整理换热器与散热器教材.docx

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整理换热器与散热器教材

散热器的分类

一、铸铁散热器

铸铁散热器的特点：

优点：

结构简单，防腐性好，使用寿命长以及热稳定性好的；

缺点：

其金属耗量大、金属热强度低于的钢制热器。

我国目前应用较多的铸铁散热器有：

翼型散热器、柱型散热器

（一）、翼型散热器分类：

1.圆翼型

圆冀型散热器是一根内径75mm的管子，外面带有许多圆形肋片的铸件。

管子两端配设法兰，可将数根组成平行叠的散热器组。

管子长度分750mm，1000mm；最高工作压力：

对热媒为热水，水温低于150℃，Pb＝0．6MPa；对蒸汽为热煤，Pb＝0．4MPa。

圆翼型型号标记为：

TY0.75—6（4）和Tyl.0—6（4）。

2.长翼型

长翼型散热器的外表面具有许多竖向肋片，外壳内部为一扁盒状空间。

长冀型散热器的标准长度L分200mm，280mm两种，宽度B＝115mm，同侧进出口中心距H1=500mm，高度H=595mm。

长翼型型号标记分别相应为：

TC0.28／5—4（俗称大60）和TC0.20／5—4（俗称小60）。

翼型散热器的特点：

制造工艺简单，长翼型的造价也较低；但翼型散热器的金属热强度和传热系数比较低，外形不美观，灰尘不易清扫，特别是它的单体散热量较大，设计选用时不易恰好组成所需的面积，因而日前不少设计单位，趋向不选用这种散热器。

（二）柱型散热器

柱型散热器的组成：

柱型散热器是呈柱状的单片散热器。

外表面光滑，每片并行几个中空的立柱相互连通。

根据散热面积的需要。

可把各个单片组装在一起形成一组散热器。

我国目的常用的柱型散热器主要有：

二柱型散热器和四柱型散热器；

柱型散热器有带脚不带脚的两种片型，便于落地或挂墙安装。

国内散热器标准规定，柱型散热器有五种规格：

相应型号标准记为TZ2—5—5（8）；TZ4—3—5（8）；TZ4—5—5（8）；TZ4—6—5（8）；TZ4—9—5（8）。

如标记TZ4—6—5，TZ4表示灰铸铁四柱型，6表示同侧进出口中心距为600mm，5表示最高工作压力0.5MPa。

（二）柱型散热器

柱型散热器与翼型散热器相比其金属热强度及传热系数高；外形美观，易清除积灰；容易组成所需的面积；因而它得到较广泛的应用。

二、钢制散热器

目前我国生产的钢制散热器主要有下面几种型式：

（一）闭式钢串片对流散热器

由钢管、钢片、联箱及管接头组成。

闭式钢串片式散热器规格以高*宽表示，其长度可按设计要求制作。

（二）板型散热器由面板、背板、进出水口接头、放水门固定套及上下

支架组成。

背板有带对流片和不带对流片两种类型。

国内散热器标准给出的规格尺寸见表2-1。

二、钢制散热器

（三）钢制柱型散热器

其构造与铸铁柱型散热器相似，每片也有几个小空立柱。

这种散

热器是采用1.25—1.5mm厚冷轧钢板冲压延伸形成片状半柱型，将

两片片状半柱型经压力滚捍复合成单片，单片之间经气体弧焊联

接成散热器。

二、钢制散热器

（四）扁管型散热器

组成：

它是采用52x11x1．5㎜（宽x高x厚）的水通路扁管叠加焊接在一起，型散热器外形尺是以52mm为基数，形成三种高度规格；4l6mm（8根）,520mm（10根）和624mm（12根）。

