换热器节能设计分析
换热器节能设计分析
【摘要】换热器中采用节能技术不仅能提高能源利用率，减少金属材料的消耗，而且对推进石油、化工、制药等行业的节能减排工作有着积极意义。介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法，分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。
【关键词】换热器节能强化传热
1 管壳式换热器的传热原理
根据传热学基本公式：Q=KF△tm，由上式可知，提高传热效率的途径有三条：提高传热系数K；增大换热面积F；加大对数平均温差△tm。增大换热面积和加大对数平均温差都不是理想的途径，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和投资费用的大幅度增加，而加大对数平均温差又要受到公用工程条件和分离物系性质的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。传热系数K是换热器的主要性能参数，众所周知其计算公式为：
传热系数K值的大小与管内换热系数ai、管外换热系数ao、管内和管外的污垢系数ri和ro、换热管的外径与内径之比do/di、换热管材料的热导率λw以及管厚度δw有关。而换热管的材料、规格一旦选定，则管外径与内径之比、壁厚及导热系数等参数也随之确定下来。所以，提高管内、外换热系数ai和ao、降低污垢系数ri和ro，才能够提高换热器的总传热系数K。
2 管壳式换热器强化传热方法
由传热机理可以看出，提高换热器的传热效率就要想办法提高管内、外换热系数、降低管内、外污垢系数。管壳式换热器的强化传热研究经过多年发展，目前已经取得了许多广泛使用的成果。以下从管程强化与壳程强化两个方面分析管壳式换热器强化传热方法。
2.1 管程强化
2.1.1 传热管的改进
采用了低肋管、螺纹管、波纹管等代替常用换热器的普通光滑管，不仅增加换热面积，而且利用粗糙传热面强化边界层湍流度提高传热系数，从而使管程强化传热有了较大的突破。低肋管是开发较早的换热管之一，主要应用于强化沸腾传热，不仅其换热系数较高，而且能有效地扩大传热面积，光滑管的传热面积只是低肋管的38%。但是低肋管也有其自身的弱点：在低热流率下，换热管的传热性能在上、下两部分相差比较大，上部优于下部，不过随着热流率增加差距会逐渐减少，此外该管型带来的流动阻力会比较大。螺纹管是一种由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管，适用于强化对流、冷凝传热。从内、外螺纹管与光滑
换热器原理介绍
换热器基础知识 简单计算板式换热器板片面积 选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法： Q=K×F×Δt， Q——热负荷 K——传热系数 F——换热面积 Δt——传热对数温差 传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。 换热器的分类与结构形式 换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： 一、换热器按传热原理可分为： 1、表面式换热器 表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。 2、蓄热式换热器 蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 3、流体连接间接式换热器 流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。 4、直接接触式换热器 直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。 二、换热器按用途分为： 1、加热器 加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。 2、预热器 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器 过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
先进换热装备的制造及高效节能设计
先进换热装备的制造及高效节能设计 朱冬生1,2，郭新超2 (1.华东理工大学机械与动力工程学院 承压系统与安全教育部重点实验室，上海200237 2.华南理工大学化学与化工学院 传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州 510640） 摘要：先进换热装备的制造及高效节能设计是实现低碳经济技术发展的前沿科技，也是国家节能减排的重大需求。本文介绍一高端节能技术创新成果--激光焊接内高压膨胀（无模具）快速成型高效节能换热器制造技术，可实现耐污垢可清洗组合栅板式换热器快速成型制造；通过高效节能技术设计成体积小的组合式栅板换热器，以适应行业不同节能工艺和场地的需求。 耐污垢可清洗组合式栅板换热器可以使换热器传热能力增加10％-20％，壳程阻力下降50-70%，实现节能25-35%。 