热交换器原理与设计-管壳式热交换器设计21-23
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。
热交换器计算及设计
针对现成的热交换器，目的在于确定流体的出 口温度，并了解该换热器在各种工况下的性能 变化，判断能否完成非设计工况下的换热任务
热交换器热力计算核心参数
传热面积 ＆传热量
热流体出 冷流体入 口温度 口温度
热流体入 口温度
冷流体出 口温度
热力计算的核心在于寻找上面五个物理量之间的关系
换热器设计基本关系式
制糖造纸工业中的蒸发器等等 化工、航天、机械制造、食品、医药行业中。。
凝汽式燃煤电厂生产过程
凝汽部分换热过程
低压加热器
除氧器换热过程
高压加热器
省煤器
过热器
空预器
对换热器的基本要求
满足工艺要求，热交换强度高，热损失小 工艺结构在工作温度压力下不易遭到破坏，
制造简单，维修方便，运行可靠 设备紧凑（对于航天、余热利用、大型设
按照传送热量的方法：间壁式、混合 式、蓄热式（回热式）、流体耦合间 接式等
按照流动方向的分类
a. 顺流 b. 逆流 c. 交叉流（错流） d. 总趋势为逆流的四次
错流 e. 总趋势为顺流的四次
错流 f. 混流式：先顺后逆平
行流 g. 混流式：先逆后顺的
串联混和流
按照热量传输方式划分
间壁式换热器 冷流体和热流体之
该类型热交换器的管子常用直管（蛇管）或螺旋弯管（盘 管）组成传热面，将管子沉浸在液体的容器或池内
多用于液体预热器、蒸发器或气体冷却、冷凝 管外液体中的传热以自然对流方式进行，传热系数低，体
积大，但是结构简单、制造、修理、清洗方便。
沉浸蛇管换热
管式热交换器类型
－喷淋式热交换器
该类型热交换器将冷却水 直接喷淋到管子外表面使 管内的热流体冷却或冷凝
热交换器的设计
热交换器的设计在工业制造领域，热交换器是一种常见的设备，用于加热、冷却和传热，例如在化学工程、石油工业、制冷和空调系统等领域。
热交换器可被定义为一个由多种不同材料制成的设备，它们可以将热量从一个介质传输到另一个介质，并实现温度的交换和控制，从而满足工业生产需求。
因此，一个优秀热交换器的设计对于提高生产效率和保证产品质量十分重要。
一般而言，一个热交换器主要由两部分组成：热传导面和流体通道，它们是直接影响热交换器性能的关键因素。
其中，热传导面负责向流体中传递热量，一般常采用金属材料，例如铜、铁和铝等。
流体通道则负责将流体从一个区域输送到另一个区域，一般有塑料和金属材料两种。
另外，热交换器还可以根据不同的工艺要求设计不同的结构形式，例如直角式、U形式、管式等，以便于满足不同的工业生产需要。
在设计热交换器时，需要考虑到以下因素：热交换器的传热效率、流体通道的结构和材料以及热传导面的材料。
传热效率是热交换器设计最关键的指标之一，可通过增加热传导面积来提高。
此外，对于流体通道的设计，需要充分考虑流体在管道中的流动状态，以便于保证流体畅通，避免热传导过程中的热阻；同时，选择合适材料也是有效提高热交换器性能的直接途径。
例如，在化工中使用的有机溶剂可能会对一些材料产生腐蚀，因此在热交换器设计时选择材料应特别注意。
除了传热效率和材料选择外，热交换器设计还需要考虑使用领域，并根据特定的行业需求进行调整。
例如，在化学工厂中，一些危险物质需要特殊处理方式。
此时，热交换器的结构和材料也需要根据化学要求进行调整。
一般可以采用包括耐腐蚀、耐压等一些特殊材料，如316L不锈钢、625镍基合金等。
在日益发展的工业生产领域，热交换器的设计直接影响到生产成本和工业品质。
随着工业领域不断发展，热交换器的应用也会不断普及，因此热交换器设计也将处于不断改进和提高的趋势。
相信随着科技的发展，热交换器的性能将不断提升，为各行各业的生产带来更加便捷、经济的解决方案。
什么是热交换器？热交换器原理与设计
什么是热交换器？热交换器原理与设计
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产
中占有重要地位。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸
发器和再沸器等，应用更加广泛。
换热器分类：
按传送热量方式可分为：间壁式、混合式、蓄热式（或称回热式）三大类;
按其表面的紧凑程度可分为紧凑式和非紧凑式两类。
换热器如何进行热交换？
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其过程中流体各部位之间不发生相对的方式，。
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。
管壳式热交换器的设计程序.doc
一般的设计程序如下：(1)根据设计任务搜集有关的原始资料，并选定热交换器的形式等。
