新型板式换热器的优化选型.docx
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1、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NTUKAMCttm,即传热单元数NTU和温差比选择板片形状、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QKtmA,tm1AAdA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。 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CdQdt,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d
2、QKdAKtdA,两种流体产生的温度变化分别为dthdQCh,dtcdQCc,dtddQ,则dA1k,当从A0积分至AA0时,A01k,由于两种流体间交换的热量相等,即QChCc,经简化后可知,QKA0,若t1thitco,t2thotci,则QKA0KA0tm,式中的tm。顺流 tm 逆流 tm 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2,一般t1t2小于时,可采用,若tt2为3时,则误差约为10%。 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
3、器的总热导与流体热容量的比值NTUKAMC,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,KAMCttm,式中ttm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1tm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。表1 tm,NTUp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
4、板式换热器的优化设计计算,就是在已知温差比NTUE的条件下,合理地确定其型号、流程和传热面积,使NTUp等于NTUE。 换热过程和NTU 与供热空调相关的换热过程如下如示 用蒸汽加热水 水水换热a. 蒸汽133133c. 一次水6560水565二次水4540b. 蒸汽133133d. 一次水149水5565二次水137e. 一次水2924二次水2621以上5例工艺过程的NTUp表2 供热空调工艺过程的NTUp 过程tmNTUpa133133565b1331335565c6560454020d149137e292426213 板式换热器和NTUE NTUE表示板式换热器的能力,换热器的面积是具有
5、一定传热长度的单位传热体的组合,总传热长度是单位长度和流程数的乘积。当NTUE是总数时,若每1流程数为NTUe时,则NTUEnNTUe。当NTUeNTUENTUp时,换热器为单程。若NTUeNTUp时,则换热器应为多流程,故设计时应先预定n。由于每种板片单程的NTUe值基本上是定值,如适合表2中e的流量为25m3h的单程板式换热器的NTUe为17。从NTUeAKMC可知,当NTUe为定值时,AK成反比,仍以e为例,当K500kcalh时,A25000500,流程数n175。当K2500kcalh时,A,流程数n1。每一流程的NTUe如下所示:K500,NTUeNTUEn,K2500时,NTUe
6、。由此可知,根据NTUe即可求出换热器的流程数,传热系数和传热面积。从以上分析可知,若板式换热器设计不合理,可能使换热面积过大,也可能使板间流速太高,阻力过大。 板式换热器制造技术的进步,板片种类的增加,提高了板式换热器对各种工艺过程的适应性。 大NTU,小tm的板式换热器满足了区域供冷和热泵机组蒸发器、冷凝器的要求。从以上分析可知,tm是换热的驱动力,若tm小,即意味着驱动力小,要实现两种流体之间的换热,必须增大传热系数,增大传热面积,为了使传热面积不至过大,唯一的方法是增大传热系数K。 浅密波纹板片是北京市京海换热设备制造有限责任公司开发的新型板片,它的传热系数约为7000WK,是水平平直
7、波纹板的2倍,是人字形波纹板的倍,在区域供冷中应用时,检测的tm约为。在作为冰蓄冷的乙二醇和冷冻水的换热器使用中,tm约为。 板式蒸发器、板式冷凝器也是北京市京海换热设备制造有限责任公司开发的适应于热泵机组的新型换热器。与管壳式蒸发器、冷凝器相比,它具有如下优点:单位体积内板式蒸发器、板式冷凝器的传热面积约是管壳式换热器的3倍;板式蒸发器的传热系数约为10001200 WK,板式冷凝器的传热系数约为15002000 WK均为管壳式换热器的23倍;在板式蒸发器上采用了使制冷剂液体分布均匀的分配器装置,当蒸发器板片数较多时,可能会出现制冷剂液体分配不均的问题,不能充分利用所有蒸发传热面积,使蒸发温
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