关键词：先进换热设备、组合式栅板换热器、节能、激光焊接 The Manufacturing and the Design of High Efficiency and Energy-saving on the Advanced Heat Transmission Equipment Zhu Dongsheng1,2,Guo Xinchao2 （1.School of Machinery and Power Engineering of East China University of Science and Technology The Key Laboratory of Safety Science of Pressurized System,Ministry of Education ,Shanghai 200237 2.School of Chemistry and Chemical Engineering of South China University of Technology The Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Ministry of Education Guangdong Guangzhou 510640) Abstract:The manufacturing and the design of high efficiency and energy-saving on the advanced heat transmission equipment is the frontier science and technology to achieve a low carbon economy technology. And it is also the great demand of energy conservation and emission reduction of our country. This paper introduces a high energy-saving technology innovation-laser welding internal,high-pressure expansion (not die)and rapid prototyping manufacturing technology. It can produce a combination resistant dirt cleaning plate heat exchanger. The combination plate heat exchanger which is made by the technology of high efficiency and energy-saving has the advantages of small size ,so it can adapt to the different needs of energy-saving technology and the site. Compared with the traditional heat exchanger ,the combination resistant dirt cleaning plate heat exchanger can increase 10-20% of heat transfer effect, reduce 50-70% of shell side resistance and increase 25- 35% of energy-saving. Keywords:the advanced heat transmission equipment; combination plate heat exchanger; energy saving;laser welding 1.前言 我国把制造业列为了我国工业化的支柱产业，并作为国家发展战略目标。先进换热装备的制造及高效节能设计瞄准低碳经济技术发展的前沿，结合国家节能减排的重大需求，从提高设计、制造和集成能力入手，研究先进制造的关键技术、换热装备的制造，以高效设计低碳运行为指导思想[1]。以推进换热器制造业信息化、自动化，发展节能、降耗、环保、高效换热装备制造业，用高新技术和先进适用技术改造制造业，整体提升我国先进制造技术的研发水平和自主创新能力为主要目标。 2.先进可清洗组合栅板式节能换热器的快速制造技术 快速成型制造技术[2,3]是集CAD技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械电子工程等多学科、多技术为一体的新技术。传统的换热设备制造过程往往需要车、钳、铣、磨等多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具，制造成本高，周期长，而快速成型技术的出现,
换热器计算步骤
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 表2—1 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 （10）计算管数 N T （11）校核管流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径 D和壳程挡板形式及数量等 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3
换热器在节能方面的应用
