总目录 返回本章下一页上一页结束第八章 换热与蓄热装置8.1 换热器的结构与传热计算8.3 热能储存原理8.2 换热器设计计算基本方法8.4 蓄热技术的应用及蓄热器热设计总目录 返回本章下一页上一页结束8.1 换热器的结构与传热计算8.1.1 换热器分类随冷、热流体接触的方式不同，换热器分为间壁 式(也称表面式)直接接触式和蓄热式三种。间壁式换热器其工作原理是热流体将热量传 递给冷流体要通过一层固体壁，如锅炉中的省煤 器，各种废热锅炉以及油冷却器等。直接接触式换热器如图8-1，火力发电站用 的双曲线壳体型循环水冷却塔。总目录 返回本章下一页上一页结束图8-1 自然通风循环水冷却塔示图 1冷却水喷淋装置 2填料 3冷却风 总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-1 火电厂 用双曲线型循环 水冷却塔 总目录 返回本章下一页上一页结束蓄热式(或称再生式、回热式)换热器利用固 体壁面的蓄热作用，让冷、热流体交替流过固体 壁面，达到热量传递的目的。如图2-39所示空气 预热器就属回转型。蓄热式换热器还可分为回转 型、阀门切换型和蓄热体颗粒移动型三种型式 。总目录 返回本章下一页上一页结束8.1.2 间壁式换热器的型式和基本构造间壁式换热器是应用最广泛的一类换热器，有多 种分类法。按工作流体间的相对流动方向可分为顺流(或并 流)、逆流、错流和混流多种方式，见图8-2；按流程数量可分为单程和多程换热器，如图8-3 。按传热表面几何形状可分为很多种，见图8-4。 总目录 返回本章下一页上一页结束图8-2 流体流动方式 a) 顺流 b) b) 逆流 c) c) 错流 d) d) 总趋势为逆 e) 流的四次错流 f) e) 先顺后逆的平行混流 g) f ) 先逆后顺的串联混流总目录 返回本章下一页上一页结束图8-3 单程和多程换热器a) (1-1型)单程换热器b) (1-2型)多程换热器 总目录 返回本章下一页上一页结束总目录 返回本章下一页上一页结束图8-4 间壁式换热器的结构型式 a) 盘管形 b) 螺旋板式 c) 板式换热器 b) d) 板翅式换热器 e) 翅片式换热器 f) 热管式换热器 c) g) 针形换热器 h) 蜂窝形换热器 i) 组合式换热器 j )板壳式换热器总目录 返回本章下一页上一页结束管壳式换热器是最常用的一种结构型式。最常见的管壳式换热器有固定管板式(列管式)、 浮头式、U形管和双套管式几种，见图8-5。 总目录 返回本章下一页上一页结束图8 -5 管壳式换热器结构型式a) 列管式 b) 双套管式 c) U形管式 d) 浮头式总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-2 管壳式换热器 (换热器端盖已打开 )总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-3 U形管换热器 总目录 返回本章下一页上一页结束总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-4 螺旋板式换热器 总目录 返回本章下一页上一页结束总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-5 板式换热器 总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-6 板翅式换热器 总目录 返回本章下一页上一页结束插图8-7 翅片管式换热器 总目录 返回本章下一页上一页结束8.1.3 换热器传热计算的基本公式换热器传热计算的基本公式为传热方程和热平 衡方程，即传热方程热平衡方程总目录 返回本章下一页上一页结束换热器计算中，传热系数K的计算式因不同型式 而异。对于管壳式换热器，可按以下近似式计算 ：上式是在壁面清洁的情况下，若壁有结垢时还应 考虑垢层的热阻。当换热器材质为金属时，通常 甚小，通常可 略去，这时传热系数K为：总目录 返回本章下一页上一页结束换热器内流体的换热有对流换热和辐射换热，通 常可只考虑对流换热，但在有高温气体时，则高 温气体侧应同时考虑对流和辐射，即式中， 为对流放热系数 ； 为 辐射放热系数 。总目录 返回本章下一页上一页结束1 对流换热系数（1） 流体在管内流动时1) 层流适用范围为总目录 返回本章下一页上一页结束2) 湍流式中，流体被加热时， ；流体被冷却时， 。适用范围为光滑管道不大。总目录 返回本章下一页上一页结束（2）流体在非园管内(如：方形、锯凿形、波纹 形等流道)及在具有折流板的流道内(为管壳式换 热器中壳侧流道)流动时。每一种流道都有它各自的计算对流换热系数的关 系式，读者可查阅专门书籍。（3）流体定向冲刷管束时不同情况下其计算式也就不同。 总目录 返回本章下一页上一页结束今举一例为气流横向冲刷顺列管束，此时的对流 放热系数为为考虑管束相对节距影响的修正系数，按下 式计算：总目录 返回本章下一页上一页结束为烟气行程方向上管排数的修正系数，当 时，当 时，、 、 亦可按线算图8-6查取和确定。