板式换热器设计及其选用

题目：板式换热器设计及其选用

目录

一、说明书 (2)

二、设计方案 (3)

三、初步选定 (4)

（1）已知两流体的工艺参数

（2）确定两流体的物性数据

（3）计算热负荷和两流体的质量流速

（4）计算两流体的平均传热温差

（5）初选换热器型号

四、验证 (6)

（1）算两流体的流速u

（2）算雷诺数Re

（3）计算努塞尔特数Nu

（4）求两流体的传热系数α

（5）求污垢热阻R

（6）求总传热系数K，并核算

五、核算 (7)

（1）压强降△P核算

（2）换热器的换热量核算

六、结论 (7)

七、设计结果 (8)

八、附录 (9)

表1：板式换热器的污垢热阻

图1：多程流程组合的对数平均温差修正系数

九、参考文献 (9)

一、说明书

现有一块建筑用地，建筑面积为12500 m2，采用高温水在板式换热器中加热暖气循环水。高温水进入板式换热器的温度为100℃，出口的温度为75℃；循环水进入板式换热器的温度为65℃，出口的温度为90℃。供暖面积热强度为293 kJ／(m2·h)。要求高温水和循环水经过板式换热器的压强降均不大于100 kPa。请选择一台型号合适的板式换热器。（假设板壁热阻和热损失可以忽略）

已知的工艺参数：

二、设计方案

(1) 根据热量平衡的关系，求出未知的换热量和质量流量，同时算出两流体的平均温度差；

(2) 参考有关资料、数据，设定总传热系数K，求出换热面积S，根据已知数据初选换热器的型号；

(3) 运用有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求；

(4) 参考有关资料、数据，查出流体的污垢热阻； (5) 根据式⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++++=

2211111

αλδαR R K O O 求得流体的总传热系数，该值应不

小于初设的总传热系数，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；

(6) 如果大于初设值，则再进一步核算两流体的压强降和换热量，是否满足设计要求，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算； (7) 当所选换热器均满足设计要求时，该换热器才是合适的。

三 、初步选定

（1） 已知两流体的工艺参数

高温水

t 1´= 100℃

t 1〞= 75℃ △P 1≤100 kPa

循环水 t 2´= 65℃

t 2〞= 90℃ △P 2≤100 kPa

（2） 确定两流体的物性数据

高温水的定性温度为：C t ︒=+=

5.87275

1001

循环水的定性温度为：C t ︒=+=

5.772

90

652

根据定性温度，分别查取两流体的有关物性数据：

① 热的一侧（高温水）在87.5℃下的有关数据如下：

密度 ρ1 = 970.17 kg ／m 3

定压比热容 c p 1 = 4.196 kJ ／(kg ·℃)

导热系数 λ1 = 0.67425 W ／(m ·℃) 流体运动黏度 ν1 = 0.355×10-6 m 2

／s

普兰特数 Pr 1 = 2.145

② 冷的一侧（循环水)在77.5℃下的有关数据如下：

密度 ρ2 = 976.3 kg ／m 3

定压比热容 c p 2 = 4.18 kJ ／(kg ·℃)

导热系数 λ2 = 0.669 W ／(m ·℃) 流体运动黏度 ν2 = 0.4205×10-6 m 2

／s

普兰特数 Pr 2 = 2.465

（3）计算热负荷和两流体的质量流速

热负荷： )(1.1017361366250012500293W h kJ qA Q ==⨯== 高温水质量流速： ()())(34914196

.4751003662500

1111

h kg c t t Q w p =⨯-=''-'=

循环水质量流速： ()())(34972189

.465903662500

22

2

2

h kg c t t Q w p =⨯-='-''=

（4）计算两流体的平均传热温差

对数平均温度差： ()()

C t t

t m

︒=-+-=∆+∆='∆102

6575901002min max

循环水的传热单元数：110

65

75min min

=-='∆∆=

m t t NTU

由<图1>查得，取：Ф = 0.942，

则平均传热温差： C t t m

m ︒=⨯='∆=∆42.910942.0φ （5）初选换热器型号

根据两流体情况，假设K ´=3100 W ／(m 2

·℃)，故： 传热面积：28.3442

.931001

.1017361m t K Q S m =⨯=∆'=

' 由换热器系列标准中初选BR0.3型板式换热器，有关工艺参数如下：

换热面积 S o = 35 m 2

流程组合 ()逆流24

2242⨯⨯

单板换热面积 A o = 0.368 m 2

单流道截面积 A ε = 0.0013392 m

2

当量直径 d e = 0.0072 m

板片厚度 δo = 0.0008 ( 材料为18.8不锈钢 )

传热和压降计算关联式如下：)4.03.0(64

.0Pr Re 349.0或=Nu

886.0695

.0Re

44329Re 107744::--==Eu Eu

扩张流道压缩流道

若采用此换热器，则要求过程的总传热系数K ≥3100 W ／(m 2·℃)。

四、验 证

（1）算两流体的流速u ：

高温水流速：s m A n w u 311.00013392

.024360017

.9703491436002111

=⨯⨯==

ερ

循环水流速：s m A n w u 31.00013392

.02436003

.9763497236002222

=⨯⨯==

ερ

（2）算雷诺数Re ：

554510

4025.031

.00072.0Re 6307

10355.0311

.00072.0Re 6

2

261

1

12

=⨯⨯=

=

=⨯⨯==--ν

ν

u d u d e e

（3）计算努塞尔特数Nu ：

7

.125465.25545

349.0Pr Re 349.06

.119145.26307349.0Pr Re 349.04

.0641

.04

.02641

.02

23.0641.03.01641

.011=⨯⨯===⨯⨯==Nu Nu

（4）求两流体的传热系数α：

高温水传热系数：()C m W d Nu

e

︒⋅=⨯

==21

1

1

112000072

.067425

.06.119λ

α

循环水传热系数：()C m W d Nu

e

︒⋅=⨯

==22

2

2

116790072

.0669

.07.125λ

α

（5）求污垢热阻R ：