126 时代的发展，社会越来越需要低碳工业。高效节能换热器开始逐渐替代传统换热器。高效节能换热器适用范围非常广泛，不仅具有较高的传热系数与压降低的优势，而且具有较高的防震动优势，在节能增产方面具有显著效果。在我国，能源供需在很大程度上对国民经济的发展形成阻碍。同时，我国是能源消耗大国，面对能源与环境的双重压力，高效节能换热器在石油化工产业中具有很大的发展优势。 1 换热器主要类型及技术原理 在石油化工生产中，对流传热主要使用单相流换热器。这种换热器在换热过程中不出现相变。管壳式换热器由于使用普通光滑管，因此，具有热效率低与操作费用高缺点，多用于物料加工过程、余热回收以及能量综合利用。而利用高效特型换热管代替光滑管后，能够显著提高传热效率，降低各种费用。同时，特殊几何形状的传热管，具有较好的自清洗作用，能够有效的提高设备使用时间。在对流传热中，经常使用内波外螺旋管、波纹管以及螺纹管作为传热管，有利于冷凝液体排出，有效减少积液滞留。 石油化工生产中，换热器主要实施加热、蒸发以及制冷等。其工作原理为：热量通过热流体传递给冷流体，进而使其达到科学适宜的温度。换热器实现换热通常通过表面、蓄热、流体、直接等方式实施换热，有的通过复合型换热达到换热目的。石油化工工业生产中，必须具备换热设备与科学规范的换热工艺流程才能实现换热目的。 2 换热器节能技术分析 1）管程节能技术。这种技术通过对传热面形状、对管内流体介质的湍流度或传热面进行改变，实现传热目的并达到节能效果。这种技术中内凸肋结构管元件具有非常重要的作用。元件中的螺旋槽管能够有效提高传热系数，减少冷凝传热的阻力。这种结构管的横纹管传热的性能较强，内翅片管能够有效增大传热面积，从而提高传热性能。它有效改变了光管内的流场与温度场，增大了传热效果。同时，管内插入物改变了流体的传热效果，促进了湍流。 在石油行业中，环境相对较差的工况，经常会运用热管换热器对废热进行回收。高含硫燃料生产、小分子烯烃生产中经常会产生很多废热，热管式换热器就能够对其进 行较好的回收，不仅有效节能而且还能够减少污染。 2）壳程节能技术。管壳式的换热器壳程强化传热技术，有效改变了管外与管内的支撑结构，起到了有效传热的效果。这种技术将直径小的金属管按照一定的比例在换热管内的截面中进行布置，对管束起到了较好的支撑作用，对流体的扰动也具有促进作用。这种结构方式，不仅增大了湍流速度，而且对管壁上的流体边界层有一定的破坏作用，因此，提高了传热效率。 3 高效节能螺旋折流板换热器应用效果分析 石油化工以及冶金等产业中，运用高效节能换热器具有非常大的优点。 1）具有较高的传热系数。高效节能换热器与传统换热器相比，在相同条件下，能够实现增强换热，有效降低壳程阻力损失， 2）换热中的介质不容易发生沉淀与结垢。换热过程中，介质不存在流动死区，能够有效减少污垢沉积。高效节能螺旋折流板换热器，能够有效延长使用寿命、缩短维修时间，从而降低了检修维护费用。 3）高效节能换热器压降低、能耗小。弓形折流板换热器介质流动比较大，压力损失也比较大。而高效螺旋折流板换热器中的介质不会发生较大改变，因此，压力降较小，降低了损耗。 4）维护修费用较低。高效螺旋折流板换热器中只是折流板和换热管与传统换热器不同，如果实施管束更新，只对管束实施更新就可以了。因此，能够节约检修费用。 5）高效螺旋折流板换热器具有非常好的抗震性能。壳程流体与管子轴向角度设计比较科学，有效降低了流体对管子的冲击，缩短了管束的有效跨距。加大了管子和流体产生的振动频率差距，进而减少了共振发生的次数。 6）适用范围比较广。由于这种换热器流道流程长且单一弯曲，因此，流体能够有效提高流体扰动能力，能够破坏管子上的液膜，降低了污垢的产生。这种换热器壳程适合不同介质运行。 4 石油化工生产中换热器应用策略分析 1）换热器扩能改造。石油化工生产中，经常会实施换热器的扩能改造。实施改造后，换热器负荷能够提高四分之一到二分之一。通常情况下，根据生产需要，会对光 换热器在节能方面的应用 桑增亮 王朝丽 崔玉清 南京天华化学工程有限公司 江苏 南京 211178 摘要：本文对换热器的主要类型和技术原理进行了阐述，并对其节能技术在石化生产中的应用进行了研究。关键词：换热器 节能 石油化工 Application of heat exchanger in energy saving Sang Zengliang，Wang Chaoli，Cui Yuqing Nanjing Tianhua Chemical Engineering Co.，Ltd.，Nanjing 211178，China Abstract：This article describes the types and principles of heat exchanger along with the application of related energy saving technologies in petrochemical industry. Keywords：heat exchanger；energy saving；petrochemical industry （下转第146页）
换热器性能综合测试实验
第一章实验装置说明 第一节系统概述 一、装置概述 目前我国传热元件的结构形式繁多，其换热性能差异较大，在合理选用和设计换热器的过程中，传热系数是度量其性能好坏的重要指标。本装置通过以应用较为广泛的间壁式换热器（共有套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器四种）为实验对象，对其传热性能进行测试。。 二、系统特点 1.采用四种不同结构的换热器（分别为套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器）作为实验对象，对其进行性能测量。 2.实验装置可测定换热器总的传热系数、对数传热温差和热平衡误差等，并能根据不同的换热器对传热情况和性能进行比较分析。 3.实验装置采用工业现场的真实换热器部件，与实际应用接轨。 三、技术性能 1.输入电源：三相五线制 AC380V±10% 50Hz 2.工作环境：温度-10℃～+40℃；相对湿度＜85%(25℃)；海拔＜4000m 3.装置容量：＜4kVA 4.套管式换热器：换热面积0.14m2 5.螺旋板式换换热器：换热面积1m2 6.列管式换热器：换热面积0.5m2 7.钎焊板式换热器：0.144m2 8.电加热器总功率：＜3.5kW 9.安全保护：设有电流型漏电保护、接地保护，安全符合国家标准。 四、系统配置 1.被控对象系统：主要由不锈钢钢架、热水箱、热水泵、冷水箱、冷水泵、涡轮流量计、PT100温度传感器、板式换热器、列管式换热器、套管式换热器、螺旋板式换热器、冷凝器、电加热棒、电磁阀、电动球阀、黄铜闸阀以及管道管件等。 2.控制系统：主要由电源控制箱、漏电保护器、温度控制仪、流量显示仪、调压模块、开关电源以及开关指示灯等。 第二节换热器的认识 一、换热器的形式 能使热流体向冷流体传递热量，满足工艺要求的装置称为换热器。换热器的形式有很多，
