1、1第八章第八章 热质交换设备热质交换设备 第一节第一节 概概 述述 热质交换设备是将热质交换设备是将热量热量以一定的传热方式从以一定的传热方式从热流体热流体传递传递冷流体冷流体的设备，的设备，其间，可能其间，可能伴随着质量的传递伴随着质量的传递。热质交换设备广泛应用于工业生产中。如。热质交换设备广泛应用于工业生产中。如制冷制冷中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、冷凝蒸发器、回中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、冷凝蒸发器、回热器以及冷水塔等，气体液化、分离中的精馏塔，低温技术中的蓄热器；热器以及冷水塔等，气体液化、分离中的精馏塔，低温技术中的蓄热器；电厂电厂中锅炉（省煤
2、器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器）、除氧器、中锅炉（省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器）、除氧器、高低压加热器、凝汽器等。高低压加热器、凝汽器等。另外，在另外，在轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品加工工业等，都要大量使用加工工业等，都要大量使用热质交换设备。热质交换设备。换热器的传热性能对装置的换热器的传热性能对装置的经济性经济性影响很大。热交换器的种类多，下面影响很大。热交换器的种类多，下面分别讨论。分别讨论。2 第二节 表面式换热器 在表面式换热器中，冷、热流体在固体壁面的两侧流动，热量通过壁在表面式换热器中，冷、热流体在固体壁面的两侧流动，
3、热量通过壁面进行热传递。表面式换热器又分面进行热传递。表面式换热器又分管壳式、板式、翅片管式、板翅式、旋管壳式、板式、翅片管式、板翅式、旋板式板式和和热管式换热器热管式换热器等。等。一、管壳式换热器一、管壳式换热器特点：特点：有圆形外壳，内装平行有圆形外壳，内装平行 管束，管束，管内通道管内通道部分称为部分称为管程管程，管外面与壳体内表面之间的通流部分管外面与壳体内表面之间的通流部分称为称为壳程壳程或管间。冷、热流体分别或管间。冷、热流体分别流过管程和壳程，通过流过管程和壳程，通过壁面壁面实现热交换。实现热交换。优点：优点：结构简单、造价低廉、选材范围广，清洗方便、适应性强。容量大、结构简单、
4、造价低廉、选材范围广，清洗方便、适应性强。容量大、适应高温、高压能力强，应用广泛。又有三种形式：适应高温、高压能力强，应用广泛。又有三种形式：31.固定管壳式换热器固定管壳式换热器（1 1）结构：）结构：图图8-18-1为卧式固定管为卧式固定管 壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热流体有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热流体分别在分别在管内管内和和管间流动管间流动。图。图8-18-1所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石
5、所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石油气、天然气、制冷剂蒸汽。油气、天然气、制冷剂蒸汽。管侧管侧流程流程有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管接头管接头。为。为了提高原料气的流速和改善传热效果，管间通常用栏板（折流板）将其分成了提高原料气的流速和改善传热效果，管间通常用栏板（折流板）将其分成若干室。同时也起支持作用。若干室。同时也起支持作用。（2 2）特点：）特点：固定管板式换热器集中了上述各优点，但固定管板式换热
6、器集中了上述各优点，但不好清洗，热膨胀能力不好清洗，热膨胀能力差差。在火电厂中被广泛应用，如。在火电厂中被广泛应用，如高低压加热器、凝汽器等。高低压加热器、凝汽器等。42.浮头式换热器浮头式换热器 由于固定管板式换热器由于固定管板式换热器热膨胀热膨胀能力差，浮头式换能力差，浮头式换热器两端的管板热器两端的管板只用一端与外壳固定死只用一端与外壳固定死，另一端可，另一端可相对于壳体相对于壳体滑动（浮头）滑动（浮头）。内浮头式换热器：内浮头式换热器：图图8-28-2为示意图。为示意图。外浮头式换热器：外浮头式换热器：浮头露在壳体外的称为外浮浮头露在壳体外的称为外浮头式。与外壳的密封结构如图头式。与外
