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什么是板式換熱器
板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達(dá)90%以上。
板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。
板式換熱器的傳熱系數(shù)和阻力分析
換熱器中常使用換熱器的“傳熱而積”和“傳熱系數(shù)”述語，這是一種習(xí)慣的有特定含義的名稱。因?yàn)閾Q熱器間壁兩側(cè)的表面積可能不同，所謂“換熱器的傳熱面積”實(shí)際上指約定的某一側(cè)的表而積，習(xí)慣上一般把換熱系數(shù)較小的一側(cè)的流體所接觸的壁面表面積稱為該換熱器的傳熱面積，相對于該傳熱而積，單位時(shí)間、單位而積、在單位溫差下所傳遞的熱流量，稱為該換熱器的傳熱而積，因此傳熱系數(shù)也是相對于約定的某一側(cè)的表而積而言的。在換熱器結(jié)構(gòu)和估算中使用“傳熱而積”和“傳熱系數(shù)”是方便的。而在換算器傳熱分析中，則用傳熱熱阻1/（KA）。板式換熱器的熱阻計(jì)算式如下：
1/KA=1/AW （1/ 1+yF1+8/h+yF2+1/2）
式中，K——傳熱系數(shù)，W/ m2C
A——表面積，m2
AW——平壁面積，m2
8—板片厚度，m2 C/W
yF——污垢系數(shù)，m:C / W。
下標(biāo)： 1一與流體1接觸側(cè); 2一與流體2接觸側(cè)。
換熱系數(shù)
1、對于紊流狀態(tài)，不同形狀板片的換熱規(guī)律，一般可歸納為如下形式，
Nu=CRcPrm （u / Hw） P
式中，Nu 及Re 中的特征尺寸用當(dāng)量直徑d，d=4Wb /（2W+2b）
W——板 片寬 度，m;
b——板片間距，m
c、n、m、p值的大致范圍如下：
c=0.15~0.40，n=0.65~0.85
m=0.30~0.45 （通常用1/ 3），p=0.05~0.20
臨介雷諾數(shù)在10~400左右，取決于板片形狀。
2、對于層流狀態(tài)，板片的換熱規(guī)律可歸納為：
Nu=C （RePrd/L）n（u/pw） p
式中，c。n、p 值的范圍一般為c= 1.86~4.50，n=0.25~0.33，p=0.1~0.2
（通常為0.14）
L——板片長度，m。
由于板片形狀復(fù)雜，必須根據(jù)試驗(yàn)測定所得的換熱規(guī)律，作為該板片換熱器傳熱計(jì)算的依據(jù)。
板式換熱器的計(jì)算方法
板式換熱器的計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，目前比較流行的方法是對數(shù)平均溫差法和NTU法。在計(jì)算機(jī)沒有普及的時(shí)候，各個(gè)廠家大多采用計(jì)算參數(shù)近似估算和流速-總傳熱系數(shù)曲線估算方法。目前，越來越多的廠家采用計(jì)算機(jī)計(jì)算，這樣，板式換熱器的工藝計(jì)算變得快捷、方便、準(zhǔn)確。以下簡要說明無相變時(shí)板式換熱器的一般計(jì)算方法，該方法是以傳熱和壓降準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
以下五個(gè)參數(shù)在板式換熱器的選型計(jì)算中是必須的：
總傳熱量（單位：kW）。?
一次側(cè)、二次側(cè)的進(jìn)出口溫度?
