热交换器是什么?——完整的解释

热交换器是什么?

热交换器的设备是用来传输热能(焓)之间的两个或两个以上的液体。这些液体可以是液体、蒸汽或气体。可以是固体表面与流体之间,固体颗粒和液体,液体的液体,气体,气体和液体变成气体在不同温度下,T1(液1临时)≠T2(液2临时)和热接触。这些液体可以单个或两个阶段,可以分离或直接接触根据换热器类型。提高换热器的效率,应该有增量在两种流体之间的墙的面积,减少流体通过换热器的阻力。

通常这个过程包括流体的加热和冷却或蒸发和冷凝取决于应用程序和使用。在其他应用程序中使用这些拒绝或恢复加热,用巴氏法灭菌、消毒、结晶、分离、提取或控制流体的过程。

选择特定类型的换热器取决于各种因素如-

• 两种流体的性质
• 他们的压力
• 它们的温度
• 流量
• 所需的传热速率

因此,重要的是要理解的基本原理可以使用热交换器,热交换器根据所需的条件。

热交换器的基本工作原理

不管他们的设计热交换器工作在同一屋檐下。这些是热力学三定律,即第0、首先,和热力学第二定律。这些法律促进转让或交换的热量从一个流体到另一个地方。

换热器是一种装置,包括2个或更多的液体,将热从一种介质转移到另一个。一般来说,一个在高温流体明显比另一个。

现在我们有了一个冷热流体。当两个尝试走向稳定换热器使热量从热流体或介质传递给冷流体直接或间接。

结果最后热流体变得有点冷和冷流体变得有点热。

热量交换——传热机理如何

热可以交换或转移主要通过三个过程

1。传导,

它是一个过程,热量从分子振动温度高转移到低分子振动温度在彼此身体接触。前者是在更高的,后来是较低的动能。这个最最好发生在固体分子的碰撞造成的。这些也被称为热传导或热传导。例如——热杯茶放在桌子上。从表杯传热。

2。对流-

这种热传递发生在液体由于密度的差异。当流体移动和携带的热能。例如,沸腾的水。热较低的水分子表面升温,成为更轻,同时向上移动,密集的水分子从上到下。

3所示。辐射,

它是一个过程,热量是通过电磁波传输的。它不需要任何媒介传热,可以转移在真空或任何透明介质。快速运动的带电生成这些waves.E.g质子和电子。——微波辐射在烤箱。

它可以由斯蒂芬玻尔兹曼定律计算。

流体在换热器中使用

液体或气体传热流体可以根据应用程序或热交换器的类型和材料被使用。它可以是空气、水、油、水醇、氯化盐水,酸等。
前流体的选择主要有三种不同的参数需要考虑;
涉及物理状态、化学性质和热性质。如果我们精心制作的,需要选择基于流体温度,碱性或酸性,流量、压力、相变等。

水是液体,最常见的一种流体用于热交换器,因为它是更便宜,有很高的热容(流体的热量可以在不改变其温度),方便运输。

油、合成碳氢化合物或硅基液体用于高温范围。

气体,如水蒸气、氮、氩、氦、氢液体液体在哪里不适合使用。所以,得到换热器的高效工作环境使用气体作为流体,压力升高,增加气体的流量。

一般来说,应该高沸点、热容。因为高沸点防止液体蒸发在较大的温度和高的热容允许少量的流体传输大量的热量是非常有效的。

液体的一些基本特征

1. 低粘度,有助于简单的流体流动,降低了成本。
2. 非腐蚀性,墙上的流动液体应避免腐蚀的管降低维护成本。
3. 高的热扩散率和电导率
4. 高沸点、低冰点-有助于保持在同一阶段而交换热量。

换热器的材料选择

材料选择是基于各种因素,如应用程序,热效率,耐腐蚀、耐用性、除尘力,和成本和可用性的材料。

有各种各样的材料,如金属、陶瓷、塑料、复合材料等,各具优势。

• 石墨换热器,导热系数高,耐腐蚀。
• 陶瓷换热器- - - - - -他们可以承受超过1000摄氏度的高温。在这个范围内金属如铁、铜、钢容易融化。
• 复合换热器- - - - - -复合材料的合并是两个或两个以上的材料。你可以混合高导热材料与低体重与更好的耐腐蚀塑料材料。

温度交叉是什么

让我们假设一个场景,在该场景中,热流体(液体1)的入口温度为70°C和冷流体进口温度的液体(2)30°C和流体出口温度1 45°C和流体出口温度2 47°C。这是温度交叉的情况,当冷流体的出口温度超过热流体的出口温度。这是一个重要的因素需要考虑,设计换热器。它减少了换热器的效率。
为了避免这一个可以增加冷流体的流速(2)液体或在某些情况下,它不能避免板式换热器是最好的选择。

