盘管式与夹套式热交换器Word下载.docx

1、（1）總傳熱係數如圖三所示，若所供應熱源為熱水加熱流體，當系 統達穩定狀態後，則熱水所供應的熱量為（1）qh 二 mhCph J 讥冷水吸收熱量為：qc = mcCpc （Tcb - Tea ）若忽略熱損失，則mhCPhTha-Thb 二 mPc（Tcb-）二比代（T* （3）其中mh:熱水流量（kg/s）mc:冷水流量（kg/s）Cpc:冷水平均比熱（kJ/kg . K）Cph:熱水平均比熱（kJ/kg . K）Tca/cb :冷水進/出口溫度（K）Tha/hb :熱水進/出口溫度（K）uo:以管外表面積為基準的總傳熱係數（kW/m 2. K） （订治:對數平均溫度差（K）（Emln（订/

2、T2）圖三溫度變化圖TsTeb盤管內側（熱水側）的薄膜傳熱係數假設熱水在盤管內形成薄膜式冷凝（film-type con de nsatio n）,則根據經驗式，薄膜冷凝狀態下水平管 中的薄膜傳熱係數hi為（5）直管的傳熱係數再乘上一校正因子，即為盤管的薄膜傳 熱係數。（6）hi（盤管）=h（直管）人 1+3.5（D i/D。）盤管外側的薄膜傳熱係數a.無機械攪拌設備時：盤管外圍儲槽容器的熱量傳送完全是一種自然對 流的現象，因此需依照普通管子外圍自然對流的公式與 方法加以計算。但目前大部份學者專家僅研究單管束 （single tubes）的自然對流現象，而缺乏工業用熱交換器 設備中的多管束或各

3、形狀加熱管束的資料，因此本設備 對於盤管外側薄膜傳熱係數的估算乃根據 Perry Handbook 上的經驗式：ho =127（-T 0-25Do）T :管壁溫度與流體平均溫度的差值（K）Do:盤管外徑（m）b.附有機器攪拌設備時：關於在攪拌狀態下的熱量傳送，曾有許多位學者， 針對各類盤管熱交換器的型式與流體種類，提出各種的 經驗式，其關係式為：（8）hoDo:納塞數，Nuk2:雷諾數，Re型:普蘭多數，Prho:盤管外側薄膜傳熱係數（kW/m 2. K）Da:攪拌翼直徑（m）N :轉速（rps，l/s）k，Cp:在流體平均溫度下的物性Jw :盤管管壁溫度下的黏度（kg/m . s）K , :

4、 , , , f :各類盤管加熱器的參數根據契爾頓（Chilton） 及克勞梭德（Kraussold） 等的研究，在圓筒槽中，各參數值分別為K=0.87 , : =0.62 , 1 =0.33 , =0.14 , f=1 ,所以，式（8）可直接寫成-0.87Da2N0.62（9）（二）夾套管式熱交換器夾套管式熱交換器包括一個容器（vessel）及具備適 當方式來循環熱（或冷）流體的夾套（jacket）,在垂直圓柱 形的容器內可以裝設機械攪拌，以便加強熱傳效果。為 加強蒸汽的熱傳效果，夾套內可以用擋板（baffle）將夾套 間隔成多個空間，如圖四之（b）所示；夾套的位置亦因 需要而裝設在不同的容

5、器之外，如圖四之（c）（d）所示。圖四夾套幾合組合夾套管熱交換器大多以分批式（batch）方式操作，而 在此操作期間，溫度差並不是常數。同時反應器有無裝 設攪拌器亦對熱傳有很大的影響，因此，對於夾套式熱 交換器的設計而言，所能獲得的數據資料並不多見。如圖五所示，若所供應的熱源為熱水（加熱流體）， 則當系統達到穩定狀態後，熱水所供應的熱量為（IO）（11）qh - mhCPh （Tha _ Thb ）qc = mcCpc（Tcb -Tca）（12）mhCph （Tha T hb ） = mcCpc （Tcb -Tea ） =UoAo（=T）|m圖五溫度變化圖me:uo：以管外表面積為基準的總傳熱

6、係數（kW/m 2. K）（，T）|m :CT）lm 二In（ TJ ：T2）夾套內側（熱水側）的薄膜傳熱係數假設蒸汽在盤管內形成薄膜式冷凝（film-typecondensation）,則根據納塞（Nusselt） 的經驗式，在直立 圓柱體面上的薄膜冷凝，其薄膜傳熱係數hi為夾套外側的薄膜傳熱係數在此狀態下，容器內的熱量傳送完全是一種自然對 流，因為一般使用這類型的加熱器或反應器時，為達較 佳的熱傳效果，都是加裝攪拌設備以達此目的，因而使 很少有學者專家針對容器內的自然對流現象作研究，在 此，只好以圓柱體內的自然對流現象作為趨近於夾套式 熱交換的計算。根據Perry Handbook 上的經