换热器节能设计分析
换热器节能设计分析 【摘要】换热器中采用节能技术不仅能提高能源利用率，减少金属材料的消耗，而且对推进石油、化工、制药等行业的节能减排工作有着积极意义。介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法，分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。 【关键词】换热器节能强化传热 1 管壳式换热器的传热原理 根据传热学基本公式：Q=KF△tm，由上式可知，提高传热效率的途径有三条：提高传热系数K；增大换热面积F；加大对数平均温差△tm。增大换热面积和加大对数平均温差都不是理想的途径，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和投资费用的大幅度增加，而加大对数平均温差又要受到公用工程条件和分离物系性质的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。传热系数K是换热器的主要性能参数，众所周知其计算公式为： 传热系数K值的大小与管内换热系数ai、管外换热系数ao、管内和管外的污垢系数ri和ro、换热管的外径与内径之比do/di、换热管材料的热导率λw以及管厚度δw有关。而换热管的材料、规格一旦选定，则管外径与内径之比、壁厚及导热系数等参数也随之确定下来。所以，提高管内、外换热系数ai和ao、降低污垢系数ri和ro，才能够提高换热器的总传热系数K。 2 管壳式换热器强化传热方法 由传热机理可以看出，提高换热器的传热效率就要想办法提高管内、外换热系数、降低管内、外污垢系数。管壳式换热器的强化传热研究经过多年发展，目前已经取得了许多广泛使用的成果。以下从管程强化与壳程强化两个方面分析管壳式换热器强化传热方法。 2.1 管程强化 2.1.1 传热管的改进 采用了低肋管、螺纹管、波纹管等代替常用换热器的普通光滑管，不仅增加换热面积，而且利用粗糙传热面强化边界层湍流度提高传热系数，从而使管程强化传热有了较大的突破。低肋管是开发较早的换热管之一，主要应用于强化沸腾传热，不仅其换热系数较高，而且能有效地扩大传热面积，光滑管的传热面积只是低肋管的38%。但是低肋管也有其自身的弱点：在低热流率下，换热管的传热性能在上、下两部分相差比较大，上部优于下部，不过随着热流率增加差距会逐渐减少，此外该管型带来的流动阻力会比较大。螺纹管是一种由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管，适用于强化对流、冷凝传热。从内、外螺纹管与光滑
换热器综合实验报告
实验四换热器综合实验报告 一、实验原理 换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用的均是间壁式换热器，热量通过 固体壁面由热流体传递给冷流体，包括：套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器。针对上述三种换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡温度等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 传热过程中传递的热量正比于冷、热流体间的温差及传热面积，即Q = KAΔT （1） 式中：A—传热面积，m2 （1）套管式换热器：0.45m2 （2）板式换热器：0.65m2 （3）管壳式换热器：1.05m2 电加热器：6kV ΔT—冷热流体间的平均温差，℃ K—换热器的传热系数，W/(m·℃) Q—冷热流体间单位时间交换的热量，W.冷热流体间的平均温差ΔT 常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器，对数平均温差由下式计算 除了顺流和逆流按公式（2）计算平均温差以外，其他流动形式的对数平均温差，都可 以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种传热学书上或换热器手册上查得。 换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验时，由恒温热水箱中出来的热水经水泵
和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温。从换热 器内管出来的已被冷却的热水仍然回到热水箱中，经再加热供循环使用。冷却水由冷水箱经 水泵、转子流量计后进入换热器套管，在套管中被加热后的冷却水排向外界，一般不再循环 使用。套管外包有保温层，以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量。 通常希望冷热侧热平衡误差小于3%。 实验中待各项温度达到稳定工况时，测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量， 就可以由下式计算通过换热面的总传热量 根据计算得到的传热量、对数平均温差及已知的换热面积，便可由公式（1）计算出传热系数K 。 换热器类型 方式 热进温度 热出温度 冷进温度 冷出温度 热流体流量 冷流体流量 板式 顺流 57.1 43.5 22.8 31.8 78 72 逆流 56.5 35.9 23.1 33.1 76 72 套管式 顺流 57.6 40.7 22.5 31.6 72 78 逆流 56.8 35.2 22.1 33 72 64 管壳式 顺流 57.1 40.5 22.5 31.3 76 72 逆流 57.2 41.1 22.6 32 74 65 计算传热系数K 和换热器效率 TA Q K ?=
