各种换热器的原理.特点及适用范围

换热器简介

添加人：admin 发布时间：2010-10-27 11:39:41 来源：中国热交换器网

换热器是将热流体的部门热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器的应用广泛，日常糊口中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等产业部分。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是进步能源利用率的主要设备之一。

换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部门，如氨合成塔内的热交换器。

因为制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简朴的结构，而且传热面积小、体积大和粗笨，如蛇管式换热器等。跟着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在产业出产中成为一种典型的换热器。

二十世纪20年代泛起板式换热器，并应用于食物产业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发念头的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强侵蚀性介质的换热题目，人们对新型材料制成的换热器开始留意。

60年代左右，因为空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温顺高压前提下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。

换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。

混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。因为两流体混合换热后必需及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依赖两流体本身的密度差得以及时分离。

蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。

间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。

间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为知足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。

换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，进口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较平均。在冷、热流体的进出口温度一定的前提下，当两种流体都无相变时，以逆流的均匀温差最大顺流最小。

在完成同样传热量的前提下，采用逆流可使均匀温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操纵费，故在设计或出产使用中应尽量采用逆流换热。

当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，因为相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。

在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以进步传热系数是一个重要的题目。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。

增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻进步给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作公道的协调。为了降低污垢的热阻，可想法延缓污垢的形成，并按期清洗传热面。

一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐侵蚀前提外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温前提下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。

各种换热器的原理、特点及适用范围

添加人：admin 发布时间：2010-11-26 11:57:43 来源：中国热交换器网

1、原理

T型翅片管是由光管经由滚轧加工成型的一种高效换热管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状T型地道。管外介质受热时在地道中形成一系列的气泡核，因为在地道腔内处于周围受热状态，气泡核迅速膨大布满内腔，持续受热负气泡内压力快速增大，促负气泡从管表面细缝中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲洗气力，并产生一定的局部负压，使附近较低温度液体涌入T型地道，形成持续不断的沸腾。这种沸腾方式在单位时间内，单位表面积上带走的热量远弘远于光管，因而这种管型具有较高的沸腾传热能力。

2、特点

⑴传热效果好。在R113工质中T管的沸腾给热系数比光管高1.6-3.3倍。

⑵常规的光管换热器，只有当热介质的温度高于冷介质的沸点或泡点12℃-15℃时，冷介质才会起泡沸腾。而T型翅片管换热器只需2℃-4℃的温差，冷介质就可沸腾，且鼓泡细密、连续、快速，形成了与光管比拟的独特上风。

⑶以氟利昂11为介质的单管实验表明，T型管沸腾给热系数可达光管的10倍；以液氨为介质的小管束实验结果，总传热系数为光管的2.2倍；C3、C4烃类分离塔的再沸器产业标定表明，低负荷时，T型管总传热系数比光滑管高50%，大负荷时高99%。

⑷较铝多孔表面传热管的价格便宜。

⑸因为地道内部的气液扰动非常激烈以及气体沿T缝高速喷出，因而不管是T型槽内部仍是管外表面，都不易结垢，这一点保证了设备能长期使用而传热效果不会受到结垢的影响。

二、应用场合

只要壳侧介质比较干净、无固体颗粒、无胶质，均可采用T型翅片管作换热元件，形成T型翅片管式高效换热器，以进步壳侧沸腾传热效果。

二、低螺纹翅片管

一、原理及特点

1、原理

低螺纹翅片管是普通换热管经轧制在其外表面形成螺纹翅片的一种高效换热管型，其结构如图所示：

这种管型的强化作用是在管外。对介质的强化作用一方面体现在螺纹翅片增加了换热面积；另一方面是因为壳程介质流经螺纹管表面时，表面螺纹翅片对层流边层产生分割作用，减薄了边界层的厚度。而且表面形成的湍流也较光管强，进一步减薄边界层厚度。综合作用的结果，使该管型具有较高的换热能力。当这种管型用于蒸发时，可以增加单位表面上气泡形成的数目，进步沸腾传热能力；当用于冷凝时，螺纹翅片十分有利于管下端冷凝液的滴落，使液膜减薄，热阻减少，进步冷凝传热效率。

2、特点

⑴加工本钱较低；

⑵合用面广。对壳程介质的蒸发、冷凝、气态流传热、液态流传热均有强化作用；

二、合用场合

只要壳侧介质比较干净、无侵蚀、不结垢，均可采用低螺纹翅片管作换热元件，形成低螺纹翅片管式高效换热器。

三、空心环支撑菱形翅片管

一、技术原理及特点

⑴原理

空心环支撑菱形翅片管换热器是以菱形翅片管为传热元件，折流板采用空心环式支撑结构形成的一种新型高效换热器。该换热器的菱形翅片管为带有周向非连续三维翅片的高效传热管，其传热强化机能优于带周向连续翅片的螺纹翅片管。当用于冷凝强化传热时，因为其三维翅片的特殊结构造成翅片表面液膜的表面张力分布不均—根部大，顶部小，液膜被拉向根部，使三维翅片表面的液膜厚度大幅度的减薄，热阻减小，使汽态介质和管外壁的换热能力增强，从而进步换热效果。当用于对流传热强化时，因为其翅片的非连续性，可对流体传热边界层产生周期性的破坏，使翅片表面传热边界层厚度有效减薄，降低边界滞留底层的传热阻力，进步换热效果。另外，该换热器的折流板可采用空心环作为支撑元件。空心环管支撑方式将支撑板的管桥变成壳程介质的畅通流畅通道，变普通的横向折流为纵向流，这种活动方式流体的形体阻力非常小，可使绝大部门流体的压降作用在强化传热管的粗拙传热界面上，用于促进界面上的对流传热，可充分施展强化管的传热强化作用，及有效地避免了各类壳程支撑物对流体形体阻力的不利影响，在低流阻前提下获得高的传热机能。