原始资料应包括：流体的物理化学性质（如解构性、腐蚀性、爆炸性、化学作用等），流体的流量、压力、温度、热负荷，设备安装场所的限制，材质的限制，压降的限制等等。
（2）确定定性温度，并查取物性数据；（3）由热平衡计算热负荷及热流体或冷流体的流量：（4）选择壳体和管子的材料;(5)选定流动方式，确定流体的流动空间；（6）求出平均温差；（7）初选传热系数K’，并初算传热面积F’；（8）设计热交换器的结构（或选择标准型号的热交换器），包括：1.选取管径和管程流体流速；2.确定每程管数、管长、总管数；3.确定管子排列方式、管间距、壳体内径和连续管直径等；4.确定壳侧程数及纵向隔板数目、尺寸，或折流板的数目、间距、尺寸等壳程结构尺寸。
在这一步中最好通过草图确定有关数据和传热面积F’’(F’’一般与F’不会正好相等)。
（9）管程换热计算及阻力计算，当换热系数远大于初选传热系数且压降小于允许压降时，才能进行下一步计算，否则要重选K’，并调整结构。
（10）壳程换热计算。
根据采用的结构，假定壁温和计算换热系数，若不合理则应调整壳程结构直至满意为止。
（11）核对传热系数和传热面积。
根据管、壳程换热系数及污垢热阻、壁面热阻等，算出传热系数K及传热面积F。
考虑到换热计算公式中的不定因素、运行条件与设计条件的差异、日后由于严重结垢或泄漏不得不堵塞一些管子以及紧急和反常情况下流体的参数可能在短时间内发生变化等诸多原因，因为要求由结构计算确定的传热面积F’’比计算出的所需传热面积F大10%~20%时，才认为满足要求。
（12）核算壁温。
要求与假定的壁温相符。
（13）计算壳程阻力，使之小于允许压降，若压降不符合要求，要调整流速或结构尺寸。
（14）对热交换器的零部件进行强度计算。
例如壳体壁厚，管板、封头和法兰的厚度、尺寸，支座型式和尺寸，螺钉大小和个数等等。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
热交换器工作原理
热交换器工作原理热交换器是一种用于传递热量的装置，广泛应用于许多领域，包括空调系统、供热系统、化工工艺和能源回收等。
它的工作原理基于热量的传递和流体的流动。
本文将详细介绍热交换器的工作原理及其相关要素。
1. 热交换器的组成部分热交换器主要由两个流体通道及其之间的传热表面构成。
通常情况下，其中一个流体通过管道流动，被称为“热介质”，而另一个流体流经平板或管壳内部，被称为“工作介质”。
两个流体通过传热表面进行热量传递，实现能量的交换。
2. 热交换器的工作过程热交换器的工作过程分为两个基本步骤：传热和流体流动。
在传热过程中，热介质的热量通过传热表面传递给工作介质，同时工作介质的冷热被传递给热介质。
而在流体流动过程中，热介质和工作介质通过各自的管道进出热交换器，保持流动状态以确保热量传递效果。
3. 传热的方式热交换器中，热量的传递主要通过三种方式实现：对流、传导和辐射。
对流传热是指流体的运动带来的热量传递。
流体在传热表面上流动时，会带走或吸收传热表面的热量，实现热量的传递。
这是热交换器传热效率高的一种方式。
传导传热是指热量通过传热表面的物质直接传递。
传热表面通常采用导热性能较好的金属材料制成，这样能够有效地传导热量。
辐射传热是指两个物体之间的热量通过电磁波辐射传递。
在热交换器的传热表面，热量会以辐射的形式传递给另一个流体。
4. 流体流动的方式热交换器中的流体流动方式主要分为两种：串行流动和并行流动。
串行流动是指热介质和工作介质在热交换器中分别以串行的方式流动。
这种流动方式的特点是两个流体的进出口分别位于相反的两端，流经整个传热表面后离开热交换器。
并行流动是指热介质和工作介质在热交换器中以相同的方向流动。
这种流动方式的特点是两个流体的进出口位于相同的一端，并且在传热表面上并行流动。
5. 其他因素的影响除了传热方式和流体流动方式外，热交换器的工作效果还受到其他因素的影响，这些因素包括流体的物性参数、流体流速、传热表面的材料以及热交换器的结构等。
热交换器原理与设计—第1章_热交换器热计算的基本原理_(1)
两种流体中只有一种横向混合的错流式热交换器，其 值为：
能源与动力工程教研室
对于某种特定的流动形式， 是辅助参数P、R的函 数 f ( P, R) 该函数形式因流动方式而异。
对于只有一种流体有横向混合的错流式热交换器， 可将辅助参数的取法归纳为：
t m ,算术
t max t min 2
使用条件：如果流体的温度沿传热面变化不大， 范围在
t max 2 内可以使用算数平均温差。 t min
能源与动力工程教研室
算术平均与对数平均温差
t m ,算术
t max t min 2
t m ,对数
t max t min t max ln t min
R 1 t t 2 2 1 P ln 1 PR
的函数
t1m,c
能源与动力工程教研室
为了简化 的计算，引入两辅助参数：