换热器计算
换热器计算的设计型和操作型问题--传热过程计算 与换热器 日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：椴木杉热度： 944 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。 一、设计型计算 设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。 对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。 表5-2 设计型计算的计算步骤
体进出口温度计算参数P 、R ； 4． 由计算的P 、R 值以及流动排布型式，由j-P 、R 曲线确定温度修正系数j ；5．由热量衡算方程计算传热速率Q ，由端部温度计算逆流时的对数平均温差Δtm ； 6．由传热速率方程计算传热面积 。 体进出口温度计算参数e 、CR ； 4．由计算的e 、 CR 值确定NTU 。由选定的流动排布型式查取 e-NTU 算图。可能需由e-NTU 关系反复计算 NTU ；5．计算所需的传热面积 。 例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为 kg/s ，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。 解 （1）对数平均温差法 由热量衡算方程，换热器的传热速率为 苯与冷却水之间的平均传热温差为 由传热速率方程，换热器的传热面积为 A = Q/KΔt m = = m 3 （2）传热效率-传热单元数法 苯侧 (m C ph ) = *1900 = 2375 W/℃ 冷却水侧 (m c C pc ) =(m h C ph )(t h1-t h2)/(t c1-t c2) =2375*(80-30)/(50-20)= W/℃ 因此， (m C p )min=(m h C ph )=2375 W/℃ 由式（5-29），可得
板式换热器选型与计算方法(DOC)
板式换热器选型与计算方法 板式换热器的选型与计算方法 板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）
在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s； Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。 对数平均温差(LMTD) 对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。在一些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。 逆流时： 并流时：
液-液换热器传热性能测试与计算方法( )
Q/SH1020 中国石化集团胜利石油管理局企业标准 Q/SH1020 ××××－×××× 液—液换热器传热性能测试 与计算方法 2005－××－××发布 2005－××－××实施中国石化集团胜利石油管理局发布
Q/SH1020××××－×××× 目次 前言 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 总则 (1) 4 术语和定义 (1) 5 测试 (1) 6 换热器热负荷和传热性能指标计算 (2) 7 测试报告主要内容 (4) 附录A（资料性附录）测试计算数据综合表 (5) 附录B（资料性附录）测试数据汇总表 (6) 附录C（提示性附录）符号 (6) I
Q/SH1020××××－×××× 前言 本标准的附录A、附录B为资料性附录，附录C为提示性附录。 本标准由胜利石油管理局节能专业标准化委员会提出并归口。 本标准由中国石化集团胜利石油管理局批准。 本标准起草单位：中国石化胜利油田有限公司技术检测中心能源监测站。 本标准主要起草人：许涛、宋鑫、王强、王贵生、周长敬、李忠东、邓寿禄、冯国栋、郑召梅。 II
液-液换热器传热性能测试与计算方法 1 范围 本标准规定了液-液换热器传热性能的测试方法、技术要求、测试用仪器仪表、计算方法及测试报告主要内容。 本标准适用于液-液换热器（以下简称换热器）。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方，研究是否可使用这些文件的最新版本。 GB 151-1999 管壳式换热器 GB16409-1996 板式换热器 3 总则 3.1 换热器传热性能测试体系是由被测试换热器、冷热流体循环系统及测试仪表组成。 3.2 换热器型号表示方法符合GB 151-1999中3.10和GB16409-1996中3.5的规定。 3.3 换热器传热性能测试分级：一级测试为鉴定新投产换热器的测试，二级测试为换热器运行中的测试。 4 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 4.1 液-液换热器 指水-水、水-油、油-油等以液体与液体之间进行热交换的换热器。 