7、壳的密封结构如图8-38-3所示。所示。特点：特点：浮头式换热器可解决浮头式换热器可解决膨胀、热应力膨胀、热应力问题。问题。浮头端可把管子浮头端可把管子拆卸下来清洗拆卸下来清洗。但要。但要产生泄漏产生泄漏。53.U型管式换热器和套管式换热器型管式换热器和套管式换热器（1 1）U U型管式换热器型管式换热器 如图如图8-48-4所示，管子两端都固定在同一管板上。所示，管子两端都固定在同一管板上。优点：优点：它具有双管程和浮头式换热器的一些优点，可自由膨胀，弹性好，热补它具有双管程和浮头式换热器的一些优点，可自由膨胀，弹性好，热补偿性好；偿性好；管程流速高，传热性能好；管程流速高，传热性能好；承受
8、能力较强，结构紧凑；承受能力较强，结构紧凑；管束可抽出清洗，便于安装。管束可抽出清洗，便于安装。缺点：缺点：管内不好清洗，管侧阻力较大。管内不好清洗，管侧阻力较大。6（2）套管式换热器）套管式换热器 套管式换热器（图套管式换热器（图8-58-5）是由一根管子）是由一根管子组成的串联组成的串联U U形管换热器。形管换热器。作用：作用：常用于换热量较小的场合，如小型制冷装置的冷凝器、常用于换热量较小的场合，如小型制冷装置的冷凝器、蒸发器。蒸发器。特点：特点：是结构紧凑，制造简单，制冷剂和载冷剂成逆向流动。是结构紧凑，制造简单，制冷剂和载冷剂成逆向流动。7二、板式换热器二、板式换热器 板式换热器是一
9、种高效、板式换热器是一种高效、结构紧凑的换热设备。广泛使用结构紧凑的换热设备。广泛使用于石油、化工、轻工、电力、冶于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源动力、制冷空调金、机械、能源动力、制冷空调诸方面。诸方面。1.1.组成组成：如图：如图8-68-6所示，板式换热所示，板式换热器由器由传热板片、密封垫片、固定传热板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、上下导杆、压紧板、活动压紧板、上下导杆、支撑架支撑架及及紧固件紧固件组成。组成。82.传热板片：传热板片：板式换热器的关键部件是板式换热器的关键部件是传热板片传热板片，种类很多，如图，种类很多，如图8-78-7。（1 1）瘤形板片）瘤形板片
10、板上交替排列着许多半球突起或平头突起的板上交替排列着许多半球突起或平头突起的“瘤瘤”。瘤形。瘤形板片中的流动属网状流动，阻力小，传热系数可达板片中的流动属网状流动，阻力小，传热系数可达4650W/m4650W/m.c.c。如图。如图8-8-7a7a。（2 2）水平平直波纹板）水平平直波纹板 断面形状为等腰三角形，传热系统可达断面形状为等腰三角形，传热系统可达5800W/5800W/m m.c.c。如图。如图8-7b8-7b。（3 3）人字形板片）人字形板片 如图如图8-7c8-7c所示。为网状形，刚度好，传热性能好；其缺所示。为网状形，刚度好，传热性能好；其缺点是流动阻力大。点是流动阻力大。9
11、3.多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程换多流体、多流程换热器的通道数，是靠热器的通道数，是靠密封片密封片的合理布置安排实现的。如图的合理布置安排实现的。如图8-88-8、图、图9-99-9。104.优点：优点：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是：（1 1）结构简单，制造方便）结构简单，制造方便。板式换热器零件数少，组装容易，只要改变传。板式换热器零件数少，组装容易，只要改变传热板片即可。热板片即可。（2 2）传热效率高，有效传热温差大。）传热效率高，有效传热温差大。板片叠加而形成狭窄的板间空间，流板片叠
12、加而形成狭窄的板间空间，流体在其中紊流流动，提高传热效果。体在其中紊流流动，提高传热效果。（3 3）体积小，重量轻、价格便宜。）体积小，重量轻、价格便宜。（4 4）结垢少，可靠性高。）结垢少，可靠性高。（5 5）可拆卸，便于清洗、维护。）可拆卸，便于清洗、维护。板式换热器的最大允许工作压力为板式换热器的最大允许工作压力为1MPa 1MPa 左右，最高允许温度为左右，最高允许温度为260260C C。115.全焊接式板式换热器：全焊接式板式换热器：如图8-10所示，其由传热板片传热板片和两端的端片端片组成。（1 1）构造）构造：传热板片之间、传热板片与端板之间、需要密封的通孔周围等，所有需：传热