t 2 t2 p t2 t1
t1 t1 R t 2 t2
冷流体的加热度 两种流体的进口温差
能源与动力工程教研室
1.2 平均温差
1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差
简单顺流时的对数平均温差 假设：
(1)冷热流体的质量流量qm2、qm1 以及比热容c2, c1是常数； (2)传热系数是常数；
(3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量 可以忽略不计。 下标1、2分别代表热冷流体。 上标1撇和2撇分别代表进出口
能源与动力工程教研室
在假设的基础上，并已知冷热流体的 进出口温度，现在来看图中微元换热 面dA一段的传热。温差为：
热交换器工作原理热交换器工作
热交换器工作原理热交换器工作原理一、热交换器的概念和分类热交换器是一种用于传递热量的设备，它通过将两种不同介质之间的热量传递来实现加热或冷却的目的。
根据其结构和工作原理，热交换器可以分为管壳式、板式、螺旋式、卷管式等多种类型。
二、管壳式热交换器的工作原理管壳式热交换器是最常见的一种类型，它由一个外壳和一个内置在外壳内部的管束组成。
被加热或冷却介质通过管束中流过，而另一种介质则在外部流过。
这两种介质之间通过管子进行传导，从而实现了传递热量的目的。
三、板式热交换器的工作原理板式热交换器是由许多平行排列并夹在两个端板之间的金属板组成。
被加热或冷却介质分别在相邻板之间流过，而另一种介质则在相邻板之间流过。
这些金属板上有许多小孔，使得两种介质可以互相接触并进行传导。
四、螺旋式热交换器的工作原理螺旋式热交换器是由两个同心的螺旋形金属管组成。
被加热或冷却介质在内管中流过，而另一种介质则在外管中流过。
这两种介质之间通过金属管壁进行传导，从而实现了传递热量的目的。
五、卷管式热交换器的工作原理卷管式热交换器是由一个或多个螺旋形金属管组成的。
被加热或冷却介质在内部流过，而另一种介质则在外部流过。
这两种介质之间通过金属管壁进行传导，从而实现了传递热量的目的。
六、热交换器的应用范围由于其高效节能、安全可靠等特点，热交换器广泛应用于化学工程、冶金工业、造纸工业、环保工程等领域。
同时，在船舶、汽车等领域也有着重要应用。
七、总结总体来说，无论是哪一种类型的热交换器，其基本原理都是通过将两种不同介质之间的热量传递来实现加热或冷却的目的。
在实际应用中，我们需要根据不同的工作条件和要求选择合适的热交换器类型，从而达到最佳的效果。
列管式换热器设计正文
摘要在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们是上述这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着我国工业的不断发展,对能源利用、开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样,不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。
在换热器设计中,首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算，并确定换热器的结构尺寸、材料。
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程列管式换热器。
关键词:温度传热面积结构尺寸材料１．前言１.１列管式换热器设计的意义换热器是建筑采热取暖生产中必不可少的设备,近几年由于新技术的发展，各种类型的换热器越来越受工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，广泛应用于化工、医药、食品饮料、酒精生产、制冷、民用等工艺；因此,无论是从工业的发展还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
1.2列管式换热器的工作原理进行换热的冷热两种流体,一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。
挡板可提高壳程流体速度,迫使流体ﻫ按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。
换热管在管板上按等边三角形或正方形排列。
等边三角形排列较紧凑,管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易ﻫ结垢的流体。
ﻫ流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。
按换热方式可分为单壳程单管程换热器、双管程、多管程、多壳程换热器。