换热器相关知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,换热器相关知识简介,付玉龙,沈阳润通机电安装工程有限公司,三个基本自然规律,1，热量总是从热介子传向冷介质,2，两种介质只要有温差就会有传热发生,3，除去散热损失，热介质失去的热量总等于冷介质得到的热量,传热过程的基本方式,1，热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。热辐射虽然也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。热辐射是远距离传热的主要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。,2，导热：导热指物体中有温差时由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质的热传导性能不同，一般金属都是热的良导体，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液体和气体都是热的不良导体，石棉的热传导性能极差，常作为绝热材料。,3，对流：对流指由流体(液体、气体)中温度不同的各部分相互混合的宏观运动而引起的热传递现象。由于引起流体流动的动力不同，对流的类型可分为：（1）自由对流：由温度差形成的对流。（2）受迫对流：由外力作用形成的对流。受迫对流在传递热量的强度方面要大于自由对流。,加大液体或气体的流动速度，能加快对流传热。,热交换的形式,1，直接换热：两种换热介质直接接触。,例如在冷却塔中水和空气直接接触换热。,2，间接换热：两种换热介质之间不接触，有隔板隔开。,例如：两种介质在板式换热器中换热。,传热相关名词简介,温度,温度,:,是描述物体冷热程度的一个状态参数,.,1，热力学温度,:,单位是开尔文,符号是,K.,2，摄氏温度,:,单位是摄氏度,符号为,C.,备注：热力学温度,=,摄氏温度,+273.15,压 力,压力,:,单位面积上所受的垂直力称为压力,绝对压力,=,大气压力,+,表压力,压力的单位,:1,牛顿每平方米,=1 Pa(,帕,),1 MPa=10 6 Pa,1 bar=0.1 MPa,1 bar=1.01972 kgf/cm 2,1 kgf/cm 2=10 mH2O,热 量,热量,:,通过热力系边界所传递的除功以外的能量,.,热量的单位,:,焦耳,(J),千焦,(kJ),卡,(cal),千卡,(Kcal),1,焦耳,=0.239,卡,1,瓦特,(w)=1,焦耳,J/,秒,s,1 KW=860 Kcal/h,1,万千卡,/,小时,=11.63 KW,备注：通常所说1吨的锅炉指的是发热量为60万大卡，约为670KW,比热及密度,比热,:,单位质量的介质温度每升高或降低,1,度所,需要吸收或放出的热量,.,水的比热,:1 Kcal/Kg C=4.18 KJ/KgC,密度,:,单位容积内工质的质量,单位：kg/m3.例如水密度：1000kg/m3,吨和公吨：中国都是1000千克；英美吨是1016千克,公吨是1000千克,粘度和导热系数,物质流动时内摩擦力的大小叫粘度。,导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，,两侧表面的温差为1度（K,C）,在1秒内，通过1,平方米面积传递的热量。,单位为瓦/米度（W/mK）,影响传热的因素,介质的比热,介质的密度,介质的粘度,介质的导热系数,介质的流动状态,1，层流（低雷诺数）,低传热系数，低流速，低压力损失,2，湍流（高雷诺数）,高传热系数，高流速，高压力损失,引注：雷诺数是,流体力学,中表征粘性影响的相似准数。为纪念O.雷诺而命名，记作Re。Re=vL/，、为流体密度和动力,粘度,，v、L为流场的特征速度和特征长度。对外流问题，v、L一般取远前方来流速度和物体主要尺寸(如机翼展长或圆球直径)；内流问题则取通道内平均流速和通道直径。雷诺数表示作用于流体微团的,惯性力,与粘性力之比。两个几何相似流场的雷诺数相等，则对应微团的惯性力与粘性力之比相等。雷诺数越小意味着粘性力影响越显著，越大则惯性力影响越显著。雷诺数很小的流动（如润滑膜内的流动），其粘性影响遍及全流场。雷诺数很大的流动（如一般飞行器绕流），其粘性影响仅在物面附近的,边界层,或尾迹中才是重要的。