	热流体 (1)液体	冷流体 (2)液体
进气温度	70°C	30°C
出口温度	45°C	47°C

分类或类型的热交换器

热交换器可以分为5类

流分类的基础上安排

1。平行流-

这些热交换器也称为顺流换热器。这些安排,同时液体输入端,另一端在同一方向移动。在这些设计中,温差在进口高,但流体出口温度达到类似的价值。尽管这些安排效率比较低逆流安排,但整个换热器的热均匀性。

2。逆流,

也被称为逆流换热器的流动液体进入的两端彼此反向和旅行。它允许最高的传热和流动是最有效的流程安排。

3所示。交叉流动,

交叉流安排的液体流在垂直方向。这些效率之间的并行和逆流安排。

行业、混合类型的流安排使用如counter-cross流和多通流热交换器。

为什么逆流热交换器效率比平行流?

主要有3点来解释为什么比平行逆流有更好的效率。

1. 温度梯度,正如你所看到的图平均温差或温度梯度变化很大程度上并行流导致热应力在墙上。相反,逆流的均匀分布在整个过程中热应力。
2. 冷流体的出口温度达到最高温度的热流体逆流。
3. 有一个更加统一的温度差异在整个过程中,热量的速度变换也是统一的。

什么是LMTD(对数平均温差)?

LMTD用于计算的性能和热交换器的有效性。LMTD代表对数平均温差。它的对数平均温度冷热流体之间的区别。LMTD成正比的热量交换。LMTD值的增加,传热流体之间的价值增加或相反。

正如我们所知的热量交换可以表达为,

LMTD校正因子

之前理解LMTD校正因子让了解换热器通过。
热交换器通是指流体的流动从一端到另一个。如果它是一个shell通过流体从一端进入和退出在另一个。

如果是2层或双壳传球然后流体进入和退出。等等
没有就越大。传递,传热率越大,但同时也会导致高压损失和高速度。

让我们理解这个图。

所以回来主题LMTD有效期只有一个shell和一个管传球。为多个没有壳管通过流体的流动既不平行也不反流。因此对于这个几何不规则LMTD校正因子(F)计算得到修正平均温差(纠正MTD)或有效的推动力量。

纠正LMTD = F * LMTD

传热,南大方法的有效性是什么?

当表面的传热面积,但不止一个出口和入口温度是未知,LMTD可能应用冲击和跟踪方法,但effectiveness-NTU方法总是更可取的,应用于旋进的结果。
有效性是衡量一个热交换器的热性能。这是实际传热速率的比值从热到冷流体传热温度允许的最大速度。

自实际传热永远不能超过最大传热∈< 1永远的价值。对任何指定的流体,逆流流有最大的效果。
有效性的增加与南大是非线性的。

分类的基础上的阶段

1。单相和两相换热

在单相热交换器,液体不经历相变整个传热过程。进口和出口的状态或阶段流体仍然相同。在液-液传热的应用程序,如温暖的液体损失和热转移到液体的冷却液体和不改变气体或固体。

在两阶段传热,流体相变传热过程的经验。相变可以发生在两个或一个液体导致变化的状态从液体到气体液体或气体。一般两阶段热交换器的设计更复杂的和复杂的做比较的单相交换。
冷凝器,锅炉蒸发器是一些应用程序,使用两阶段机制。

类型的两阶段热交换器

• 冷凝器,

冷凝器是一种换热器设备用于浓缩或冷却液从气态到液态。这是一个2阶段热交换器更改气态,液态的阶段。在这个过程中,物质的潜热释放和转移到周围。这些都是用于许多工业过程中有效热拒绝。它有许多大小不等的小非常大。

工作原理

它的目的是将热量从热流体工作转移到另一个流体或周围的空气。之间的传热流体在相变发生,在这种情况下蒸汽的冷凝成液体。

一般的蒸汽进入冷凝器在相对较高的温度比较另一个流体。当蒸汽冷却后,饱和温度下降,凝结成液体和释放大量的潜热。

如下图所示的液体从气体(g)冷却液体(f)

在冷凝器传热速率表示如下

蒸发器,

蒸发器是一种换热器设备用于化学物质从液态转化为气态或蒸气的形式。换句话说蒸发器是一个冷却系统,从环境中提取热量。在这个过程中,热注入或从热流体的物质环境。

-工作原理

解决方案是送入蒸发器和通过热源。应用或注入液体或水转化为蒸汽加热。

蒸发从m g。

锅炉

锅炉是一个封闭的容器的形状,液体(通常是水)加热。这并不是强制性的液体应在锅炉煮。加热液体或蒸发的液体出口锅炉和传递给另一个室或使用各种流程或加热应用。包括水加热、烹饪、卫生、中央供暖系统。

