得到总传热系数。 （1）总传热系数的经验值
总传热系数的经验值见表4，有关手册中也列有其他 情况下的总传热系数经验值，可供设计时参考。
5、传热膜系数的计算（续） （1）管程传热膜系数 1)层流流动区域 当雷诺数Re＜2300，普朗特数Pr＝0.6—6700，
Re/Pr d/L＞100时，传热膜系数α为
1
1
1
0.14

1.86
d

du

3

cu

3
d L

3

w

式中 Q——热负荷，W； K——总传热系数，W／(m2·K)； A——与K对应的基准传热面积，m2 Δtm——有效平均温差，K.
三、传热计算基本方程
2、热负荷
无相变时
式中
Q= WhCph(T1 -T2)=WcCpc(t1- t2) Wh——热流体的流量，kg／s； Wc——冷流体的流量，kg／s；
校正系数为
当R≠1时
t

(
R R
2 1 1)

ln

(1 y) (1 y)R


(
2
)
1

R

R2 1
ln y


2 y


1

R

R2
1

其中


y

(
PR 1) P 1
1 m
二、操作条件的确定
1、换热器内流体通入空间的选择 在列管式换热器中，哪一种流体走管程，哪一种流体
走壳程，一般可从下列几方面考虑： (1)不洁净的或易结垢的流体走易于清洗的一侧；对
于固定管板式换热器一般走管程；U形管换热器，一般走 壳程。
(2)粘性大的或流量小的流体，宜走壳程，因流体在 有折流板的壳程流动时，一般在雷诺数(Re＜l00)以下， 即可达到湍流，有利于提高传热系数。
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算 传热膜系数的关联式与传热过程是否存在相变、
换热器的结构及流动状态等因素有关； 关于传热膜系数的关联式很多，在选用时应注意
其适用的范围，对传热膜系数的关联式在此不作详细 的介绍，只列出常用的无相变的传热膜系数关联
其他形式的传热膜系数关联式可参考相关文献。
三、传热计算基本方程
第三章 列管换热器设计示例
一、设计计算基本步骤（续）
一、设计计算基本步骤（续）
(8)计算管子数和管长，对管子进行排列，确定壳体 直径
(9)根据管长与壳体直径的比值，确定管程数： (10)计算管程和壳程压力降，若压力降不符合要求， 调整流速，再确定管程数或折流板的间距，或选择另一 规格的换热器，重新计算压力降直至满足要求为止；
的其他流向的换热器中，其有效平均温差采用对数平均温
差
tm

t1 t 2 ln t1
t 2
三、传热计算基本方程