13、板片之间、传热板片与端板之间、需要密封的通孔周围等，所有需要密封部位都是用钎焊完成。使结构更简单、牢固。最高工作温度为要密封部位都是用钎焊完成。使结构更简单、牢固。最高工作温度为225225C C，最，最低工作温度为流体冻结温度；最大工作压力为低工作温度为流体冻结温度；最大工作压力为3MPa3MPa ，最小工作压力为真空。，最小工作压力为真空。（2 2）材料：）材料：不锈钢，有足够的强度和刚度，耐腐蚀，不易结垢。不锈钢，有足够的强度和刚度，耐腐蚀，不易结垢。（3 3）优点：）优点：它和管壳换热器相比，还有另外的它和管壳换热器相比，还有另外的优点优点，制冷剂充量少制冷剂充量少，有利于环保，可降低
14、成本。，有利于环保，可降低成本。体积小。体积小。抗冻性能好抗冻性能好：流体流速高，温度分布均匀。：流体流速高，温度分布均匀。蒸发彻底蒸发彻底，经济性好。，经济性好。（4 4）缺点：）缺点：周边长，密封困难、容易泄漏；金属板薄，周边长，密封困难、容易泄漏；金属板薄，刚性较差，不适应高压、高温差工况。介质流量刚性较差，不适应高压、高温差工况。介质流量不能太大。板片制造复杂，成本较高。不能太大。板片制造复杂，成本较高。12三、翅片管式换热器三、翅片管式换热器 翅片管是带有肋片管子，可增大换热面、促进湍流。这种换热器如：翅片管是带有肋片管子，可增大换热面、促进湍流。这种换热器如：风冷风冷冷凝器、表面式
15、蒸发器、空气冷却器，锅炉省煤器、暖气片冷凝器、表面式蒸发器、空气冷却器，锅炉省煤器、暖气片等。如图等。如图8-118-11。1.1.翅片管的型式：翅片管的型式：主要有纵向和径（横）向两类。翅片可在管内、管外或兼主要有纵向和径（横）向两类。翅片可在管内、管外或兼有。根据加工不同，有有。根据加工不同，有整体翅片、焊接翅片、机械连接翅片整体翅片、焊接翅片、机械连接翅片。图。图8-128-12。整体翅片整体翅片：有铸造、机械加工而成。翅片和管子做成一体。无接触热阻，：有铸造、机械加工而成。翅片和管子做成一体。无接触热阻，强度高，耐热振和机械振动。机械性能、传热性、膨胀性好。但制造成本高。强度高，耐热振
16、和机械振动。机械性能、传热性、膨胀性好。但制造成本高。13焊接翅片焊接翅片：制造简单，经济性好，传热性、机械性：制造简单，经济性好，传热性、机械性能好。能好。机械连接翅片：机械连接翅片：有绕片式、镶嵌式、热套和胀接式。有绕片式、镶嵌式、热套和胀接式。优点优点是：经济，材料可任意组合；是：经济，材料可任意组合；缺点缺点是：有接触热组，膨胀不均匀，可能产生是：有接触热组，膨胀不均匀，可能产生松动，其工作温度为松动，其工作温度为200350200350CC。耐热性能好，。耐热性能好，造价高。造价高。图图8-138-13为翅片管型式：为翅片管型式：其中，图其中，图8-13a8-13a为套片管，为套片管
17、，图图8-13b8-13b为绕片管，它是在管外按螺旋状绕一条金为绕片管，它是在管外按螺旋状绕一条金属带。属带。优点：优点：传热系数高。传热系数高。缺点：缺点：热阻大。图热阻大。图8-8-13a13a为套片管，已广泛用于氟利昂制冷机。为套片管，已广泛用于氟利昂制冷机。142.翅片管的工作特点：翅片管的工作特点：其其优点优点：（1 1）传热性能强）传热性能强：因传热面积增大，使传热系数增大；：因传热面积增大，使传热系数增大；（2 2）结构紧凑）结构紧凑：由于单位体积传热面积大，传热性能增强，：由于单位体积传热面积大，传热性能增强，在相同热负荷下，翅片管换热器管子少。在相同热负荷下，翅片管换热器管子
18、少。（3 3）可有效、合理地利用材料）可有效、合理地利用材料。（4 4）当翅片被加热时，在相同热负荷下，翅片管管壁温度较）当翅片被加热时，在相同热负荷下，翅片管管壁温度较低，对低，对减少金属面的高温腐蚀减少金属面的高温腐蚀和和超温超温是有利的。是有利的。其主要其主要缺点缺点：制造工艺复杂，造价高；流阻大，动力消耗大。制造工艺复杂，造价高；流阻大，动力消耗大。153.翅片管换热器翅片管换热器 翅片管换热器由多个翅片管组合翅片管换热器由多个翅片管组合而成。翅片多为换热能力较弱的一侧。而成。翅片多为换热能力较弱的一侧。图图8-14a8-14a为为强制对流强制对流整体套片整体套片 式风冷冷凝器式风冷冷