7、驗式：h0 D0 k厶T。夾套式器壁溫度與容器內液體平均溫度的差 值（K）L :夾套式熱交換器的高度（m）關於在攪拌狀態下的熱量傳送，曾有許多位學者， 提出各種的經驗式，其共同的關係式為：（15）创:夾套外側薄膜傳熱係數（kW/m 2. K）容器內徑（M）轉速（rps , l/s）k， ，Cp:容器器壁溫度下液體的黏度（kg/m . s）K, 1 , , f :參數根據契爾頓（Chilton） 及克勞梭德（Kraussold） 等的研究， 在四形底圓柱容器槽中，若攪拌翼為槳式，則各參數值 分別為 K = 0.36 , a = 2/3 , b = 1/3 , g = 0.14 , f = 1 ,

8、所 以，式（15）可直接寫成Da NP 2/3 CpP 1/3 卩 0 14 = 0.36（）（）（） k %三、實驗裝置攪拌馬建V87 XVA 冷水流計V1輸水群浦熱水流量計VF fnMnTYV4OO貫驗相關條件1.試驗槽：採用SUS#304捍接成二重槽內槽有效： 300 H400 mm外槽有效： 360 H430 mm2.熱交換管：採用紅銅 BWG #16 16 mm 長500mm3.浮子流量計： 05 L/min ，010 L/min 1 支4.盤管式熱交換器：A。= 0.25m 2, Da = 35.3cm5.夾套管式熱交換器：Ao = 0.377m 2, Da = 32cm四、實驗步

9、驟穩定狀態下的熱傳（熱水）A. 盤 管 式 熱 交 換 器1.打開冷水進水閥 V1 讓 冷水槽（內槽）中的冷水充滿，並 保持溢流。此時已將槽內的空氣排除。2.將 熱 水 槽 內 的 水 填 滿 ， 打 開 電 源 開 關 設 定 槽 內 之 溫 度 60 C ,待達穩定為止。3.調 整冷水浮子流量計， 使流量保持固定， 記錄溫度與 流量。 （冷、 熱水流 量比為 3： 1）4.打 開 閥 V 3、 V 4（調 BY PA SS）、 V5、 V6 、 V8、V10 、V12 ， 開熱水幫浦， 讓熱水在盤管內與外部 冷水進行熱交換，啟 動攪拌器，維 持一定轉速 40 rpm 。5.待系統達穩定狀態

10、後， 每 2 分鐘測定一次並記錄進出 口冷水溫度、流量及 熱水進出口的溫度 ， 且約 五組數 據不隨時間改變即可停止， 並降溫至 T1=T2 。6.改變冷、熱水流量比（6 : 1及9 : 1）,重覆步驟35。B.夾套式熱交換器1.打開冷水進水閥 V1 讓冷水槽中的冷水充滿槽內，並 保持溢流。2.將 熱 水 槽 內 的 水 填 滿 ， 打 開 電 源 開 關 設 定 槽 內 之 溫 度 60 C ， 待 達 穩 定 為 止 。3.調 整 冷 水 浮 子 流 量 計 ， 使 流 量 保 持 固 定 ， 記 錄 溫 度 與 流量。 （冷、 熱水流量比為 3:4.打 開 V3 ， V4（ 調 BY P

11、ASS ） V5 、 V6 、 V9 、 V1 1 、 V1 2 ， 讓熱水在夾套與內部冷水進行熱交換， 啟動攪拌器， 維持一定轉速 40 rpm 。5.待 系 統 達 穩 定 狀 態 後 ， 每 2 分 鐘 測 定 一 次 並 記 錄 進 出 口冷水溫度、 流量及熱水進出口的溫度， 且約五組數 據不隨時間改變即可停止， 並降溫至 T1=T2 。6.改變冷、 熱水流量比（6: 1 及 9: 1）， 重覆步驟 3 5。五、注意事項1.溫度須待穩定後才可記錄2.確認各閥皆按步驟開關。六、實驗結果（1）數據記錄A.盤管式熱交換（穩定狀態下的熱傳）攪拌器轉速：時間（min）熱水進口溫度Tha（C ）熱

12、水出口溫度Thb冷水進口溫度Tca冷水出口溫度Tcb冷水流量me（L/ mi n）熱水流量mhB.夾套管式熱交換（穩定狀態下的熱傳）（mi n）溫度Tea溫度Tebm em h（二）結果整理1.盤管式熱交換器（穩定狀態附機械攪拌）（kg/ s）qe（J/s）qh（ T）lm（K）Uo（kW/m2k）2.夾套式熱交換器（穩定狀態附機械攪拌）3.繪出溫度對時間之變化圖4.計算各種情況下之總熱傳係數。（三）附錄：流量計校正曲線圖 1.冷水流量計冷水流量計校正曲線圖2.熱水流量計熱水流量計校正曲線圖s g 量 流流量計刻度七、問題與討論1. 試比較在各實驗操作情況下，溫度對時間之影響2. 試比較不同操作情況，對總熱傳係數的關係。3.試比較盤管式與夾套式熱傳的差異。