在涉及粘性影响的流体力学实验中，雷诺数是主要的相似准数。但很多模型实验的雷诺数远小于实物的雷诺数，因此研究修正方法和发展高雷诺数实验设备是流体力学实验研究的重要课题。一般管道雷诺数Re4000为紊流状态，Re=20004000为过渡状态。在不同的流动状态下，流体的运动规律流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速与最大流速max的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。,无因次量(dimensionless)是指没有单位的,这种物理量与单位制度(公制或英制)无关。,公式,热量公式：,Q=C*M*T,Q:热量,C:比热 卡/克*摄氏度,M:介质流量,T：温差,热平衡公式：,C1*M1*T1=C2*M2*T2,传热公式：,Q=A*K*LMTD,K=传热系数，,LMTD=对数平均温差（算术平均温差）,A=换热面积,LMTD:二种流体在换热器中传热过程温差的积分平均值。,换热器配管一定要按照逆流方式来接。,换热器的分类,一、混合式换热器,冷热介质直接混合进行热量交换。例：冷却塔,选冷却塔参数：循环水量，当地湿球温度，冷却塔进出水温度,二、蓄热式换热器,热量通过蓄热材料进行传递。例：炼钢平炉的蓄热室,三、间壁式换热器,1，管式换热器,如：管壳式、套管式、螺旋管式等,2，板式换热器,如：板面式、螺旋板式、板壳式等,3，拓展表面式换热器,如：管翅式、板翅式、强化管式等,板式换热器与壳管式换热器对比一览,1，板式换热器主要由不锈钢或钛合金压制的传热片、密封胶垫、夹紧 螺栓和压紧板整机框架等零部件组成。可耐各种腐蚀介质。,2，传热效率高,冷热介质通过相邻板片流经各自通道进行换热。由于板片上有人字形波纹,介质流动形成湍流,因此获得较高的换热效率。,高效节能,传热系数高。其换热系数可达2000-4500kcal/m2.(水-水换热),是相同流速下管壳式换热器的2倍以上。,3，使用安全可靠,结构紧凑,体积小,占地少,是同等换热面积管壳式换热器的四分之一左右。在密封垫上设有信号孔,能及时发现泄漏并排除,既能安全报警,又避免两种介质混合。,4，组合灵活,调整维修方便。松开压紧螺母即可进行清洗维护,更换胶垫或板片。板式换热器板片均为独立元件,可按用户要求随意增减换热面积和流程。,板式换热器介绍,板式换热器,分类：钎焊式、半焊式、全焊式、拼装式等,拼装式换热器组成：前后挡板、螺栓，板片、垫片等,根据使用工况及不同介质,板片材质可选用AISI304;AISI316;Ti等，普通工况板片使用寿命在8年左右,垫片材质分为NBR(丁晴橡胶）；EPDM（三元乙丙）；氟橡胶等，普通工况板片使用寿命在5年左右,板纹分为H板和L板，组合方式分为6种。,接口形式：丝接、法兰、卡箍（医药工艺用）,在换热器介质进口处加装过滤器。过滤器目数为1英寸长度中的筛孔数目，并简称为目。,工作温度：最高可到160,工作压力：最高可到2.5Mpa,介质流动方式分为：同侧流和对角流,换热器选型,概算,通常国产换热器1换热面积可满足500民用建筑供暖面积使用要求（小温差换热及除外）,进口或合资品牌换热器同种工况下的换热面积约为国产换热器的1/2左右,在普通工况下国产换热器的换热系数为25004500 W/mK，进口或合资品牌换热器可达到35007000 W/mK，系统不是很大的汽水换热工况下进口或合资品牌换热器换热系数甚至可达10000 W/mK以上。,不同厂家不同型号的换热器，同种换热器在不同工况下的换热系数都会有所差别，如果想准确计算出换热器的换热面积需提供选型相关参数给厂家校核计算。需提供参数如下：,总换热量：Q,一次侧介质供回水温度：T1供/T1回,二次侧介质供回水温度：T2供/T2回,但我们自己也可粗略计算出换热器的换热面积：,例如：有一大厦建筑面积为45000，换热站为冬季采暖用。大厦采用空调系统，热力公司外网工会水温度为90,/70,计算配套换热器换热面积？,Q=45000*80W/=3400000W=3400KW,注：普通民用建筑的热指标为6080W/,空调系统冬季使用的设计参数为60/50,故大厦系统水通过换热器的供回水温度为50/60,根据传热公式Q=A*K*LMTD,1，取国产换热器K=3000 W/mK,从而计算出国产换热器换热面积为45.3,2，取进口换热器K=4200 W/mK,从而计算出国产换热器换热面积为32.4,