19、凝器示意图；（汽车前）示意图；（汽车前）图图8-14b8-14b为为自然对流自然对流整体套片整体套片 式风冷冷凝器式风冷冷凝器示意图。（冰箱背后）示意图。（冰箱背后）16（紧凑式、二次表面式换热器）（紧凑式、二次表面式换热器）它是一种紧凑、轻巧、高效的换热器。它是一种紧凑、轻巧、高效的换热器。1.1.基本结构：基本结构：如图如图8-158-15，它由，它由翅片、隔板、封翅片、隔板、封条条三种元件组成的三种元件组成的单元体单元体叠积所构成。波形翅叠积所构成。波形翅片置于两隔板之间，由侧封条封固。多个单元片置于两隔板之间，由侧封条封固。多个单元体按不同组合可组成体按不同组合可组成逆流、错流逆流、错
20、流或或逆错流逆错流的组的组件（即板束、芯体）。这些板束配上件（即板束、芯体）。这些板束配上导流体、导流体、封头和出入口封头和出入口接管就构成了完整的板翅式换热接管就构成了完整的板翅式换热器。器。冷、热流体冷、热流体分别流过间隔放置的分别流过间隔放置的冷流层冷流层和和热流层热流层而实现换热。而实现换热。17 换热型式换热型式：板翅式换热器由自成流道的单元体组成板翅式换热器由自成流道的单元体组成，可方便地实现多，可方便地实现多股气流之间的换热和股气流之间的换热和逆流、错流逆流、错流或或逆错流逆错流等不同的换热型式（图等不同的换热型式（图8-168-16）。18 翅片的形式有：翅片的形式有：（1 1
21、）光直翅片：）光直翅片：由薄金属板冲压而成，如图由薄金属板冲压而成，如图8-17a8-17a所示。所示。（2 2）锯齿形翅片：）锯齿形翅片：可看作光直翅片可看作光直翅片切成切成片段再错成一定间隔而形成的片段再错成一定间隔而形成的间断式翅间断式翅片片。如图。如图8-17b8-17b所示。所示。（3 3）多孔形翅片：）多孔形翅片：他是在光直翅片上开了很多小孔而成，孔有圆形、方形。他是在光直翅片上开了很多小孔而成，孔有圆形、方形。此外，还有：此外，还有：波纹型、百叶窗型、钉状波纹型、百叶窗型、钉状或或片条状翅片片条状翅片等。等。192.工作特点工作特点（1）传热能力强：）传热能力强：翅片上孔洞、缝隙
22、、弯曲使流体湍动，可使传热增强；（2）结构紧凑：）结构紧凑：单位体积的传热面积大，（3）轻巧牢固：）轻巧牢固：因结构紧凑，用薄金属片，重量轻。（4）适应性强：）适应性强：适应各种介质（5）板翅式换热器的）板翅式换热器的主要缺点缺点：结构复杂，造价高；流道小，易阻塞。不能拆卸，难清洗。由于多用铝材，易腐蚀泄漏。20五、螺旋板式换热器五、螺旋板式换热器1.1.基本结构：基本结构：该换热器是一种高效换热器，如图该换热器是一种高效换热器，如图8-188-18。由。由传传热板、定距柱、连接管、头盖及衬垫热板、定距柱、连接管、头盖及衬垫等部件组等部件组成。成。传热板传热板：两块厚约两块厚约6mm6mm金属
23、板卷成一对同心圆金属板卷成一对同心圆的的螺旋形螺旋形流道，流道始于中心，终于边缘，中流道，流道始于中心，终于边缘，中心处用隔板将两边流体隔开。甲、乙两流体在心处用隔板将两边流体隔开。甲、乙两流体在金属板两边的流道内逆向流动，以实现换热。金属板两边的流道内逆向流动，以实现换热。螺旋板式换热器的螺旋板式换热器的流道型式：流道型式：型型螺旋板式换热器螺旋板式换热器（图（图8-18 8-18），通常，冷流），通常，冷流体体由周边向中间流动由周边向中间流动，热流体，热流体从中心流向外周从中心流向外周。由于由于型型螺旋板式换热器流道窄小，一般用作螺旋板式换热器流道窄小，一般用作两流体换热。两流体换热。图8
24、-1821 型型螺旋板式换热器螺旋板式换热器，它是将，它是将型之一个型之一个螺旋通道出、入口封死，代之以螺旋通道出、入口封死，代之以两个轴向两个轴向出、入口出、入口，如图，如图8-19 8-19 所示。轴向流道也可所示。轴向流道也可以做成多流程。实用于体积流量相差较大以做成多流程。实用于体积流量相差较大的工况，如冷凝器、气体冷却器、再沸器的工况，如冷凝器、气体冷却器、再沸器等。等。定距柱：定距柱：是保证流道的间距，加强湍流。是保证流道的间距，加强湍流。用用310mm310mm圆钢或带钢在卷曲前焊接在传热板上，圆钢或带钢在卷曲前焊接在传热板上，然后卷制；然后卷制；头盖：头盖：多为圆锥形、椭圆形盖
25、板。多为圆锥形、椭圆形盖板。222.2.工作特点：工作特点：（1 1）传热强度高）传热强度高：因阻力小，流速快，使传热系数增大；又是逆向流动，平均传热：因阻力小，流速快，使传热系数增大；又是逆向流动，平均传热温差大，可提高传热效率；温差大，可提高传热效率；（2 2）结构紧凑，不用管材）结构紧凑，不用管材：板形单位体积的传热面积大。平均传热温差大，传热系：板形单位体积的传热面积大。平均传热温差大，传热系数大；数大；（3 3）不易污塞，单流道，高流速，污垢不易沉积。可）不易污塞，单流道，高流速，污垢不易沉积。可“自洁自洁”。（4 4）能有效地利用低温热源。）能有效地利用低温热源。由于流道长，逆向传