工作原理

锅炉的基本工作原理是非常容易理解。一般煤燃料,燃烧炉和热气体产生。这些热气体接触的水体,在一个封闭的容器。这导致了传热过程热气体和水,因此锅炉生产的蒸汽。
在这之后蒸汽涡轮机的传递热或蒸汽发电厂。

”

再生式热交换器和再生热交换器

换热器的两个液体分离的直接或间接接触(通过一个坚实的屏障)。换热器是一种对流热回收换热器内定位供应以恢复废热。
在再生式热交换器,每个流体在换热器内的所有一起流经自己的频道。另一方面,再生热交换器,也被称为电容式热交换器允许流体流动或者通过通道。在上述两种类型解释说,再生式换热器广泛应用于工业。

再生式热交换器的工作原理

换热器的热交换器能量从高温燃烧气体,称为烟气,是燃烧的转移到寒冷的空气供应。在燃气涡轮发动机,如压缩空气与燃料混合,然后焚烧和驱动涡轮机。换热器,如上面图所示,与热空气交换这些冷气体是以后用来预热空气在进入燃料燃烧阶段,从而节省燃料,使其更有效率。
这些换热器进一步分为直接、间接、特殊类型。

再生热交换器的工作原理

再生热交换器的流程通常包括矩阵,可以看到在图,加热或能量存储,当热流体通过它(也称为热吹)。这个存储能量时释放冷流体通过矩阵(称为冷吹)。
这些都是用于热回收电站和其他能源密集型行业的应用。
这是进一步分为静态和动态。

静态与动态

这些蓄热室也被称为固定床、固定带和周期性的流动。连续操作的换热器必须至少有两个相同的并行矩阵,但通常有三个或四个矩阵,有效减少了温度变化的outlet-heated冷气体。与回转蓄热室单矩阵满足连续操作。
在固定或静态蓄热室、换热器的材料和组件仍是固定或固定液穿过它。在动态时,材料组件在整个过程中移动。都是发展中交叉污染的风险之间的液体流。

在一个静态类型的再生器,温暖的液体跑进一个频道和冷流体运行到另一个固定时间。之后,有时使用快速操作阀的流动液体相互逆转导致传热过程。

在动态,它通常由一个旋转,导热元件(鼓或光盘)通过不断温暖和冷流体的流动,在单独的密封部分或通道。鼓或阀瓣旋转给定部分首先通过暖,然后冷流体,反之亦然。它允许吸收的热量温暖的液体并将其传递给冷液体。

分类的基础上,紧密

紧凑vs非紧凑热交换器

密实度和non-compactness换热器取决于数量称为区域密度,用β(β)。区域密度的比值的表面积换热器,换热器的体积。

通常当β大于700就被认为是紧凑式换热器否则非紧凑的换热器。

一些例子及其区域——密度值

1. 汽车散热器,β= 1000
2. 玻璃陶瓷燃气轮机换热器,β= 6000,
3. 斯特林发动机的再生器,β= 15000
4. 人类的肺、最有效和最紧凑的换热器,β= 20000。

分类的基础上转移的过程

1。直接接触,

再生式换热器既受到直接或间接接触传热过程之间热量交换两个液体。直接接触换热器,没有墙或两种液体之间的分隔符。热是直接从温暖的液体转移到冷流体。使用这个过程包括的设备冷却塔、蒸汽喷射器等。

2。间接接触,

在间接接触传热过程中,总有一堵墙或障碍,如管板(一种导热材料)之间的液体。热火第一次从温暖的液体在墙上,然后转移到另一个液体。

分类的基础上建设

1。管状

这些服务器通常建立在管状,虽然也在矩形,椭圆形,椭圆或圆/平面扭曲管也已经在一些应用程序中使用。有很多设计的灵活性,因为核心几何可以轻易改变或变化通过改变长度、直径或管的安排。换热器可以简单地设计为高压力相对于环境和高压液体。

