当前位置:文档之家› (影响换热器总传热系数的原因

(影响换热器总传热系数的原因

1L: 1、结构;2、介质;3、运行参数2L: 传热系数的大小与冷热流体的性质、换热的操作条件(如流速、温度等)、传热面的结垢状况以及换热器的结构和尺寸等许多因素有关。

对流传热十分复杂,垢层热阻又难以确定,因此传热系数的计算值与实际值往往相差较大。

在设计换热器时,最好有实测值或生产中积累的经验数据作为参考。

3L: 换热器的总传热系数主要与换热管两侧的膜传热系数和换热管的热阻有关,因而换热器的总传热系数与下列参数有关:1.换热管、壳程流体的物性数据(粘度、表面张力、密度等);2.换热管、壳程流体的流速有关;3.换热管的热阻有关。

4L: 在传热基本方程式Q=KAΔtm中,传热量Q是生产任务所规定的,温度差Δtm之值由冷、热流体进、出换热器的始、终温度决定,也是由工艺要求给出的条件,则传热面积A之值与总传热系数K值密切相关,因此,如何合理地确定K值,是设计换热器中的一个重要问题。

目前,总传热系数K值有三个来源:一是选取经验值,即目前生产设备中所用的经过实践证实并总结出来的生产实践数据;二是实验测定K值;三是计算。

在传热计算中,如何合理地确定K值,是设计换热器中的一个重要问题。

而在设计中往往参照在工艺条件相仿、类似设备上所得较为成熟的生产数据作为设计依据。

工业生产用列管式换热器中总传热系数值的大致范围见表4-10列管式换热器中K值大致范围热流体冷流体总传热系数,KW/m2·K水水850~1700轻油水340~910重油水60~280气体水17~280水蒸汽冷凝水1420~4250水蒸汽冷凝气体30~300低沸点烃类蒸汽冷凝(常压)水455~1140高沸点烃类蒸汽冷凝(减压)水60~170水蒸汽冷凝水沸腾2000~4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455~1020水蒸汽冷凝重油沸腾140~425总传热系数的计算前述确定K值的方法虽然简单,但往往会因具体条件不完全符合所设计的情况,而影响到设计的可靠性。

所以,还必须对传热过程进行理论上的分析,以了解各种因素对传热过程的影响,从而建立起计算总传热系数K的定量式。

这样可将理论计算值与生产过程的经验值或现场测定值互相核对、互相补充,最后得出一个比较符合客观实际的K值,以用来进行生产设备的设计。

如图4-23所示,两流体通过金属壁的传热包括以下过程:(1) 热流体以对流传热的方式将热量传给管壁一侧;(2) 通过管壁的热传导;(3) 由管壁另一侧以对流传热的方式将热量传给冷流体。

上述过程可表示如下热流体一侧的对流传热量通过管壁传导的热量冷流体一侧的对流传热量对于稳定传热过程Q1=Q2=Q3=Q式中 a1、a2-----分别为热、冷流体的对流传热系数,W/m2·℃;T、t-----分别为热、冷流体的温度,℃;Tw、tw-----分别为热、冷流体侧的壁面温度,℃;A1、A2-----分别为热、冷流体侧的传热面积,m2;Am-----金属壁的对数平均面积,m2;λ-----传热壁的导热系数,W/m·℃;b-----传热壁厚度,m。

整理式(4-41)、(4-41a) 、(4-41b)并相加可得式(4-42)与传热基本方程式Q=KAΔtm比较得当传热面为圆筒壁时,A1≠A2≠Am,这时总传热系数K则随所取的传热面不同而异。

若发传热面A=A1,则式(4-43)可写成式中K1称为以传热面A1为基准的总传热系数。

同理,总传热系数亦可以传热面A=A2,则式(4-43)可写为式中K2称为以传热面A2为基准的总传热系数。

若传热面A= Am,相应的计算式为式中Km称为以传热面Am为基准的总传热系数。

由式(4-43a)、(4-43b)、(4-43c)可见,由于取的传热面不同而K值亦不同,即K1≠K2≠Km,但K1A1=K2A2=KmAm,而Q= K1A1Δtm= K2A2Δtm= KmAmΔtm对圆管式中L为管长,m。

当传热面为平壁时,A1=A2=Am=A,则式(4-43)为或当壁阻b/λ较1/a1、1/a2小得多时,则b/λ可忽略,这时总传热系数可简化成下式对以下几种情况可以简化(1) 管壁较薄或管径较大者,即对d外/d内<2者,可近似取A1=A2=Am,则圆筒壁可近似当成平壁计算。

(2) 当a1<<a2,且壁阻亦可忽略不计时,则Q= K1A1Δtm= a1A2Δtm同理,当a2<<a1,壁阻可忽略不计时,则Q= K2A2Δtm= a2AΔtm5L: 根据总传热系数公式可以看出跟1、管程膜传热系数2、管壳程热阻和管壁热阻3、壳程传热系数1、管程膜传热系数于雷诺数,普朗特数,粘度修正系数等有关系雷诺数由流体流速,流体密度,管直径和流体动力粘度决定普朗特殊由流体热熔,动力粘度和导热系数决定2、这些都是某系固定的值所以不在讨论3、壳程膜传热系数又由壳程流体雷诺数,普朗特数,粘度修正系数,还有壳程排管方式,折流板间距、开孔大小与壳程内径间隙、切口率、切口方向,分成隔板数等一系列结构参数决定,非常复杂总传热系数由他们组合而来,还要区分哪个是决定因素,简单的说哪个传热系数小就主要提高哪个这样可以很大程度上提高总传热系数6L: 1.换热器的管、壳程流体的物性数据(温度梯度、粘度、表面张力、密度等);2.换热器的管、壳程流体的流速有关;3.换热器换热管的热阻有关(物料沉积、结垢影响);4.换热器换热管的材质。

