从传热系数分析”氟塑料换热器“和”金属换热器“的换热效率
工程热力学与传热学 第十八章 传热过程分析与换热器计算
Q = kA(t1 − t 2 ) = kA∆t m
热流体放出的热量 冷流体吸收的热量
′ ′ Q1 = q m1c1 (t1 − t1′) ′ ′ Q2 = q m c 2 (t 2′ − t 2 )
′ ′ ′ ′ q m1c1 (t1 − t1′) = q m 2 c 2 (t 2′ − t 2 )
A2 β = A1
肋片越高，肋距越小，肋化系 数就越大。
' 肋片与流体的换热量 α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ' α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2η f
ηf 为肋片效率 加肋侧与流体的换热量
' ' Q = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2' +α 2 (t w 2 − t f 2 2) A2η f ' ' A2' A2 = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ( + η f ) A2 A2
图9-6 交叉流换热器示意图
4）板式换热器。板式换热器由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，两相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，冷、 热流体间隔地在每个通道中流动。为强化换热并增加板片的刚度，常在平 板上压制出各种波纹。板式换热器中冷、热流体的流动有多种布置方式， 图9-7所示为1-1型板式换热器的逆流布置，这里的1-1型表示冷、热流体 都只流过一个通道。板式换热器拆卸清洗方便，故适合于含有易污染物的 流体(如牛奶等有机流体)的换热。
图9-4 简单的壳管式换热器示意图
为了提高管程流体的流速，在图9-4所示的换热器中，一端的封头里 加了 一块隔板，构成了两管程的结构，称为l-2型换热器(此处l表示壳程 数，2表示管程数)。图9-5所示是一个1-2型换热器的剖面图。
第九章 传热过程分析和换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
板式换热器换热系数或传热系数
板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。
尽管其发展已有近百年历史,且在国民经济的少数部门(如食品、制药)有着比较广泛的应用,但是由于耐温、耐压、耐腐蚀能力而制约其在各个部门的全面推广和应用。
进入80年代以来,由于制造技术、垫片材料的不断进步以及传热理论的不断完善,板式换热器的应用越来越受到工业生产部门的重视。
要确定一项强化传热新技术是否先进,必须对其进行评价。
但在实际的使用中,出现了多种评价强化传热的方法与评价指标。
有人主张采用换热量Q与消耗的泵(或风机)的功率N的比值,即能量系数作为评价指标,类似的也广泛采用K/ΔP以及无因次化的Nu/ζ来进行评价,为了更准确地反映强化传热的性能,进一步也可以使用K/ΔP1/3及Nu/ζ1/3作为指标。
随着传热技术的发展,换热器日益向体积小、重量轻的方向发展,同时在提高效率的前提下,要求操作费用降低。
在综合分析的基础上,提出了一套较为完整的性能评价数据,即维持输送功率、传热面积、传热负荷3因素中的两因素不变,比较第3因素的大小以评定传热性能的好坏。
这些评价都只是分析换热器的能量在数量上转换、传递、利用和损失的情况,即以热力学第一定律为基础。
为了更准确地反映热量交换过程能量在质量上的损失,在理论研究中也提出了许多基于热力学第二定律的评价方法,即分析换热器中火用的转换、传递、利用和损失的情况。
而进行技术推广应用时,还应考虑采用强化换热技术后管子等价格的增加和运行费用的变化,运用经济核算的方法进行评价,即热经济学的评价方法。
而在实际的使用过程中,进行强化传热新技术、新方法的研究更多采用简单易用的单一参数K,ΔP以及单一参数组合而成的K/ΔP,K/ΔP1/3来进行评价[9～11]。
而基于热力学第二定律的方法在设计过程中可用来判断换热器的性能,作为进一步改善的依据,但在工程上缺乏实用性。
a.提高板片的表面传热系数由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流( 雷诺数一1 5 0时 )，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。
换热器传热特性分析及其优化方法探讨
换热器传热特性分析及其优化方法探讨换热器是一个非常常见的设备，它在化工、冶金、能源及其他领域的广泛应用。
在许多工业应用中，换热器被用来完成液体和气体之间的热交换。
热交换器可以在不同的压力和温度下操作，为各种工业进程提供必要的热量。
因此，了解换热器的传热特性及其优化方法至关重要。
一、传热特性传热是换热器的主要功能之一。
换热器的传热特性受许多因素影响，包括工作流体的流动及物理特性、热交换面积和热传导材料等。
为了了解换热器的传热特性，需要进行传热计算和下列谈论。
（一）传热系数传热系数是评估换热器传热性能的关键参数。
传热系数的值越大，换热器的性能越好。
然而，传热系数并不固定，往往会受到许多因素的影响。