一次側(cè)、二次側(cè)的允許壓力降
最高工作溫度
最大工作壓力如果已知傳熱介質(zhì)的流量，比熱容以及進(jìn)出口的溫度差，總傳熱量即可計(jì)算得出。
溫度
T1 = 熱側(cè)進(jìn)口溫度
T2 = 熱側(cè)出口溫度
t1 = 冷側(cè)進(jìn)口溫度
t2= 冷側(cè)出口溫度
熱負(fù)荷
熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系，在換熱器保溫良好，無熱損失的情況下，對于穩(wěn)態(tài)傳熱過程，其熱流量衡算關(guān)系為：
（熱流體放出的熱流量）=（冷流體吸收的熱流量）
在進(jìn)行熱衡算時(shí)，對有、無相變化的傳熱過程其表達(dá)式又有所區(qū)別。
（1）無相變化傳熱過程
式中
Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W；
mh，mc-----熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；
Cph，Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/（kg·K）；
T1，t1 ------熱、冷流體的進(jìn)口溫度，K；
T2，t2------熱、冷流體的出口溫度，K。
（2）有相變化傳熱過程
兩物流在換熱過程中，其中一側(cè)物流發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其熱流量衡算式為：
一側(cè)有相變化
兩側(cè)物流均發(fā)生相變化，如一側(cè)冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過程
式中
r，r1，r2--------物流相變熱，J/kg；
D，D1，D2--------相變物流量，kg/s。
對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時(shí)的熱流量衡算，則應(yīng)按以上方法分段進(jìn)行加和計(jì)算。
對數(shù)平均溫差（LMTD）
對數(shù)平均溫差是換熱器傳熱的動(dòng)力，對數(shù)平均溫差的大小直接關(guān)系到換熱器傳熱難易程度。在某些特殊情況下無法計(jì)算對數(shù)平均溫差，此時(shí)用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差，介質(zhì)在逆流情況和在并流情況下的對數(shù)平均溫差的計(jì)算方式是不同的。在一些特殊情況下，用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差。
熱長（F）
熱長和一側(cè)的溫度差和對數(shù)平均溫差相關(guān)聯(lián)。F = dt/LMTD
以下四個(gè)介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個(gè)參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構(gòu)成。單位：W/m2 ℃or kcal/h，m2 ℃。
壓力降
壓力降直接影響到板式換熱器的大小，如果有較大的允許壓力降，則可能減少換熱器的成本，但會(huì)損失泵的功率，增加運(yùn)行費(fèi)用。一般情況下，在水水換熱情況下，允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接受的。
污垢系數(shù)
和管殼式換熱器相比，板式換熱器中水的流動(dòng)是處于高湍流狀態(tài)，同一種介質(zhì)的相對于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在無法確定水的污垢系數(shù)的情況下，在計(jì)算時(shí)可以保留10%的富裕量。
計(jì)算方法熱負(fù)荷可以用下式表示：
Q = m · cp · dt
Q = k · A · LMTD
Q = 熱負(fù)荷（kW）
m = 質(zhì)量流速（kg/s）
cp = 比熱（kJ/kg ℃）
dt = 介質(zhì)的進(jìn)出口溫度差（℃）
k = 總傳熱系數(shù)（W/m2 ℃）
A = 傳熱面積（m2）
LMTD = 對數(shù)平均溫差
總的傳熱系數(shù)用下式計(jì)算：
其中：
k=總傳熱系數(shù)（W/m2 ℃）
α1 = 一次測的換熱系數(shù)（W/m2 ℃）
α2 = 一次測的換熱系數(shù)（W/m2 ℃）
δ=傳熱板片的厚度（m）
λ=板片的導(dǎo)熱系數(shù)（W/m ℃）
R1、R2分別是兩側(cè)的污垢系數(shù)（m2 ℃/W）
α1、α2可以用努賽爾準(zhǔn)則式求得。
傳熱效率和傳熱單元數(shù)法
在傳熱計(jì)算中，傳熱速率方程和熱流量衡算式將換熱器和換熱物流的各參數(shù)關(guān)聯(lián)起來。當(dāng)已知工藝物流的流量、進(jìn)、出溫度時(shí)，可根據(jù)前面介紹的方法，計(jì)算平均傳熱溫差△tm及熱流量Q，從而求得所需的傳熱面積A，此類問題即前面提及的設(shè)計(jì)型計(jì)算問題。
然而，當(dāng)給定兩物流的流量、進(jìn)口溫度以及傳熱面積、傳熱系數(shù)K時(shí)，卻難以采取解析方法直接確定兩流體的出口溫度。往往需采用試差方法求解。此類問題即前面所提及的操作型計(jì)算問題。對此，若采用1955年由凱斯和倫敦導(dǎo)出的傳熱效率及傳熱單元數(shù)法，則能避免試差而方便地求得其解。
工商網(wǎng)監(jiān)
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