新型板式换热器的优化选型.docx

新型板式换热器的优化选型摘要：板式换热器的优化选型是根据换热器的用途和工艺过程中的参数和NTU＝KA／MC＝t／tm即传热单元数NTU和温差比（对数平均温差—换热的动力）选择板片形状、板式换热器的类型和结构。关键词：平均温差NTU板式蒸发器冷凝器1平均温差tm从公式Q＝KtmAtm＝1／A∫A（t1－t2）dA中可知平均温差tm是传热的驱动力对于各种流动形式如能求出平均温差即板面两侧流体间温差对面积的平均值就能计算出换热器的传热量。平均温差是一个较为直观的概念也是评价板式换热器性能的一项重要指标。1.1对数平均温差的计算当换热器传热量为dQ温度上升为dt时则C＝dQ／dt将C定义为热容量它表示单位时间通过单位面积交换的热量即dQ＝K（th－tc）dA＝KtdA两种流体产生的温度变化分别为dth＝－dQ／Chdtc＝－dQ／Ccdt＝d（th－tc）＝dQ（1／Cc－1／Ch）则dA＝[1／k（1／Cc－1／Ch）]·（dt／t）当从A＝0积分至A＝A0时A0＝[1／k（1／Cc－1／Ch）]·?[（tho－tci）／（thi－tco）]由于两种流体间交换的热量相等即Q＝Ch（thi－tho）＝Cc（tco－tci）经简化后可知Q＝KA0｛[（tho－tci）－（thi－tco）]／?[（tho－tci）／（thi－tco）]｝若t1＝thi－tcot2＝tho－tci则Q＝KA0[（t1－t2）／?（t1／t2）]＝KA0tm式中的tm＝（t1－t2）／?（t1／t2）。顺流tm＝[（thi－tci）－（tho－tco）]／?[（thi－tci）／（tho－tci）]逆流tm＝[（thi－tco）－（tho－tci）]／?[（thi－tco）／（tho－tci）]对于各种流动型式在相同的进口、出口温度条件下逆流的平均温差最大。当板式换热器入口和出口两流体的温差t1和t2之间的差不大时可采用算术平均温差（t1＋t2）／2一般t1／t2小于1.5时可采用若t／t2为3时则误差约为10%。1.2传热单元数法在传热单元数法中引入一个无量纲参数NTU称为传热单元数它表示板式换热器的总热导（即换热器传热热阻的倒数）与流体热容量的比值NTU＝KA／MC它表示相对于流体热容流量该换热器传热能力的大小即换热器的无量纲“传热能力”。对于板式换热器来说KA／MC＝t／tm式中t／tm称为温差比上式中的右边的工艺过程用NTUp表示左边的换热设备的条件用NTUE表示。NTUp是流体温度的变化与平均温差的比值表示的是用1℃tm的变化引起几度流体温度变化的值当tm大时NTUp则小；当tm小时它有变大的倾向。相反在NTUp变大的过程中tm的温度变化较大NTUp较小时其tm的温度变化较小（见表1）。表1tmNTUp的关系tm大tm小NTUp小NTUp大NTUp大NTUp小tm的温度变化大tm的温度变化小传热系数和阻力2.1板式换热器的传热系数和阻力换热器中常使用换热器的“传热面积”和“传热系数”述语这是一种习惯的有特定含义的名称。因为换热器间壁两侧的表面积可能不同所谓“换热器的传热面积”实际上是指约定的某一侧的表面积习惯上一般把换热系数较小的一侧的流体所接触的壁面表面积称为该换热器的传热面积相对于该传热面积单位时间、单位面积、在单位温差下所传递的热流量称为该换热器的传热面积因此传热系数也是相对于约定的某一侧的表面积而言的。在换热器结构和估算中使用“传热面积”和“传热系数”是方便的。而在换算器传热分析中则用传热热阻1／（KA）。板式换热器的热阻计算式如下：1／KA＝1／AW（1／?1＋γF1＋δ／λ＋γF2＋1／?2）式中K—传热系数W／?·℃；A—表面积?；AW—平壁面积?；δ—板片厚度m；γF—污垢系数?·℃／W。下标：1—与流体1接触侧；2—与流体2接触侧。2.1.1换热系数①对于紊流状态不同形状板片的换热规律一般可归纳为如下形式Nu＝CRenPrm（µ／µw）p式中Nu及Re中的特征尺寸用当量直径dd＝4Wb／（2W＋2b）W—板片宽度m；b—板片间距m。c、n、m、p值的大致范围如下：c＝0.15～0.40n＝0.65～0.85m＝0.30～0.45（通常用1／3）p＝0.05～0.20临介雷诺