例如，在流体流动的不同阶段，传热系数的值可能会发生变化。
此外，热交换器的几何形状、热传导材料和流体特性也会影响传热系数。
（二）热阻热阻是另一个评估换热传热性能的参数。
它是用于测量热传导材料的能力，即抵抗流体通过热交换器时发生的温度变化。
热阻的大小通常由材料的热导率和交换表面积决定。
（三）热效率热效率也是评估换热器传热特性的一个重要参数，它是指能够通过换热器有效地传递热量的百分比。
热效率的提高可以改善换热器的性能，特别是在高压和高温的情况下。
（四）流体流动性流体流动性也是影响换热器传热性能的重要因素。
当流体流动速度较慢时，热交换表面上的传热系数较低，从而影响热传导。
然而，当流速过快时，流体反而不能体面地流过换热器。
因此，流体流动性的控制是非常必要和重要的。
二、优化方法在实际工作中，了解换热器传热特性的优化方法十分必要。
优化方法一般可以分为以下几类：（一）几何设计优化几何设计是一种优化换热器传热特性的方式。
通过优化换热器的几何形状和布局，可以改善热传导和传热系数。
例如，将热交换器构造成多级结构或改变管子的形状等，都可以达到更优的传热效果。
（二）流体流动优化通过优化流体流动性，也可以改善换热器传热特性。
例如，可以采用一些流体控制技术，例如使用激励剂或旋转流体介质等，从而使流体更平稳地流过换热器。
金属换热器热效率分析及FLUENT模拟在实际工程中的应用
加 热 钢 种
坯料规格／ ×ｍｍ￣ｍｍ ｍｍ
加 热 炉有 效 长 × 内宽 ／ ×ｍｍ ｍｍ
求。 通过核算 加热炉烟道截 面…、 高温换热器换热面积ｌ ２ ］ 、 排 烟量等 ，均 配套且符合规 范要求 。将 此工程 与 同类工
ｌ ０ ９８ ３ ３ ４ ２８ ４
＞４５ ０
空气预热温度／ ￣ Ｃ
烟 气 排 放 温 度／ ￣ Ｃ
＜２ ０ ８ 《 １５ ．
＜ １２ －４
氧化烧损／ ％
单 位 热 耗／ ＧＪ・ ｔ
此工程为 改造工程 ，炉尾延伸 后 由于车 间柱 子 的限 制，炉外烟道 需拐 ２个 弯之 后方能 出车 间，具体烟道布
置 见 图 ｌ 。
２ 烟道 内烟气流动 的 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ仿真模拟
为 了验证上述猜测 ，利用 Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ软件对烟道 内烟
气流动 进行仿真模 拟 。本文 采用Ⅳ一Ｓ ３ ］ 方程组作 为流场 计算的主控制方程， 采用标准ｋ 湍流模型计算湍流黏性 。 —ｓ 为 了验 证烟道 内烟 气流通路径及烟 道 内不 同位置 的
目前 ，加 热 炉 普遍 采用 烟 道 内放 置 金 属 换 热器 对 助 燃 空 气进 行 预 热 。 由于 场地 限制 或金 属 换 热器 摆 放
位 置 不 合理 ，往 往 造 成金 属换 热器 换 热效 率 降 低 ，从 而 导 致 助 燃 空气 温 度 低 、烟 气 排放 温 度高 ，造 成 能源
ＨＯＵ ｎ — ，Ｓ Ｙｉ ｇ ＷＵ ＯＮＧ ａ ・ ｉ Ｘｉ ｏ ｗｅ ，ＺＨＡＯ ａ — ｎ Ｘｉｏ ｗｅ
第10章传热过程分析与换热器热计算
第10章传热过程分析与换热器热计算第10章讨论了传热过程分析与换热器热计算。
本章包括以下内容：热平衡与热效率计算、传热器换热量计算和传热器性能参数。
热平衡与热效率计算是传热过程分析中的重要内容。
在传热过程中，可以根据热平衡原理对各部分的热量进行平衡分析。
通过对传热过程的热平衡计算，可以确定系统中各部分的热量传递情况。
热效率是衡量传热器工作效果的重要指标。
热效率表示传热器输入的热量能多大程度地用于升高工作流体的温度。
通过计算热效率，可以评估传热器的工作效果和性能。
传热器换热量计算是传热器设计中的核心内容。
传热器换热量是指在传热过程中通过传热器传递的热量。
传热过程中，通过传热器的热量可以通过传热器壁和传热介质之间的热传导、对流和辐射等方式传递。
通过计算传热器的换热量，可以确定传热器的传热效果和性能。
传热器性能参数是用于评估传热器工作性能的指标。
传热器性能参数包括热阻、效能和综合传热系数。
热阻反映了传热器在传热过程中的传热阻力，即传热介质通过传热器壁的传热阻力。
效能是用于评估传热器换热效果的指标，表示传热器实际传热量与理论最大传热量之间的比值。
综合传热系数是综合考虑传热器内外表面传热系数和传热器壁的热阻的传热系数。
在实际工程中，通过对传热过程进行分析和计算，可以确定传热器的要求和设计参数。
传热器的热平衡分析和换热量计算是传热器设计的基础，通过对传热器性能参数的评估，可以确定传热器的传热效果和性能。
总的来说，第10章主要介绍了传热过程分析和换热器热计算的内容。
通过对传热过程的分析和计算，可以确定传热器的要求和设计参数，评估传热器的工作效果和性能。
这对于传热器的设计和应用具有重要意义。
板式换热器的传热系数和阻力分析以及计算方法
板式换热器的传热系数和阻力分析以及计算方法
什幺是板式换热器
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。
各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。
板式换热器是液液、液汽进行热交换的理想设备。
它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。