4.2 换热器一次侧 指热量的提供侧，即高温介质端。 4.3 换热器二次侧 指热量的接收侧，即低温介质端。 4.4 换热器传热性能指标 4.4.1 对数平均温差 指冷热流体平均温差的表示，表征换热器传热的动力。 4.4.2 传热效率 指实际传热量与最大理论传热量之比值。 4.4.3 传热面积 指从放热介质中吸收热量并传递给受热介质的表面积。 4.4.4 传热系数 指单位传热面积上，冷热流体的平均温差为1℃时，两流体通过换热器所传递的热量。 4.5 额定热负荷 指换热器使用设计的介质流体，在设计参数下运行，即在规定的介质流量、温差和一定的传热效率下连续运行时，单位时间的传热量。 4.6 运行热负荷 指在换热器连续运行工况下，单位时间的传热量。 4.7 热平衡相对误差 指一次侧热负荷与二次侧热负荷之差值与一次侧热负荷之比。 4.8 传热系数误差 指在额定热负荷工况下测试两次所得的传热系数，两值之差与其中较大的传热系数之比。 5 测试 5.1 测试技术要求 1
管壳式换热器的节能分析
管壳式换热器的节能分析 刘翠茹*徐仁萍 (天津普莱化工技术有限公司) 摘要换热器中采用节能技术不仅能提高能源利用率,减少金属材料的消耗,而且对推进石油、化工、制药等行业的节能减排工作有着积极意义。介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法,分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。 关键词换热器强化传热节能 0前言 在石化和化工制药设备的换热器系统中,管壳 式换热器以其结构坚固、可靠性高、适应性强等优 点在化工生产和使用中一直占主导地位,被广泛使 用在精馏塔的塔顶冷凝器、冷却器和塔底再沸器 等。在管壳式换热器的设计和使用中,积极考虑强 化传热的新技术、新工艺,以提高能源利用率、减 少金属材料的消耗,对推进石油化工制药行业的节 能减排工作有着重要意义。 1管壳式换热器的传热原理 根据传热学基本公式 Q=KF$t m(1) 由式(1)可知,提高传热效率的途径有三条: 提高传热系数K;增大换热面积F;加大对数平均 温差$t m。增大换热面积和加大对数平均温差都不 是理想的途径,一味地增加换热面积势必会造成设 备体积庞大和投资费用的大幅度增加,而加大对数 平均温差又要受到公用工程条件和分离物系性质的 限制。只有提高传热系数,才是强化换热最有效的 途径。传热系数K是换热器的主要性能参数,众 所周知其计算公式为 K= 1 1 A i+ d o d i + 1 A o+r o+r i d o d i + D m K w d o d i (2) 由式(2)可知,传热系数K值的大小与管内换*刘翠茹,女,1969年12月生,工程师。天津市,300354。热系数A i、管外换热系数A o、管内和管外的污垢系数r i和r o、换热管的外径与内径之比d o/d i、换热管材料的热导率K w以及管厚度D w有关。而换热管的材料、规格一旦选定,则管外径与内径之比、壁厚及导热系数等参数也随之确定下来。所以,提高管内、外换热系数A i和A o、降低污垢系数r i和r o,才能够提高换热器的总传热系数K。 2管壳式换热器强化传热方法 由传热机理可以看出,提高换热器的传热效率就要想办法提高管内、外换热系数、降低管内、外污垢系数。管壳式换热器的强化传热研究经过多年发展,目前已经取得了许多广泛使用的成果。以下从管程强化与壳程强化两个方面分析管壳式换热器强化传热方法。 211管程强化 21111传热管的改进 采用了低肋管、螺纹管、波纹管等代替常用换热器的普通光滑管,不仅增加换热面积,而且利用粗糙传热面强化边界层湍流度提高传热系数,从而使管程强化传热有了较大的突破。 低肋管是开发较早的换热管之一,主要应用于强化沸腾传热,不仅其换热系数较高,而且能有效地扩大传热面积,光滑管的传热面积只是低肋管的38%。距有关资料证明,在相同雷诺数R e下,低肋管外的膜传热系数是光滑管的114~117倍。但 26管壳式换热器的节能分析
换热器的优化设计
换热器的优化设计 摘要：应用数学规划理论进行机械优化设计，是从五十年代后期开始，随着电子计算机的普遍使用而迅速发展起来的一种新的设计方法。 机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。本文以蛇管换热器为例来简要介绍优化设计的应用，并建议介绍了机械最优化的发展。 关键字：机械;最优化设计；基本原理；换热器；发展 前言 机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术与机械工程相结合的一门学科。根据最优化原理和方法综合各方面因素，以人机配合方式或“自动探索”方式，在计算机上进行的半自动或自动设计，以选出在现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法。其设计原则是最优设计:设计手段是电子计算机及计算程序;设计方法是采用最优化数学方法.应用计算机可以进行最优化计算，最优化实际上也是方案计算的发展和系统化、规律化，最优化设计可达到经济效益和社会效益最优。换热器的优化设计的目的就是使换热器各结构参数达到最佳值，各结构参数之间达到最佳组合，以期达到传递最大换热量。 正文 一优化设计的基本理论 机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形