这些是主要用于液体液体或液体相变传热(冷凝或蒸发)应用程序。

这些也用于液体-气体和天然气——气体传热应用程序时,操作温度和压力非常高,容易污染问题。

这是进一步分为双管,壳管,螺旋管。

双管式热交换器

设计和施工

这是最简单的类型的换热器设计和配置由两个同心圆柱形管道或管,这意味着管道都共同的中心点。的一个管有更大的直径比另一个。

这些应用流体的流速和热负荷小(小于500千瓦)。

这些服务器通常用于传热面积的要求是50平方米或更少。
这些都是简单的设计,但需要大空间所需的传热速率。成堆的双同心管道与鳍在某些流程应用程序使用。

发夹结构

• 它有两个部分,内部和外部。它是最方便和有效的双类型的热交换器。
• 几个发夹串联连接以获得一个更大的传热速率。
• 回弯管的内管不传热速率的贡献。

污染

在流体的流动沉积的不良材料的传热材料表面被称为污染。

由于这种情况下,创建了一个不受欢迎的阻力与流称为污垢系数或污垢系数,用Rd和新建的热交换器通常是0。

这些污染增加了整体热阻和降低换热器的传热系数。

-类型的污染

1. 化学污染
2. 腐蚀污垢
3. 结晶沉积
4. 生物污染

壳管式热交换器

设计和施工

• 这些都是间接接触类型的换热器。它由许多小管位于外壳内。这些管子是定位在壳包的形式或堆栈,可以固定(永久修复)的身体,浮动的头,或u形管。固定管提供最大的传热。浮动式适应管束扩展或收缩根据热流率。浮动式还允许管很容易删除维修和维护。u形管提供了微分壳管之间的热膨胀和个人管。
• 管束由管子、管表,领带棒,挡板捆绑在一起。挡板用于防止管束振动。
• 这是最多才多艺的和最常见的植物。他们还提供高传热率在一个狭小的空间里。他们可以很容易地在高压下操作。外壳是一个外壳,圆形截面
• 传热材料的选择取决于腐蚀性流体的性质和工作压力和温度。一般管壳是由金属组成的,但对于某些应用程序,其他材料如石墨、玻璃、塑料可以使用。SiC -热交换器通常用于化工为基础处理硫酸。
• 管有一个直径19毫米至20毫米的范围内是最常用的。这些管有一个三角形或正方形。

一般换热器都同样的原理是将热量从一个介质或液体转移到另一个。壳管,间接接触热交换器,有一个外圆柱形状的壳包管封闭在一个外壳。外一个流体在管,另一个管或管。每个人有不同的温度热交换器的入口处。

壳管热交换器的一些应用程序

• 发电机油冷却器
• 透平油冷却器
• 炉油加热器
• 压缩空气冷却
• 高压锅炉给水加热器

螺旋管式热交换器

螺旋管或线圈是高效热交换器。这些包括多管螺旋插入装配在一个壳,两条路径在哪里创建质流体之间的换热。是更有效的比列管式换热器,由于螺旋几何是紧凑,需要更少的空间比较壳管式换热器

它适用于高压应用. .

流体在螺旋管和其他在管的外表面或壳。

好处

• 体积小、重量轻、易于安装
• 给高液压阻力和热冲击
• 优化设计为腐蚀性液体。

应用程序

• 泵密封冷却器
• 喷雾器
• 即时热水加热器
• 气

2。板式热交换器

板式热交换器在相似的方式为壳管式热交换器,使用一系列堆叠波纹板而不是管。它允许一系列液体流动渠道的形成。

两个相邻板块之间的空间形式允许流体流动的通道。它比其他传统的热交换器有一个很大的优势,因为液体暴露更多的表面积。这容易促进热量的传递,同时也增加了温度的变化。垫片和钎焊技术的进步增加了板式热交换器的实际应用。这些换热器体积和成本较低而壳管。在HVAC(加热、通风和空调)应用程序,使用板框热交换器。

有许多类型的永久粘合板热交换器等下降,钎焊的Vacuum-brazed和焊盘。

板热交换器也可以分类的基础上使用的板类型,如螺旋板,薄板、密封板。

为什么波纹板?

• 提供更好的传热
• 产生湍流
• 提供力量

薄板换热器

设计和施工

一个薄板换热器由一束管,称为层由一个封闭的外管壳。这些管子或元素称为薄板薄钢板,焊接边缘和高纵横比矩形通道。年底有一个开放的薄板流体传递和范围从3 - 10毫米,厚度1.5到2毫米。薄板相互堆积或包形成通道,允许另一个流体的流动。在大型热交换器,两个或两个以上的维持高压管堆放在一起。没有挡板。然而,管的一端是固定的,另一个是提出,它允许热膨胀。

一层内流体流管和其他纵向流动在它们之间的空间。一般换热器有单程逆流流动的液体。

也有较高的传热系数,因为水力直径小,无渗漏。

螺旋板换热器

通常它由两条金属板,分裂心轴或轴,焊钉,覆盖。这些金属板带环绕分割在螺旋芯棒形状形成一对螺旋渠道两个液体。这些盘子用焊钉间距。完成安排,包括安装在每个结束。一般来说,使用碳钢和不锈钢。