在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。
板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。
板式换热器的传热系数和阻力分析
换热器中常使用换热器的传热而积和传热系数述语，这是一种习惯的有特定含义的名称。
因为换热器间壁两侧的表面积可能不同，所谓换热器的传热面积实际上指约定的某一侧的表而积，习惯上一般把换热系数较小的一侧的流体所接触的壁面表面积称为该换热器的传热面积，相对于该传热而积，单位时间、单位而积、在单位温差下所传递的热流量，称为该换热器的传热而积，因此传热系数也是相对于约定的某一侧的表而积而言的。
在换热器结构和估算中使用传热而积和传热系数是方便的。
而在换算器传热分析。
食品工程原理第二章 换热器
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三、管箱、折流板、挡板
1、管箱
管箱是位于换热器两端的重 要部件。它的作用是接纳由进口 管来的流体，并分配到各换热管 内，或是汇集由换热管流出的流 体，将其送入排出管输出。
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2、折流板与支承板
（1）提高壳程流体的流速； （2）增加流体流动的湍动程度； （3）控制壳程流体的流动方向与管束垂直，以增大传 热系数。 （4）在卧式换热器中，折流板还起着支撑管束的作用。
5
四、换热器的基本类型 按传热方式或工作原理分类
1、混合式换热器
热流体
冷流体
冷却塔 气压冷凝器 在传质的同时进行传热的塔设备等。
热流体
结构简单，传热效果好
局限：不能用于发生反应或有影响的
冷流体
流体之间，只适用于允许两流体混合
的场合。 6
2、蓄热式 蓄热室蓄热
气体的余热及其冷量的利用
冷流体
结构简单，耐高温。
局限：设备体积较大，有交叉 污染，温度波动大。不能用于 两流体不允许混合的场合。
热流体
热流体
冷流体
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蓄热室流动与换热示意图
蓄热式浮动盘管换热器
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3、间壁式 固体壁面换热
应用最为广泛，形式多种多样
夹套式换热器 沉浸式蛇管换热器 套管式换热器
板式换热器 喷淋式换热器 列管式换热器
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第二节 间壁式换热器的主要类型
管间距≥1.25d0，便于管子与管板间的连接，因为 对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都 会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离 为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损坏。
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1
从传热系数分析“金属换热器”和“氟塑料换热器”的换热效率
以选择聚四氟乙烯管壳式换热器为例：
传热系数计算式：
2211
111
RR
k
假定：当不考虑管壁污垢的影响，1与2取极限值，即R1=R2=0，
1
=
2
趋于无穷大，则：式中：
K—传热系数，W/(m²·℃)
λ—聚四氟乙烯的导热系数，W/（m·℃)
R
1
—热流体侧的污垢热阻，（m²·℃)/W
R
2
—冷流体侧的污垢热阻，（m²·℃)/W
1
—管侧膜系数，W/（m²·℃）
2
—壳侧膜系数，W/(m²·℃)
δ—管壁厚度，m
从传热系数计算式可以看出：当不考虑管壁污垢的影响时，管壁热阻就决定
了传热系数的极限，即不论采用何种办法来强化管壁两侧流体的对流给热并使之
为最理想状态，其传热系数最终由管壁的厚度决定。实际上人们在设计和使用氟
塑料换热器时还会综合考虑其他影响氟塑料换热器传热系数的因素，诸如工艺条
件、结构型式、换热管径大小、换热管内外管壁是否光滑、流体种类与流速状态、
流体是否混浊或有无沉积物或有无固体颗粒、热交换时有无搅拌等。因此，在某
些工艺条件允许的情况下尽量减小的管壁厚度是提高传热系数的有效方法。这也
就是某些厂家愿意选择小管径、薄管壁的氟塑料管作为换热管的重要原因。氟塑
料换热器的换热管束采用小管径、薄管壁与金属换热器相比较其单位体积具有更
多的热交换面积，这样尚能弥补氟塑料本身导热系数低所带来的缺陷。金属换热
器的初始传热系数比氟塑料换热器的传热系数大，但金属换热器随着使用时间的
延续，其换热管束的污垢层厚度逐渐增加而使传热系数逐渐降低。氟塑料换热管
壁表面光滑且不易结垢，工作时在流体温度变化的作用下换热管束易沿轴向和径
向方向频繁伸缩，其结果可除去污垢有利热交换。众所周知判定一台换热器传热
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效果的好坏并不取决于初始的传热系数，而氟塑料换热器的传热系数则基本恒
定。事实上也有事例证明在使用一段时间后，两种材质的换热器其（也就是氟塑
料换热器）传热系数相比有可能相差无几。所以氟塑料换热管束表面的相对干净
是稳定传热能力必不可少的条件之一。