26、热，有利于利用地下热能等低温由于流道长，逆向传热，有利于利用地下热能等低温热源。热源。（5 5）流阻小。）流阻小。其主要缺点：其主要缺点：（1 1）承压能力受限：）承压能力受限：因传热板薄，压力应因传热板薄，压力应0.50.5 1.0MPa 1.0MPa。工作温度。工作温度250C250C；（2 2）容量受限；）容量受限；单通道，通流能力小，流速不能太高。单通道，通流能力小，流速不能太高。（3 3）制造复杂，检修困难。）制造复杂，检修困难。传热部分和密封部分制造困难。传热部分和密封部分制造困难。23六、热管换热器六、热管换热器 热管热管是一种新型、高效传热装置，其导热系数比优良导体是一种新型、
27、高效传热装置，其导热系数比优良导体银、铜银、铜等高等高 倍。其作用相当于导热能力极高的导热体。倍。其作用相当于导热能力极高的导热体。1.1.热管的结构、工作原理热管的结构、工作原理（图（图8-208-20）（1 1）热管的结构：）热管的结构：热管是一个密封容器：热管是一个密封容器：热管轴向看热管轴向看，可分三个区段：，可分三个区段：蒸发区蒸发区（或称（或称热源热源、热段热段）蒸发输送段蒸发输送段（或称（或称绝缘段绝缘段）冷凝段冷凝段（或称热汇段、（或称热汇段、冷段冷段）。）。43101024从径向（纵剖面）看从径向（纵剖面）看，可分三部分：，可分三部分：密闭管壳，毛细结构密闭管壳，毛细结构（吸
28、液芯吸液芯），），蒸汽通道蒸汽通道（蒸汽腔蒸汽腔）。）。管壳：管壳：材料要求与工质有良好的相容性，有高导热率、耐压、耐热应力。材料要求与工质有良好的相容性，有高导热率、耐压、耐热应力。吸液芯：吸液芯：紧贴管壳内壁的紧贴管壳内壁的毛细结构毛细结构，能将液体从冷凝段输送到蒸发段。，能将液体从冷凝段输送到蒸发段。液态载热工质：液态载热工质：要求有较高的汽化潜热、导热系数、密度，较低的粘要求有较高的汽化潜热、导热系数、密度，较低的粘度、容点和适当的沸点。度、容点和适当的沸点。25（2 2）传热过程（）传热过程（工作原理工作原理）:热量热量从热源通过从热源通过壳壁壳壁和和吸液芯吸液芯传到传到液液汽界面上
29、汽界面上；液体在液体在蒸发段蒸发段内的内的液液汽分界面汽分界面上上蒸发（蒸发（吸收潜热吸收潜热）；蒸汽通过蒸汽通过蒸汽腔蒸汽腔输送到输送到冷凝段冷凝段；蒸汽在蒸汽在冷凝段冷凝段内的内的汽汽液分界面液分界面上上冷凝（冷凝（释放潜热释放潜热）；热量热量从从冷凝段冷凝段内的内的汽汽液分界面液分界面通过通过吸液芯吸液芯和和壳体壳体传给传给冷源冷源；冷凝液借助冷凝液借助吸液芯吸液芯的毛细的毛细作用从作用从冷凝段冷凝段返回返回蒸发段蒸发段重新重新工作。工作。262.2.工作特点工作特点 热管是依靠管内工作液体的（工质）热管是依靠管内工作液体的（工质）相变相变来实现传热，具有以下特点：来实现传热，具有以下特
30、点：高导热性高导热性：热管是依靠工作液体（工质）的热管是依靠工作液体（工质）的汽汽液液相变相变传热，热阻小，传热，热阻小，传热能力强。在一定温度下，其导热率是铜的传热能力强。在一定温度下，其导热率是铜的40100004010000倍；倍；良好的等温性良好的等温性：管内蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽从管内蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段蒸发段流向冷凝段的压降小，温降小，故具有的压降小，温降小，故具有良好的等温性。良好的等温性。热流密度的可变性：热流密度的可变性：热管可通过改变蒸发段或冷却段的热管可通过改变蒸发段或冷却段的加热面积加热面积来改变来改变输入端或输出端的输入端或输出端的热流密度
31、热流密度。即以较小的加热面积输入热量，而以较大的。即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量；或者冷却面积输出热量；或者以较大的加热面积输入热量，而以较小的以较大的加热面积输入热量，而以较小的冷却面冷却面积输出热量。可解决其他手段难以实现的传热问题。积输出热量。可解决其他手段难以实现的传热问题。热流方向的可逆性热流方向的可逆性：如一水平放置热管，内部循环动力是毛细作用。因：如一水平放置热管，内部循环动力是毛细作用。因此任意一端受热就可以看作蒸发段，而另一向外散热就成为冷凝段。此任意一端受热就可以看作蒸发段，而另一向外散热就成为冷凝段。27 热二级管与热开关性能热二级管与热开关性能：