态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法。 1.设计变量 设计变量是在设计过程中进行选择最终必须确定的各项独立参数。在选择过程中它们是变量，但当变量一旦确定以后，设计对象也就完全确定。最优化设计就是研究如何合理地优选这些设计变量值的一种现代设计方法。在设计中常用的独立参数有结构的总体配置尺寸，元件的几何尺寸及材料的力学和物理特性等。在这些参数中，凡是可以根据设计要求事先给定的，则不是设计变量，而称之为设计常量。 2.目标函数 目标函数即设计中要达到的目标。在最优化设计中，可将所追求的设计目标(最优指标)用设计变量的函数形式表示出来，这一过程称为建立目标函数，一般目标函数表达为： f(x)=f(xl，x2，…，x。) 此函数式代表设计的某项最重要的特征，最常见的情况是以质量作为函数，因为质量的大小是对价值最易于定量的一种量度。 目标函数是设计变量的标量函数。最优化设计的过程就是优选设计变量使目标函数达到最优值，或找出目标函数的最小值(或最大值)的过程。在实际工程设计过程中，常常会遇到在多目标函数的某些目标之间存在矛盾的情况，这就要求设计者正确处理各目标函数间的关系。
高效节能型空调换热器探讨
高效节能型空调换热器探讨 杨智勇a 杨晓春b 杨 宇c (a:四川省理工职业技术培训学院 611130) (b:四川省遂宁市发改委 629000) (c:四川圣丰有限公司 611100) 【摘 要】本文围绕空调换热器节能降耗技术进行了全面分析，提出了一些可行措施，对高效节能型空调蒸发器进行了有益的探讨。 【关键词】换热器节能降耗新技术 Approach toThe Heat Exchanger of High-efficiency and Energy-saving for Air-condition Yang Zhiyong a Yang Xiaochun b Yang Yu c (a:Sichuan Institute of Science &Technology occupation technique educate 611130) (b:Committee for developmentS& reform of Suining Sichuan 629000) (c:sichuan shengfeng Co..Ltd 611100) Abstract this article comprehensive analysis which are encircled with new technology of the air-condition of energy-saving heat exchanger,pointed out some feasible measure,it processed the useful studies of high-efficiency and energy-saving to air-condition heat exchanger. Keywords Heat exchanger Energy-saving New-technology 2004年12月底国家发展改革委员会发布的 我国第一个《节能中长期专项规划》中指出,每百万美元的国内生产总值能耗,我国比世界平均水平高2.4倍,比美国、欧盟、日本、印度分别高2.5倍、 4.9倍、8.7倍、0.43倍,我国能源效率比国际先进水平低10个百分点， ,我国是一个能源资源较贫泛的国家，目前正在进行大规模的国民经济建设，更需要大量的能源，所以，在十一五期间，国家大力提倡节能减排，建设一个节约型社会。 据报到：2004年国家电网公司拉闸限电100多万次，高峰时期电力缺口达2000～3000万KW，我国电力需求年达14%～15%，仅家用空调一项为：400亿KW，年家电用量占约全国电力10%，其年增长率与全国GDP增长接近,因此,空调节能势在必行。 空调，就是对空气进行调节，空气调节需要能量，所以空调实质上是能量转换设备，是消耗电能来依靠压缩机对冷媒工质作功，通过换热设备来实现冷、暖调节的。既然是能量转换来实现空气调节，转换效率的高低，就是我们研究的问题。 在空调中，冷凝器、蒸发器实际上都是换热器，换热器约占50%的份量；在中央空调中换热器约占50%～70%份量。在能量方面，换热器的好坏直接影响到空调的COP，若换热器传热效率高，制冷效果显著，空调压缩机耗功少，COP就高。 所谓高效节能型空调换热器是能效比大于3.4以上，为此，国内外厂家都在新型空调上下功夫进行了有效的开发,近40年来，国内外对强化传热进行的研究取得了丰硕的成果，目前已有的强化传热技术不下百余种。在换热器中也推出了一些新产品，目前国内上市的新空调的能效比在3左右，但都有潜力可挖。 一、换热器强化传热措施 人们在换热器的强化传热方面进行了大量的研究，在宏观上对换热器的结构采取了有效措施，而现在在微观的气流分子运动上进行大量强化传热的研究。
换热器性能试验大纲
换热能力验证 1、试验目的 验证换热器的换热性能流体阻力特性。 2、实验依据 JB/T 10379-2002 换热器热工性能和流体阻力特性通用测定方法。 3、试验单位资质 ISO17025 4、实验条件 4.1试验地点 4.2 试验对象 4.3 实验设备 序号名称数 量型号测试厂家鉴定单位合格证 到期日期 1 涡轮流量传 感器 1 LWGY-40 2 压力传感器 1 DW115DP0-500Kpa 3 水银温度计 2 50-100 4 温度传感器 6 PT100 5 风速仪 1 VT100 6 压力传感器 1 475-0 MARK III 4.4状态要求 乙二醇溶液额定流量15 l/min 冷风额定流量0,475 m3/s 乙二醇溶液配比48/52%（体积比）