图片来源

螺旋板式换热器相对大直径,因为这些螺旋。螺旋元素或核心板焊接在通道的每一方或密封。

3安排可以得到液体。

1. 两种流体在螺旋逆流流或逆流。
2. 一个流体螺旋流,和其他在螺旋交叉流动。
3. 结合一个流体螺旋流和其他交叉和螺旋流。

传热系数是不一样高的板式热交换器,除非如果波纹板。然而,这些螺旋板有很高的比列管换热器传热系数,因为高表面积。

的好处,或利用这些交换机

• 它可以很容易地处理粘性和污染液体。
• 如果污染启动,通道的速度增加导致污染率低壳管热交换器的比较。(你知道污染率下降而增加速度)。
• 因为单通道易于服务和维护。

密封板

密封板或板框的热交换器由束薄矩形金属板边缘密封垫圈和在一个框架。板包组装板框板之间的压力。通常材料如不锈钢、钛和非金属。密封板的设计允许容易清洁和维护。

在这方面,板块密封垫圈,密封通道和允许流体流动备用通道。图显示一个流体或热流体进入通过上层通道或连接然后下降,在逆流方向移动。并以类似的方式另一个流体或冷流体进入通过较低的连接然后向上移动,在反方向移动。随着液体穿过通道,热量从热到冷流体传递效率。

3所示。扩展表面热交换器

管式和板式热交换器被认为是表面热交换器,除了与低翅片管壳管。这些换热器效率几乎是等于或低于60%,而传热表面积密度通常少于700平方米/ m3。在某些应用程序中,有效性要求是体积和质量的98%以上参数是有限的。所以,因为这些约束更紧凑的表面积是必需的。但相反,气体或液体的换热器,传热系数低导致大的传热面积的需求。因此,增加表面积和密实度,扩展表面积(鳍)与高密度添加一个或两个的液体按设计要求。此外,鳍可以增加表面积的5 - 10倍的主要表面一般。

Tube-Fin和板是两种最常见的几何图形的扩展表面热交换器。

1。铝制热交换器

这些类型的换热器有波纹翅,通常三角形和矩形截面,或在两平行板之间间距器三明治。有时鳍安装在平坦管圆角,消除了侧边栏的需要。

平管或平台,独立两个液体和鳍形成了各个通道流。
鳍是死亡或roll-formed联合的盘子焊接,钎焊、焊接、粘合剂、机械配合或挤压。新利18app官网备用

在气换热器鳍双方可以适用,但在气液,鳍安装在气体方面,如果应用于液体侧其目的将不同的一般结构强度和混合不同的流动。

波纹鳍板翅片换热器的几何图形

1. 普通的矩形翅
2. 普通三角鳍
3. 波浪的鳍
4. 抵消带鳍
5. 穿孔的鳍
6. Multilouver鳍

应用程序

• 在汽车行业
• 在发电厂(燃气轮机、燃料电池)
• 热泵、制冷、AC
• 天然气液化
• 低温

2。Tube-Fin热交换器

Tube-Fin换热器是分为传统和专业Tube-Fin热交换器。在传统tube-fins之间的传热流体发生传导通过墙壁。然而,在专门的tube-fin或热管换热器,管的两端是封闭的液体作为隔墙,也负责通过传导传热介质,热管的蒸发和冷凝液。

我们首先了解传统tube-fin热交换器

气液热交换器的传热系数是一个数量级高液体和气体。平衡的热导率,鳍是包含在天然气方面,增加传热面积。

圆管翅片换热器,矩形,或者有时使用螺旋管。通常,鳍的外管使用,但有时也会根据应用程序。鳍片管换热器可以承受超高的大小对管程的压力。这些通常是少紧凑的相对于铝制热交换器

应用程序

• 这些通常是采用一个流体高压或比其他流体传热系数高。因此,因此,这些都是广泛使用在空调冷凝器和蒸发器。
• 在电厂冷凝器。
• 在推进电厂油冷却器。

现在我们明白Heat-Pipe-Exchangers

这些是类似于tube-fin-exchangers有单独的翅片管。管是热管,冷热流体的连续运动发生在换热器的独立的部分。

让我们理解- 2的操作步骤

1. 热量从高温气体转移到热管的蒸发段对流。
2. 然后带走热能的蒸汽冷凝段的热量转移到冷流体的对流。

如图,热管的封闭容器或管部分充满了传热流体(可以看到液体芯)和永久关闭在结束。