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1、一、換熱器的類型二、列管式換熱器的基本型式三、新型換熱器四、各種間壁式換熱器的比較和傳熱的強(qiáng)化途徑第六節(jié) 換熱器一、換熱器的類型根據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法間壁式混合式蓄熱式換熱面的型式管式板式翅片式1、管式換熱器1）沉浸式換熱器這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀（多盤成蛇形，常稱蛇管），并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管內(nèi)、外的兩種流體進(jìn)行熱量交換。幾種常見的蛇管形式如圖所示。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造缺點(diǎn)：容器內(nèi)液體湍動程度低，管外對流傳熱系數(shù)小。2）噴淋式換熱器噴淋式換熱器也為蛇管式換熱器，多用作冷卻器
2、。這種換熱器是將蛇管成行地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，自最下管進(jìn)入，由最上管流出。冷水由最上面的淋水管流下，均勻地分布在蛇管上，并沿其兩側(cè)逐排流經(jīng)下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流過時，與管內(nèi)流體進(jìn)行熱交換。這種換熱器的管外形成一層湍動程度較高的液膜，因而管外對流傳熱系數(shù)較大。另外，噴淋式換熱器常放置在室外空氣流通處，冷卻水在空氣中汽化時也帶走一部分熱量，提高了冷卻效果。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果要好得多。同時它還便于檢修和清洗等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是噴淋不易均勻。3）套管式換熱器套管式換熱器是由大小不同的直管制成
3、的同心套管，并由U型彎頭連接而成。每一段套管稱為一程，每程有效長度約為4~6m，若管子過長，管中間會向下彎曲。在套管式換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙適當(dāng)選擇兩管的管徑，兩流體均可得到較高的流速，且兩流體可以為逆流，對傳熱有利。另外，套管式換熱器構(gòu)造較簡單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，應(yīng)用方便缺點(diǎn)：管間接頭多，易泄露，占地較大，單位傳熱面消耗的金屬量大。因此它較適用于流量不大，所需傳熱面積不多而要求壓強(qiáng)較高的場合。4）列管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：單位體積所具有的傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、緊固傳熱效果好。能用多種材料制造，故適用性較強(qiáng)，操作彈性較大
4、，尤其在高溫、高壓和大型裝置中多采用列管式換熱器。在列管式換熱器中，由于管內(nèi)外流體溫度不同，管束和殼體的溫度也不同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫差較大，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備變形，管子彎曲，甚至破裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)兩流體的溫差超過50℃時，就應(yīng)采用熱補(bǔ)償?shù)拇胧?。根?jù)熱補(bǔ)償方法的不同，列管式換熱器分為以下幾種主要形式：（1）固定管板式固定管板式的兩端管板和殼體制成一體。因此它具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低的優(yōu)點(diǎn)。但是殼程清洗和檢修困難，要求殼程流體必須是潔凈而不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫差較大時，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。即在外殼的適當(dāng)部位焊上一
5、個補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束熱膨脹不同時，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束不同的熱膨脹程度。這種補(bǔ)償方法簡單，但不宜應(yīng)用兩流體溫差過大（應(yīng)不大于70℃）和殼程流體壓強(qiáng)過高的場合。（2）浮頭式換熱器浮頭式換熱器的特點(diǎn)是有一端管板不與外殼連為一體，可以沿軸向自由浮動。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力的影響，且由于固定端的管板以法蘭與殼體連接，整個管束可以從殼體中抽出，因此便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應(yīng)用較為普遍，但它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。（3）U型管式換熱器U型管式換熱器每根管子都彎成U型，進(jìn)出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭用隔板分成兩
6、室。這樣，每根管子可以自由伸縮。而與其他管子和殼體均無關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，重量輕，但管程不易清洗，只適用于潔凈而不易結(jié)垢的流體，如高壓氣體的換熱。2、板式換熱器1）夾套式換熱器夾套式換熱器式最簡單的板式換熱器，它是在容器外壁安裝夾套制成，夾套與容器之間形成的空間為加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的通路。這種換熱器主要用于反應(yīng)過程的加熱或冷卻。在用蒸汽進(jìn)行加熱時，蒸汽由上部接管進(jìn)入夾套，冷凝水由下部接管流出。作為冷卻器時，冷卻介質(zhì)（如冷卻水）由夾套下部接管進(jìn)入，由上部接管流出。夾套式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，但其加熱面受容器的限制，且傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系
7、數(shù)，可在器內(nèi)安裝攪拌器，為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在器內(nèi)安裝蛇管。2）螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器是由兩張間隔一定的平行薄金屬板卷制而成，在其內(nèi)部形成兩個同心的螺旋形通道。換熱器中央設(shè)有隔板，將螺旋形通道隔開，兩板之間焊有定距柱以維持通道間距。在螺旋板兩側(cè)焊有蓋板。冷熱流體分別通過兩條通道，在器內(nèi)逆流流動，通過薄板進(jìn)行換熱。螺旋板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)：1）傳熱系數(shù)高：螺旋流道中的流體由于慣性離心力的作用和定距柱的干擾，在較低的雷諾數(shù)（一般Re=1400~1800或更低些）下即達(dá)到湍流，并且允許選用較高的流速（對液體為2m/s，氣體為20m/s），故傳熱系數(shù)
8、較高。如水對水的換熱，其傳熱系數(shù)可達(dá)2000~3000W/（m2.K），而列管式換熱器一般為1000~2000W/（m2.