7L: 通俗的讲,主要看材质的选择,金属换热系数和塑料的换热系数肯定不一样。

另外不同介质其传热系数也不相同。

8L:总传热系数K是反映换热器传热性能的重要参数,也是对换热器进行传热过程计算的基本依据。

它可以通过查阅相关手册、实验测定和分析计算获得。

总传热系数K的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件和换热器的类型等多方面因素。

9L:总传热系数K是表示换热设备性能的极为重要的参数,也是对换热设备进行传热计算的依据,同时也是确定换热面积的一个重要参数。

K的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等等。

1、K的计算方法若管内、外的对流传热膜系数分别为αi和α0;管内侧与外侧的污垢热阻分别用RSi 与RSo ,当以管外壁传热面积Ao(=pdol)为基准,则传热系数K(单位:W/(m2K))为:上式可以简化:间壁两侧流体间传热的总热阻等于两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻及管壁热传导热阻之和。

2、污垢热阻常见流体在传热表面形成的污垢热阻,其大致数值范围列于下表。

表污垢热阻的大致数值范围液体污垢热阻Rs 液体污垢热阻Rsm2•K/KW m2•K/KW水(u<1m/s,t<50℃):蒸馏水海水清净的河水未处理的凉水塔用水经处理的凉水塔用水经处理的锅炉用水硬水、井水水蒸汽:优质、不含油劣质、不含油0.090.090.210.580.260.260.580.0520.09 液体:处理过的盐水有机物燃料油焦油气体:空气溶剂蒸气0.2640.1761.061.760.26~0.530.14为避免污垢热阻增大使传热速率严重下降,换热器要根据具体工作条件,定期清洗。

3、K的范围在进行换热器的传热计算时,常需先估计传热系数K。

下表列出了常见的列管式换热器经验值的大致范围。

表列管式换热器中K值大致范围冷流体热流体总传热系数K/W/(m2•K)水水水水水有机溶剂水气体水水沸腾轻油沸腾水气体有机溶剂轻油重油有机溶剂水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝低沸点烃类冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝850~170017~280280~850340~91060~280115~3401420~425030~300455~11402000~4250455~1020由表可见,K值变化范围很大,设计人员应对不同类型流体间换热时的K值有一数量级概念。

同时还得注意:不同参考书目推荐的K值范围差别也很大,另外换热器用途不一样时(加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等),K值也不一样。

4、提高K的方法为了减少换热面积,从K式中可以知道要提高 K必须要设法减小热阻。

当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时,上式可简化为:若αi>>αo,则1/K&raquo;1/αo,由此可知当两个对流传热膜系数相差较大时,欲要提高K 关键在于提高对流传热膜系数较小一侧的对流传热膜系数。

例如:α0αi K40402001000 50001000050001100 39.6839.84192.3524若两侧的α相差很大,则须提高较小的α,才能提高K 。

若两侧的α相差不大,则须同时提高两侧的α,才能提高K 。

若污垢热阻力控制因素则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。

10L:总传热系数一般由管内传热系数,管外传热系数,管内污垢热阻,管外污垢热阻,管壁导热系数。

等几部分决定,而管内和管外的传热系数一般由流速,介质的物性,换热器的结构形式决定污垢热阻主要由介质的物性和换热器的结构形式决定,管壁导热系数和换热管材质有关另外换热管的规格(大小管径,换热管壁厚)换热器是否强化(带翅片的换热器)和换热管的排列形式,换热器壳体的布置都能影响换热器的总传热系数11L:所谓换热器传热强化或增强传热是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算,采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下,使它的体积缩小。

换热器传热强化通常使用的手段包括三类:扩展传热面积(F );加大传热温差;提高传热系数(K )。

1 换热器强化传热的方式1.1 扩展传热面积F扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。

在扩展换热器传热面积的过程中,如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增强传热量,不光需要增加设备投资,设备占地面积大、同时,对传热效果的增强作用也不明显,这种方法现在已经淘汰。

现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的,如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料,通过这些材料的使用,单台设备的单位体积的传热面积会明显提高,充分达到换热设备高效、紧凑的目的。

1.2 加大传热温差Δt加大换热器传热温差Δt是加强换热器换热效果常用的措施之一。

在换热器使用过程中,提高辐射采暖板管内蒸汽的压力,提高热水采暖的热水温度,冷凝器冷却水用温度较低的深井水代替自来水,空气冷却器中降低冷却水的温度等,都可以直接增加换热器传热温差Δt。

但是,增加换热器传热温差Δt是有一定限度的,我们不能把它作为增强换热器传热效果最主要的手段,使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。

例如,我们在提高辐射采暖板的蒸汽温度过程中,不能超过辐射采暖允许的辐射强度,辐射采暖板蒸汽温度的增加实际上是一种受限制的增加,依靠增加换热器传热温差Δt只能有限度的提高换热器换热效果;同时,我们应该认识到,传热温差的增大将使整个热力系统的不可逆性增加,降低了热力系统的可用性。

相关主题