热质交换原理与设备--绪论课件

热交换器原理与设计南京师范大学南京师范大学能源与机械工程学院能源与机械工程学院Principle and Design of heat exchanger热交换器原理与设计热交换器原理与设计学时：54 学分：2.0教材教材热交换器原理与设计（第四版）史美中 王中铮编 东南大学出版社 2009年参考书目参考书目1.换热器原理与设计 余建祖编 北京航空航天大学出版社 2006年2.换热器 秦叔经 叶文邦编 化学工业出版社 2002年课程的性质和目的 本课程是热能与动力工程等专业的一门重要专业选修课，热质交换设备是能源、动力、化工、冶金等各工程领域普遍使用的基本设备。该课程的目的在于使学生获得一定的有关热质交换器原理与设计的理论知识、相应的设计和计算能力。它不仅巩固了学生所学的专业基础理论，也是培养学生分析和解决工程实际问题能力的重要环节之一。第第0章：绪论章：绪论概述部分换热器的定义换热器的分类换热器设计计算内容l定义定义：在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备称为热交换器。0.1 0.1 热交换器的定义热交换器的定义条件条件：至少有两种不同温度的流体参与传热，一种流体温度较高，放出热量，另一种流体温度较低，吸收热量。l这里所讲的热交换器是以实现传热为目的的设备，也有些设备并非以传热为目的，在完成指定生产工艺的同时也伴随着热量交换，但这些设备不在本书的范畴之内。l这些设备有：制冷设备、干燥设备、精馏设备等。l工程应用工程应用热电工程热电工程：省煤器、空气预热器、过热器、凝汽器、除氧器、给水加热器等。制冷空调制冷空调：蒸发器和冷凝器、冷却塔、冷冻水-空气热交换器等。其它方面其它方面：石油化工、冶金、建筑、食品、医疗及航空航天领域等。0.1 0.1 热交换器的定义热交换器的定义0.1 0.1 热交换器的定义热交换器的定义热交换器还是工业余热利用最主要的利用方式，其性能的优劣直接决定了余热的利用效率。石油化工行业中，换热器的投资要占到建厂投资的20%左右，重量占工艺设备总重量的40%；年产30万吨的乙烯装置，换热器的投资就占到总投资的25%；一些大中型炼油企业中，各种热交换器的数量达到300500台。0.1 0.1 热交换器的定义热交换器的定义l工程应用的基本要求工程应用的基本要求l满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少，在有利的平均温差下工作；l要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济合理，运行可靠；l设备紧凑；l较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。0.1 0.1 热交换器的定义热交换器的定义l研究内容研究内容l强化传热机理的研究和新型热交换器的研制；l流体热物性的研究；l制造材料和防腐蚀技术的研究；l结垢和防垢技术的研究；l设计工作的自动化和制造技术的研究；l振动与防振措施的研究；l测试技术的研究；l换热器标准的制定研究等等。l按用途来分类按用途来分类(1)加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。(2)冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。(3)预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺的效率。(4)省煤器：用于加热锅炉的给水。(5)过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。(6)再热器：用于电厂再热循环。(7)蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。(8)冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类l按制造材料分类按制造材料分类(1)金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。(2)非金属材料换热器有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。非金属材料导热系数较小，但具有较强的耐腐蚀性，故也有很广泛的应用场所。0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类l按流动方向分类按流动方向分类0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类顺流式混流式逆流式错流式l按流动方向分类按流动方向分类0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类顺流式混流式逆流式总趋势为顺流的四次错流顺流总趋势逆流的四次错流错流逆流先顺后逆的混流先逆后顺的串联混流0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类总趋势顺流的四次错流l按传送热量分类按传送热量分类0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类间壁式热交换器间壁式热交换器 冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混合的场合。本课程重点介绍此类换热器。如各种管壳式、板式结构的换热器。可分为间壁式、混合式和蓄热式三类（最主要的分类）混合式（直接接触式）混合式（直接接触式）冷、热流体通过直接接触换热。典型的例子是冷却塔（冷水塔），喷射式热交换器。0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类蓄热式（回热式）蓄热式（回热式）冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体冷、热流体的热量传递借助于大热容量固体避免（蓄热媒介）实现。结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。适于高温气体热量的回收或冷却。如回转式空气预热器。烧嘴A烧嘴B交替切换钢坯Nox排放燃料燃料陶瓷球型蓄热体废气空气废气切换阀(1620 K)预热空气(1270 K)分散式余热回收方式0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类螺旋板热交换器平行板热交换器板翅式热交换器翅片管热交换器0.2 0.2 热交换器的分类热交换器的分类间壁式热交换器夹套式热交换器管式热交换器板式热交换器异型式热交换器喷淋式热交换器沉浸式热交换器套管式热交换器管壳式热交换器沉浸式热交换器沉浸式热交换器喷淋式热交换器喷淋式热交换器套管式热交换器套管式热交换器管壳式热交换器管壳式热交换器翅片管式热交换器翅片管式热交换器翅片管式热交换器翅片管式热交换器夹套式热交换器夹套式热交换器板翅式热交换器板翅式热交换器平行板式热交换器平行板式热交换器螺旋板式热交换器螺旋板式热交换器热交换器设计计算的内容如下：1）热计算（热力计算）传热系数 传热面积2）结构计算主要部件和构件尺寸3）流动阻力计算各类流动阻力，为选择泵和风机提供依据4）强度计算强度是否符合要求0.3 0.3 热交换器设计计算的内容热交换器设计计算的内容本章小结本章小结1）热交换器的概念2）换热器按流体流动方向的分类3）换热器按热量传送的方法分类4）换热器设计计算的内容