总目录 返回本章下一页上一页结束图8-6 气流横向冲 刷顺列光管管束的 对流放热系数 总目录 返回本章下一页上一页结束2 辐射换热系数取管壁黑度 ，然后用管束黑度代替管壁黑度 来考虑烟气 与管壁之间的多次反射和吸收；计算烟气黑度时， 对于气体和液体燃料只考虑三原子气体，对于固 体燃料则应同时考虑三原子气体和气流中的灰粒 辐射，得出： 总目录 返回本章下一页上一页结束对含灰气流对不含灰气流：总目录 返回本章下一页上一页结束（1）烟气黑度的计算按下式进行：式中，kps为烟气的辐射吸收率，其值用下式计 算总目录 返回本章下一页上一页结束1) 烟气中三原子气体辐射减弱系数用下式计算：2) 飞灰的辐射减弱系数用下式计算总目录 返回本章下一页上一页结束3) 有效辐射层厚度根据具体情况用以下几个公式 计算：对对流管束受热面对转弯室空间对管式空气预热器总目录 返回本章下一页上一页结束（2）管壁灰污温度为温度附加值，烟温大于400时取 ，烟温小于等于400时 ，燃用气 体燃料时 。 图8-7是辐射放热系数的线算图，根据所求值 和图中所查 值便可得到辐射放热系数 。 总目录 返回本章下一页上一页结束对含灰气流对不含灰气流图8-7 辐射放热系数总目录 返回本章下一页上一页结束8.2 换热器设计计算基本方法8.2.1 设计计算与平均温差法换热器设计中，无论采用何种方法均基于两个 基本方程，即传热方程热平衡方程换热器设计中，两种方法：平均温差法（LMTD法）常用于设计计算；效能传热单元数法( 法)常用于 校核计算。总目录 返回本章下一页上一页结束平均温差法用于设计计算，其具体步骤如下：1）由热平衡方程式求出冷热流体中另一个未知 温度和传热量Q。2）求出传热的平均温差 。3）求出传热系数K，用传热方程求出F.总目录 返回本章下一页上一页结束图8-8为换热器内顺流和逆流情况下，流体温度 沿传热面积变化的示图，根据定义平均温差为(8-21)则可求得顺流、逆流的平均温差为：或 总目录 返回本章下一页上一页结束a) 顺流 b) 逆流图8-8 流体温度沿传热面的变化 总目录 返回本章下一页上一页结束表8-1 温差修 正系数的确定 总目录 返回本章下一页上一页结束总目录 返回本章下一页上一页结束当 时，用算术平均温差，即其它流动方时，乘以修正系数 ，即式中， 可用式(8-23)按逆流情况下求得。 值可用表8-1和图8-9图8-11。 总目录 返回本章下一页上一页结束图8-9 串联混流的温差修正系数总目录 返回本章下一页上一页结束图8-10 并联混流的温差修正系数 1两个流程均顺流 2三个流程中两个顺流，一个逆流 3偶数流程，顺逆流各半 4三个流程中一个顺流，两个逆流 5两个流程均为逆流(参阅表8-1) 总目录 返回本章下一页上一页结束1一次错流 2二次错流 3三次错流 4四次错流(参阅表8-1) 图8-11 错流温 差修正系数 总目录 返回本章下一页上一页结束例8-1 用流量 ，比热容 入口温度 出口温度 的水，将比热容 的产品(流量为 )从 冷却到 。计算顺流和逆流时换热器(冷凝 器)的对数平均温差及所需的冷却面积，传热系 数 。 总目录 返回本章下一页上一页结束解：1) 顺流时 所以总目录 返回本章下一页上一页结束热负荷传热面积 总目录 返回本章下一页上一页结束2) 逆流时由本例可见，在相同流量、相同进出口流体温度 下，逆流要比顺流所需的传热面积小。 总目录 返回本章下一页上一页结束8.2.2 效能传热单元法( 法)1、换热器效能实际换热量与最大可能换热量之比，称为换热 器效能，通常以 表示，即最大可能换热量为：总目录 返回本章下一页上一页结束如果 ，则 为 如果 ，则 为总目录 返回本章下一页上一页结束2、传热单元数在传热系数K为定值，不考虑热损失的情况下， 根据热平衡及传热方程有：则把两式中的数群 定义为传热单元数。常以 “NTU”表示，即总目录 返回本章下一页上一页结束3、效能与传热单元数之间的关系根据对数平均温差的表达式和热平衡方程式可推 导出顺流型效能与传热单元数之间的关系式为：式中 逆流时则为对于各种不同流动组合方式的换热器，都可推导 出 、NTU和 之间的函数关系，并整理成图 线，见图8-12、图8-13。 总目录 返回本章下一页上一页结束图8-12 纯逆流 型效能线算图 总目录 返回本章下一页上一页结束a) 两流体各自均有横向混合 总目录 返回本章下一页上一页结束b) 一流体有横向混合 另一流体无横向混合 总目录 返回本章下一页上一页结束c) 两流体各自均无横向混合 图8-13 错流 型效能线算图 总目录 返回本章下一页上一页结束例8-2 有管式空气预热器，烟气在管内流动，并 在管程间有横向混合，见图8-14。 已知换热面 积，传热系数 ，烟气 热容量 ，入口温度 ，空气热容量 ，入口温度 ，求烟气及空气的出口温度。 总目录 返回本章下一页上一页结束图8-14 管式空气预热器例图 总目录 返回本章下一页上一页结束解：总传热单元数热容量比因二次交叉两段传热系数及传热面积相等 ，故 每段分传热单元数总目录 返回本章下一页上一页结束查与本题相应的一次交叉流型的线算图4-44b得 分传热单元效能数