⑵特点

1、较光滑管比，其表面膜传热系数或对流膜传热系数进步1-3倍；

2、用空心环作为支撑，可大大降低壳程的流阻；

3、造价一般不超过完成同样热负荷的光管换热器。尤其在扩产改造中，往往只须更换管束便可知足处理量增加20-30%的新工况，设备基础、配管均无须改动。

4、消除了横向折流的死区，减少积垢，进步了使用寿命；

5、壳程介质纵向活动，减少了管子振动，有效地降低了因管束振动引起的换热管早期破坏；

二、应用范围

采用碳钢材料制造的菱形翅片管，可广泛应用于石油、化工、动力等行业的各种壳程有冷凝相变或壳程以对流传热为主的各类液-液，气-液，气-气换热器。只要壳侧介质比较干净、无固体颗粒、无胶质，均可采用菱形翅片换热器，或以菱形翅片管换热器替换光管换热器，进步传热效率。

三、规格型号

在知足菱形翅片管使用工况要求的条件下，各种规格、形式的普通换热器均可采用菱形翅片管作为换热元件，以空心环支撑板作支撑组件，从而形成空心环支撑菱形翅片管式高效换热器

四、空心环支撑缩放管

一、原理及特点

1、原理

空心环支撑缩放管换热器是以缩放管为传热元件，折流板采用空心环式支撑结构形成的一种新型高效换热器。该换热器的缩放管经轧制而成,轧制后在管的轴向形成了有规律的扩张段和收缩段。与光滑管比拟，在轴向流场方向，流体局部(缩段或放段)的流速和压力形成周期性变化，使横向湍动增强，因而可以在较小的Re数下进入湍流状态(湍流状态下，统一介质间的热交换能力增强，介质均温性增加，换热管两侧表面介质温差加大，使换热速度加快。)；另外，在每一波节的转换处，因为流体速度和方向发生改变因而形成局部湍流，减少了边界滞留底层的厚度，增大了膜传热系数，进步了换热能力。空心环管支撑方式将支撑板的管桥变成壳程介质的畅通流畅通道，变普通的横向折流为纵向流，这种活动方式,流体的形体阻力非常小，可使绝大部门流体的压降作用在强化传热管的粗拙传热界面上，用于促进界面上的对流传热，可充分施展强化管的传热强化作用，及有效地避免了各类壳程支撑物对流体形体阻力的不利影响，在低流阻前提下获得高的传热机能。

2、特点

⑴管程和壳程可同时强化传热

⑵壳程流阻小。与光滑管比拟，在进步整体传热能力30%-50%以上时，壳侧压降仅为光滑管的50%-80%。

⑶除了横向折流的死区，减少积垢，进步了使用寿命。

⑷程介质纵向活动减少了管子振动，有效地减少了因管束振动引起的换热管早期破坏。

⑸缩放管的特定外形，在波节的过渡处形成的局部湍流区对此处的换热表面有一定的冲洗作用，因而具有良好的抗垢功能。

⑹与其它强化管对介质有佷严的洁净要求比拟，缩放管答应流体当中含有一定量的杂质，因而合用介质的范围更宽。扩产改造中，往往只需更换管束，便可知足处理量增加20%-30%的新工况，设备基础，配管均无需改动

二.合用场合

除蒸发和冷凝强化作用不显著外，其它各种形式的换热器均可采用空心支撑缩放管这种结构进行强化传热。

三.规格型号

各种规格、形式的普通换热器均可采用缩放管做换热元件，以空心环支撑板做支撑组件，形成空心环支撑缩放管式高效换热器。

五、铝多孔表面传热管

一、原理及特点

1、原理

铝多孔表面传热管是利用金属热喷涂技术，采用含有造孔剂的铝基粉末，在普通光管的表面制备一层铝多孔涂层。该涂层在传热介质沸腾阶段，涂层中的大量微孔变成为汽泡形成的核心，因为微孔内的汽泡处于周围受热状态，气泡核迅速膨大布满内腔，持续受热负气泡内压力快速增大，促负气泡从管表面细缝中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲洗气力，并产生一定的局部负压，使附近较低温度液体涌入微孔内，形成持续不断的沸腾。这种沸腾方式在单位时间内，单位表面积上带走的热量远弘远于光管，因而这种管型具有较高的沸腾传热能力。