4.5环境要求 测试环境温度为20 .....+45 ℃左右 5、试验步骤 5.1 换热量测试—变冷介质流量（在100%通风面积和90%通风面积两种条件下分别测试） 5.1.1 将换热器按照JB/T 10379-2002 图2安装到测试台上。 5.1.2 冷介质进口温度为环境温度a℃ 5.1.3 热介质进口温度为a+20℃。 5.1.4 调节热介质在15 l/min 5.1.5 将冷却介质（冷却风）分别调节到0.5m3/s，0.9m3/s，1.3m3/s，1.76m3/s，2.2m3/s， 2.64m3/s， 5.1.6 按照JB/T10379-2002 记录各项测试参数值。 5.1.7 计算换热量 冷介质热流量 热介质热流量 平均换热量 热平衡误差 5.2 换热量测试-变热介质流量
5.2.1 将换热器按照JB/T10379-2002 要求安装到测试台上。 5.2.2 冷介质进口温度为环境温度a ℃ 5.2.3 热介质进口温度为a+20℃ 5.2.4 按照下表调节冷热测流量 5.2.5 按照JB/T10379-2002 记录各项测试参数值 5.2.6 计算换热量 冷介质热流量 热介质热流量 平均换热量 热平衡相对误差 5.3 风侧阻力曲线 5.3.1 换热面积100% 5.3.1.1 将换热器按照JB/T10379-2002 图2要求安装到测试台上 5.3.1.2 冷风测试温度：环境温度20-45℃ 5.3.1.3 控制热介质（乙二醇溶液）在15 l/min 5.3.1.4 控制热介质（乙二醇溶液进口温度为75℃，进出口平均温度72℃。 5.3.1.5 冷风变化范围0.15m3/s-0.6 m3/s(0.15,0.25,35,0.475,0.6) 5.3.1.6 记录不同介质流量下对应的压降 5.3.2 换热面积90% 5.3.2.1 将换热器按照JB/T10379-2002 图2要求安装到测试台上 5.3.2.2 冷风测试温度：环境温度20-45℃ 5.3.2.3 控制热介质（乙二醇溶液）在15 l/min 5.3.2.4 控制热介质（乙二醇溶液进口温度为75℃，进出口平均温度72℃。 5.3.2.5 冷风变化范围0.5m3/s-2.64 m3/s(0.5,0.9,01.3,1.76,2.2,2.64) 5.3.2.6 记录不同介质流量下对应的压降 5.4 热侧（乙二醇溶液）阻力曲线 5.4.1将换热器按照JB/T10379-2002 图2要求安装到测试台上
高效相变换热器
相变材料PCM的换热及其研究 3.1. CPM传热的研究目的及意义 相变储能材料(CPM)的利用主要体现在潜热的释放与吸收方面，所以，相变过程中材料本身的传热性能成为衡量相变材料适用与否的关键。在设计相变换热器时，同样要考虑储热材料的热物性和外壁边界条件对储放热过程的影响以及相变界面的运动规律。深入的相变传热分析对于相变材料的有效利用、系统的优化设计以及性能的预测具有重要意义。 3.2. PCM传热的特点 相变传热问题有两个共同点: 1)两相之间存在着移动的分界面或分界区域，直至相变过程结束。 2)相变过程中有相变潜热的释放或吸收。 这类问题在数学上是一类强非线性问题，解的迭加原理不能使用，根据换热器结构形式不同，必须分别处理。同时还有其它自然对流、体积变化等不确定因素的影响，更使得相变过程传热的求解变得愈加复杂。目前仅对少数规则模型如半无限大、无限大区域且有简单边界条件的理想状况能够精确求解，对于多维相变问题一般只能用数值分析的方法处理。 图3一1相变过程形态 图3一1为相变过程形态图。此过程中，不断有热量通过边界层，假设图中过程为一熔化过程，则热量不断使固体熔化，液体层厚度增加，假设固体区亦处于熔化温度，则需求解的仅为液体区温度分布。这类问题最早由Stefan于1890年研究北极冰原的熔化问题时提出，因而又称Stefan问题。更进一步精确模型应该考虑固体过冷区的影响，这时需求解液体与固体两个区域中的温度场，这种双区问题又称为Nemunan问题。最简单的Stefan问题作精确解可以得出一个重要
的无量纲参数，称为Stefan准则，记做Ste: 其中，c:为液体比热，wt为壁温，界为固相温度，气，为熔化潜热。Ste数值代表了液体区高于饱和温度的显热相对于熔化潜热的大小，一般情况下Ste《1。3.3 PCM的传热强化及研究 PCM很大程度上并不具备良好的换热性能，因此在增强PMC的换热性能方面，做了很多研究，提出了很多有创意的理论和设想。关于相变换热的强化方法有很多种，其中各种不同形式的肋片管是较为常用的。 L．F．Cabeza以冰蓄冷换热过程为例，分析了传热工程中的瓶颈问题，指出随着液一固界面的移动，热阻逐渐增加，热流密度逐渐下降。他提出这种问题可以通过强化传热来改善。在实验中他给出了三种方法，并对此做了对比分析。强化传热方法分别为加装不锈钢管束、加装铜管束和对PCM进行渗碳处理。另外他还发现，加装肋片强化换热只对使用较高导热系数的CPM时才有明显效果。 D.Buddhi分析了研究相变时液一固界面的两种方法研究，通常采用热电偶测温的方法，另外一种是光导纤维法，即从光学角度通过图象的变化反映相变。通过对比曲线图分析，发现光导纤维的测量结果要比热电偶准确，较能反映实际过程。 J.Bnaaszek等将PCM(以石蜡即w一20为例)卷绕成层状圆柱形嵌入特制换热器中，通过试验分析其融化和凝固特性。探讨了影响总换热系数的因素及对换热器进行可用性分析。 uJnFukai〔川等人曾研究过用石墨作为强化传热材料用于PMC的相变换热。他们将碳纤维散布于PCM中，这些纤维所占体积比很小，且很容易散布。通过这种方法，显著增强了PCM的导热系数，实验样品为石蜡、丁苯聚合物等。为了提高石蜡、酉旨酸类PMC的导热能力.通常在其中添加金属粉末、石墨粉、金属网以及在封装壁加肋片，增强导热。 AyerS和Flethcer综述了在金属网中加入石墨.以提高材料有效导热系数的研究进展。文中强调:加入石墨，可以显著提高材料的导热系数。我国梁新刚等和张娜等对两相混合或组合材料的导热能力的理论研究，以及对混合、共融PCM