32、热管可做成热二级管或热开关。：热管可做成热二级管或热开关。热二级管热二级管只允许热流向一个方向流动，而不允许反方向流动。只允许热流向一个方向流动，而不允许反方向流动。热开关热开关就是当热源温度高于某一值时，热管开始工作；当热源温度低于某一值就是当热源温度高于某一值时，热管开始工作；当热源温度低于某一值时，热管不传热。时，热管不传热。环境的适应性：环境的适应性：热管的形状可随热管的形状可随热源热源和和冷源冷源的条件变化做成各种形状。的条件变化做成各种形状。热管可以做成热管可以做成分离式分离式以适应以适应长距离长距离或或冷热流体不能混合冷热流体不能混合情况下的换热。情况下的换热。可用于地面，也可用
33、于空间。可用于地面，也可用于空间。此外，还有此外，还有 重力热管重力热管：无吸液芯，热端在下，冷凝液依靠重力沿壁面上流返回热：无吸液芯，热端在下，冷凝液依靠重力沿壁面上流返回热端。端。离心力热管离心力热管：就是利用离心力使冷凝液返回热端。：就是利用离心力使冷凝液返回热端。热管是一种高效传热元件，广泛用于宇航、电子设备的冷却，太阳能发电和热管是一种高效传热元件，广泛用于宇航、电子设备的冷却，太阳能发电和换热器、动力、化工等领域。换热器、动力、化工等领域。283.热管换热器热管换热器：由若干带翅片的热管组成一体，置于冷、热流体之间，由若干带翅片的热管组成一体，置于冷、热流体之间，通过热管把热流体的
34、热量源源不断地送到冷流体，以实现流体通过热管把热流体的热量源源不断地送到冷流体，以实现流体间的换热。间的换热。热管换热器的使用温度范围受到热管工作温度的限制。热管换热器的使用温度范围受到热管工作温度的限制。采用不同的工质（氨、氟、水等），可使其在不同的温度范围采用不同的工质（氨、氟、水等），可使其在不同的温度范围内工作。内工作。如空调中使用的热管换热器的工质为如空调中使用的热管换热器的工质为氨、氟里昂氨、氟里昂；在；在烟气余热利用中使用的热管换热器的工质为烟气余热利用中使用的热管换热器的工质为水水。29热管换热器有许多形式：热管换热器有许多形式：（1 1）单管组合式热管换热器）单管组合式热管换
35、热器（图（图8-228-22）：按冷、热流体的种类有：）：按冷、热流体的种类有：气气-气气热管换热器热管换热器（热管式空气预热器）；（热管式空气预热器）；气气-液液热管换热器热管换热器（热管式省煤器）；（热管式省煤器）；气气-蒸汽蒸汽热管换热器（热管换热器（热管锅炉）。热管锅炉）。30（2）分离式热管换热器）分离式热管换热器（图8-23）：热管段的热管段的蒸发段蒸发段和和凝结段凝结段分开，分开，用汽液管道连通，形成工质的用汽液管道连通，形成工质的闭合循闭合循环回路环回路。热管内的工作液体在蒸发段。热管内的工作液体在蒸发段被加热变成蒸汽通过导汽管输送到凝被加热变成蒸汽通过导汽管输送到凝结段，蒸汽
36、被管外流体冷却，凝结液结段，蒸汽被管外流体冷却，凝结液由液导管回到蒸发段。由液导管回到蒸发段。不断循环。不断循环。31（3）回转式热管换热器（图）回转式热管换热器（图8-24）：它由许多热管组成，这它由许多热管组成，这些热管绕一定的轴些热管绕一定的轴旋转旋转。冷、热流体分别热管的。冷、热流体分别热管的放热段放热段和和加加热段热段进行热交换。其最大特点是清灰方便。进行热交换。其最大特点是清灰方便。32第三节第三节 混合式换热器混合式换热器 混合式换热器是靠冷、热流体混合式换热器是靠冷、热流体直接接触直接接触进行换热，冷热流进行换热，冷热流体间没有固体传热面。其体间没有固体传热面。其优点优点是：结
37、构简单，耗材少，无热组，是：结构简单，耗材少，无热组，无过热或热腐蚀等问题。无过热或热腐蚀等问题。混合式换热器形式很多。如混合式换热器形式很多。如 敞开式设备：敞开式设备：借空气借空气自然通风自然通风或或强制通风强制通风来冷却热水的有来冷却热水的有 喷水池喷水池和和冷却塔冷却塔。密封容器：密封容器：两种介质在同一密封容器内直接接触换热，如两种介质在同一密封容器内直接接触换热，如 混合式冷凝器、洗涤器、蒸发式空冷器、浸没燃烧混合式冷凝器、洗涤器、蒸发式空冷器、浸没燃烧 蒸发器蒸发器等。等。331.1.冷水塔（冷水塔（图图8-25 8-25）在火电厂，化工生产部门、制冷空调工程中需要大量冷却在火电