2、特点

⑴传热系数高。当热负荷铝g=2.5-3万大卡/米时，铝多孔表面的沸腾给热系数约为光滑表面的6-7倍。

⑵很小的温差下维持沸腾(0.6-0.7℃)，从而大大减少传热的不可逆损失。

⑶价格公道。同类产品，其价格仅为入口产品价格的1/4左右。

二、应用范围

化工出产中，工况为管别传热介质有沸腾相变，管内介质有全部或部门冷凝相变，并且管外介质不结垢，对铝涂层不侵蚀，在这种场合下使用的各种换热器中的传热管均可采用铝多孔表面传热管作传热元件。

六、螺旋槽管

一、原理及特点

1、原理

螺旋槽管，就是普通换热管经轧制或用其它加工方法在其内外表面形成螺旋槽道的一种高效换热管形。流体在管内活动时受螺旋槽纹的引导，靠近壁面的部门流体顺槽旋转；另一部门流体顺壁面沿轴向活动时，螺旋形的突出也使流体产生周期性的扰动。前一种作用有利于减薄流体边界层；后一种作用引起边界层中流体质的扰动，因而可以加快壁面至流体主体的热量传递。两种作用综合作用的结果，使管内换热效果得到加强。管外的强化传热主要体现在冷凝过程，当壳程有冷凝相变时，螺旋槽成为排泄凝液的通道，可使凹槽两边的冷凝液膜减薄，从而减少热阻，进步冷凝给热系数。

2、特点

⑴管内管外可同时强化传热。

⑵加工本钱低

⑶合用面广。对管内外介质的蒸发、冷凝、气态流传热、液态流传热均有强化作用；

二、合用范围

合用于管外冷凝、管内为液态流或气态流的换热场合。

七、螺旋折流板

一、原理及特点

1、原理

螺旋折流板换热器就是用连续螺旋状的支撑板支持换热管，使壳程介质从壳程进口进入时，沿螺旋板形成的螺旋通道斜向前进，将传统的横向折流方式变成纵向螺旋折流方式，在降低壳程阻力的同时，大大强化传热效果。

2、特点

⑴介质在壳体内连续平稳螺旋活动，避免了横向折流产生的严峻压力损失，因而具有压降低的特点。

⑵弓形折流板比，在同样的压降下，可大幅度进步壳程介质的流速，从而进步Re，使介质传热能力增大。

⑶于壳程介质螺旋前进，因而在径向截面上产生速度梯度，形成径向湍流，使换热管表面滞留底层减薄，有利于进步膜传热系数。

⑷横向折流方式比，不存在死区，在进步换热系数的同时，减少污垢沉积，热阻不乱，可使换热器一直处于高效运行状态。

⑸旋折流板对换热管的约束要强于弓形折流板，减少了管束振动，延长设备的运行寿命。

⑹程做冷凝换热时，螺旋折流板可以起到对冷凝后的液体引流作用，减少了冷凝液体对下排管笼盖，从而进步换热效果。

⑺种换热器和普通换热器的区别仅在于壳程折流板的结构，管束外观外形、管束和壳体的配合尺寸都不变，在检验当中完全可以用螺旋折流板芯子替代弓形折流板式芯子，以进步换热效果。

二、应用范围

除管外蒸发的换热场合，螺旋折流板式换热器不合用外，其它各种场合均适合这种换热器的使用。

三、规格型号

各种规格形式的普通换热器均可采用螺旋折流板作支撑，形成螺旋折流板式换热器。

八、旋流高效管壳式换热器

一、原理及特点

⑴原理

旋流高效换热器，是以传统管壳式换热器为基础，采用螺旋扭曲卵形截面换热管为换热元件，并设计了多种特殊结构的挡流支撑组件替换常规管壳式换热器的折流板，其它结构均采用常规管壳式换热器的零部件。在旋流高效换热器中，壳程物流在挡板支撑组件的作用下，在壳程中主要作纵向活动，壳程物畅通流畅道横截面沿管束纵向周期性地发生变化，使壳程物流在沿螺旋扭曲的换热管外壁纵向活动的同时，产生复杂的以旋转和周期性的物流分离与混合为主要特点的强扰动；螺旋扭曲卵形截面换热管内的螺旋椭形通道使管程物流产生以纵向旋转和二次旋流为主要特点的强扰动。这种结构使管程物流和壳程物流均产生以旋转为主要特征的复杂活动，获得较强的旋转扰动，从而较大强度地强化了传热过程。

⑵特点

①管程和壳程可同时强化加热。

②强化传热效果好，壳程流阻较小。旋流高效换热器的总换热系数一般可进步30﹪以上。

③使用寿命长。因为旋流高效换热器壳程物流基本上为纵向活动，显著的减少了管束的震惊，大大降低了因为管束震惊而造成的换热管破裂等失效的可能性；同时也有效的消除了壳程物流横向活动的“死区”，降低了积垢速率，从而延长了换热器的使用寿命。

二、合用场合

⑴管内管外均需强化传热的场合

⑵流速较低，粘度较大的介质

三、规格型号

各种规格、形式的普通管壳式换热器均可采用扭曲管作为换热元件，从而形成旋流高效管壳式换热器。