38、厂，化工生产部门、制冷空调工程中需要大量冷却水，用来冷却蒸汽、空气、气体、油及辅助机械的轴承等。水，用来冷却蒸汽、空气、气体、油及辅助机械的轴承等。在我国内陆地区的火电厂，为了减少冷却水的消耗，通常采在我国内陆地区的火电厂，为了减少冷却水的消耗，通常采用用闭式供水闭式供水。冷却塔就是让温度已经升高了的冷却水在其中被空。冷却塔就是让温度已经升高了的冷却水在其中被空气冷却后循环使用。气冷却后循环使用。34 冷却塔的结构：冷却塔的结构：如图如图8-258-25，由，由塔塔体、淋水装置、集水池体、淋水装置、集水池组成。组成。淋水装置：淋水装置：通常做成栅格状填充通常做成栅格状填充物而堆积在塔内，其上设
39、有分水槽。物而堆积在塔内，其上设有分水槽。冷却过程：冷却过程：水沿着倾斜的栅板成水沿着倾斜的栅板成薄膜状下流而被上升（薄膜状下流而被上升（自然通风，或自然通风，或用引风机用引风机）的空气冷却。）的空气冷却。塔体呈多棱柱或截头多楞锥体，塔体呈多棱柱或截头多楞锥体，材料有金属骨架，或用砖砌和钢筋混材料有金属骨架，或用砖砌和钢筋混凝土结构。塔体有的高达数十米。凝土结构。塔体有的高达数十米。冷却后的水落入集水池，通过循冷却后的水落入集水池，通过循环水泵送电厂环水泵送电厂使用。使用。35火电厂双曲线型冷却塔结构：火电厂双曲线型冷却塔结构：图图8-268-26为所示。由为所示。由塔体（封筒）、淋水装置、塔
40、体（封筒）、淋水装置、集水池集水池组成。组成。冷却过程：冷却过程：从凝汽器来、温度已经升从凝汽器来、温度已经升高了的冷却水送高了的冷却水送1010米高处的米高处的配水槽、配水槽、淋水装置、分水槽导水管淋水装置、分水槽导水管下落至溅水下落至溅水碟成水滴，然后经多层溅水条落入集碟成水滴，然后经多层溅水条落入集水池。空气从塔底部进入（水池。空气从塔底部进入（自然通自然通风风），从塔顶排出。），从塔顶排出。冷却后的水落入集水池，通过循环水冷却后的水落入集水池，通过循环水泵送电厂泵送电厂使用。使用。362.混合式冷凝器混合式冷凝器：混合式冷凝器是让蒸汽在其中与混合式冷凝器是让蒸汽在其中与冷却水直接接触而
41、凝结。冷却水直接接触而凝结。混合式冷凝器的类型混合式冷凝器的类型：如图：如图8-278-27：（1 1）液柱式冷凝器（）液柱式冷凝器（图图8-27a8-27a），其），其中安装有多块中安装有多块圆缺形多孔淋水板圆缺形多孔淋水板，水，水从板底小孔淋洒而下，以增大冷却水从板底小孔淋洒而下，以增大冷却水与蒸汽的接触面积。与蒸汽的接触面积。（2 2）液膜式冷凝器）液膜式冷凝器（图（图8-27b8-27b），其），其中安装有中安装有盘环间隔排列的淋水板盘环间隔排列的淋水板，冷，冷却水从板上流下时形成却水从板上流下时形成液膜液膜，蒸汽与，蒸汽与之接触时而凝结。之接触时而凝结。37（3 3）填充式冷凝器）填
42、充式冷凝器（图（图8-27c8-27c），），这里采用这里采用环状体环状体作为填料填充于塔作为填料填充于塔体内，冷却水沿填料下流，蒸汽逆体内，冷却水沿填料下流，蒸汽逆流而上，充分接触。出水温度高，流而上，充分接触。出水温度高，省水。省水。（4 4）喷射式混合冷凝器）喷射式混合冷凝器（图（图8-8-27d27d），其工作原理基于文丘利管，），其工作原理基于文丘利管，具有一定压力的冷却水从喷嘴以雾具有一定压力的冷却水从喷嘴以雾状喷出，在蒸汽吸入器内混合凝结。状喷出，在蒸汽吸入器内混合凝结。不凝结气体也从底部流出。不凝结气体也从底部流出。38第四节第四节 蓄热式换热器蓄热式换热器一、换热原理：一、换
43、热原理：在蓄热式换热器中，冷、热流体在蓄热式换热器中，冷、热流体交替流过交替流过装有装有固体固体填料的容器填料的容器，依靠固体填料的，依靠固体填料的热容热容作用（吸热、放热），实现作用（吸热、放热），实现冷、热流体间的热交换。冷、热流体间的热交换。其换热分两个阶段进行：其换热分两个阶段进行：先是先是热流体热流体通过蓄热体使其通过蓄热体使其加热加热并并储蓄储蓄；接着接着冷流体冷流体通过蓄热体通过蓄热体吸取热量吸取热量并使蓄热并使蓄热 体体冷却冷却。反复以上过程，就能连续换热。反复以上过程，就能连续换热。391.1.固定型（阀门切换型）结构固定型（阀门切换型）结构：如图如图8-288-28，其蓄热
44、体由耐火砖砌成，其蓄热体由耐火砖砌成“火格子火格子”，冷、热流体，冷、热流体交替流过交替流过火格子一实现换热。火格子一实现换热。为了为了连续运行连续运行，通常是两套同时工，通常是两套同时工作。冶金工业中的热风炉就是这种作。冶金工业中的热风炉就是这种型式。型式。402.回转式结构：回转式结构：如图如图8-298-29为为蓄热式回转式空气预热器蓄热式回转式空气预热器，用于火，用于火电厂大型锅炉。布置在锅炉尾部烟道。电厂大型锅炉。布置在锅炉尾部烟道。结构结构：在巨大的转子上分成许多小格仓，格仓：在巨大的转子上分成许多小格仓，格仓内充满蓄热体。转子绕中心轴承以内充满蓄热体。转子绕中心轴承以3/45/4
45、3/45/4转转/分旋转。分旋转。工作时工作时，烟气从通过烟道和转子截面的，烟气从通过烟道和转子截面的50%50%向向下流出，冷空气从另一侧，经风道和转子截面下流出，冷空气从另一侧，经风道和转子截面的的3040%3040%向上进入。转子每转一圈，蓄热板吸、向上进入。转子每转一圈，蓄热板吸、放热一次，以实现烟气和空气之间的换热。放热一次，以实现烟气和空气之间的换热。特点：特点：传热量大，结构紧凑，便于布置，可减传热量大，结构紧凑，便于布置，可减轻低温腐蚀，便于清洗。轻低温腐蚀，便于清洗。41第五节 特殊换热器 为了适应高温、高压、高真空高温、高压、高真空、深冷、有毒、有放射性深冷、有毒、有放射性
46、和腐蚀性腐蚀性等工艺条件，需要用特殊材料制成的换热器。一、小型低温换热器一、小型低温换热器1.网格式换热器：网格式换热器：图8-31。结构：结构：许多方形铜丝网铜丝网与用低温胶浸渍的开孔纸开孔纸片片交替叠和组装（图8-32）压制而成，形成许多平行通道的刚性结构。工作原理工作原理：进行热交换时，气流在平行通道中流动。流道布置为：每一股气流的周围4股逆向流动，以保持最佳的逆流接触传热（图8-31）。422.孔板式换热器孔板式换热器工作原理：工作原理：与网格式换热器基本相同。结构结构：在结构上与网格式换热器不同之处在于，用开有许多细孔许多细孔的薄铜片或薄铝片代替铜丝网铜丝网，使用导热性能较差的材料（
47、塑料塑料或不锈钢不锈钢）作为隔热衬垫，并用环氧树脂、低温胶粘接或经钎焊而成。其结构和断面如图8-33所示。43 换热特点：换热特点：具有很大的比表面积与表面换热系数；轴向间隔减小了纵向导热；孔板与孔板之间的重集流效应（即气流穿过孔板以后，在衬垫开孔的空间混合重新分配）、因孔板的横向高导热性而减轻了气流不均所引起的效率下降。多孔板可以显著提高换热器的紧凑度。孔眼的长径比（/d=0.51.0）小，不能形成稳定的边界层，加之孔板错位，可提高效率。使用镀银不锈钢，使导热效率略有降低。44二、新型材料换热器二、新型材料换热器为了适应耐腐蚀性流体的需要，发展新型材料换热器。1.非金属换热器：非金属换热器：
48、主要有石墨、聚四氟乙烯和玻璃制作的换热器。（1）石墨换热器）石墨换热器 优点：优点：石墨具有良好的物理、化学性能，高度化学稳定性；耐酸和盐类溶液的腐蚀，线膨胀系数小，具有良好的抗热冲击性；石墨不会污染介质；对污垢的吸附力小，故容易清洗；石墨导热系数高，据有良好的传热性能；石墨便于加工，具有一定的抗振能力，可保持其机械性能。缺点：缺点：易脆裂，抗弯和抗拉性差。作为换热材料，要作不透性处理。管壳式，块式，阶梯式，浸没示，套管式，板式、螺旋板式。45（2）聚四氟乙烯换热器）聚四氟乙烯换热器 优点：优点：化学性质稳定，抗腐蚀；表面光滑，不吸附污垢，抗污塞性能好。其传热面积大，可使结构紧凑，成本低。缺点
49、缺点：机械性能和导热性能较差；管壳式，管束多。具有柔性，可做成各种方式。（3）玻璃换热器：）玻璃换热器：优点优点：化学稳定性好，耐腐蚀，表面光滑，不易结垢，易清洗，线膨胀系数小。缺点缺点：机械强度差，加工性能差。形式：形式：盘管式、淋盘式、管壳式、套管式、插入式。2.稀有金属换热器稀有金属换热器特点特点：材料较贵，有：钛、钽、锆等。其中，常用的是钛金属钛金属，具有较强的抗腐蚀性（除硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸外）用作海边电厂的凝汽器用作海边电厂的凝汽器。钽金属钽金属：其承压、传热性能比石墨、玻璃好；其耐腐蚀和耐热性能超过钛。46第六节 换热器的强化传热技术一、增强传热的基本途经一、增强传热的基本途
50、经 根据传热基本公式根据传热基本公式 ，可以通过提高传热系可以通过提高传热系数数K K、增加传热面积、增加传热面积F F，加大传热温差，加大传热温差 t t来实现。来实现。（1 1）增加传热面积）增加传热面积F F：合理提高单位体积的传热面积，如采用翅片管、波纹合理提高单位体积的传热面积，如采用翅片管、波纹管、板翅式传热面等。管、板翅式传热面等。（2 2）加大传热温差）加大传热温差 t t：通过改变冷热流体的温度来改变传热温差；改变冷通过改变冷热流体的温度来改变传热温差；改变冷热流体的流动方式（逆流、顺流、错流）。热流体的流动方式（逆流、顺流、错流）。（3 3）提高传热系数）提高传热系数K K