长度：

由600mm开始，以200mm进位至2000mm共八种规格。

结构形式：

单板、双板，单板带对流片和双板带对流片四种结构形式。

钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的特点

1．金属耗量少。

钢制散热器大多数是由薄钢板压制焊接而成。

金属热强度可达0.8~1.0W／kg·℃，而铸铁散热器的金属热强度—般仅为0.3W／kg·℃左右。

2．耐压强度高。

铸铁散热器的承压能力一般Pb=0.4一0.5Mpa。

钢制板型及柱型散热器的最高工作压力可达0.8Mpa。

因此，从承压能力的角度来看，钢制散热器适用于高层建筑供暖和高温水供暖系统。

钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的特点

3．外形美观整洁，占地小，便于布置。

如板型和扁管型散热器还可以在其外表面喷刷各种颜色的图案，与建筑和室内装饰相协调。

制散热其高度较低，扁管和板型散热器厚度薄，占地小，便于布置。

4．除钢制柱型散热器外，钢制散热器的水容量较少，热稳定性差些。

在供水温度偏低而又采用间歇供暖时，散热效果明显降低。

5．钢制散热器的主要缺点是容易被腐蚀，使用寿命比铸铁散热器短。

6.此外，在蒸汽供暖系统中不应采用钢制散热器。

对具有腐蚀性气体的生产厂房或相对湿度较大的房间，不宜设置钢制散热器。

二、钢制散热器

由于钢制散热器存在上述缺点，它的应用范围受到—定的限制。

因此，铸铁柱型散热器仍是目前国内应用最广泛的散热器。

（三）、光面管（排管）散热器

它是—种最简易的散热器。

它是用钢管在现场或工厂焊接制成。

它的主要缺点是耗钢量大也不美观一般只用于工业厂房。

（四）、其它类型散热器

铝制散热器重量轻，外表美观；铝的辐射系数比铸铁和钢的小，为补偿其辐射放热的减小，外型上应采用措施以提高气对流散热量。

陶瓷散热器

混凝土板内嵌钢管的散热器型式

⏹塑料散热器

换热器分类

热水换热器的分类按参与热交换的介质分类，分为汽-水（式）换热器和水-水（式）换热器;按换热器热交换（传热）的方式分类，分为表面式换热器和混合式换热器。

表面式换热器是冷热两种流体被金属壁隔开，而通过金属壁而进行热交换的换热器混合式换热器是冷热两种流体直接接触进行混合而实现热交换的换热器。

一.夹套式换热器

结构如图所示。

夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。

这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。

当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。

作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。

夹套式换热器结构简单，但由于其加热面受容器壁面限制，传热面较小，且传热系数不高。

二.喷淋式换热器

喷淋式换热器的结构与操作如下图所示。

这种换热器多用作冷却器。

热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面的淋水管流出，均匀地分布在蛇管上，并沿其表面呈膜状自上而下流下，最后流入水槽排出。

喷淋式换热器常置于室外空气流通处。

冷却水在空气中汽化亦

可带走部分热量，增强冷却效果。

其优点是便于检修，传热效果较好。

缺点是喷淋不易均匀。

三.套管式换热器

套管式换热器的基本部件由直径不同的直管按同轴线相套组合而成。

内管用180暗幕赝涔芰樱夤芤嘈枇樱峁谷缤*尽Ｃ恳欢翁坠芪怀蹋砍逃行Сざ任?

～6m。

若管子太长，管中间会向下弯曲，使环隙中的流体分布不均匀。

套管换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当选择两管的管径，两流体皆可获得适宜的流速，且两流体可作严格逆流。

其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。

故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。

四.管壳式换热器

1.固定管板式

结构如图所示。

管子两端与管板的连接方式可用焊接法或胀接法固定。

壳体则同管板焊接。

从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。

这就是固定管板式名称的由来。

折流板主要是圆缺形与盘环形两种，其结构如图所示。

操作时，管壁温度是由管程与壳程流体共同控制的，而壳壁温度只与壳程流体有关，与管程流体无关。

管壁与壳壁温度不同，二者线膨胀不同，又因整体是固定结构，必产生热应力。

热应力大时可能使管子压弯或把管子从管板处拉脱。

所以当热、冷流体间温差超过50℃时应有减小热应力的措施，称“热补偿”。

固定管板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热补偿。

图所示的为具有膨胀节的固定管板式换热器，即在壳体上焊接一个横断面带圆弧型的钢环。

该膨胀节在受到换热器轴向应力时会发生形变，使壳体伸缩，从而减小热应力。

但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体温差较大（大于70℃）的场合，且因膨胀节是承压薄弱处，壳程流体压强不宜超过6at。

为更好地解决热应力问题，在固定管板式的基础上，又发展了浮头式和U型管式列管换热器。

2.浮头式

这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整

个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。

浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。

结构如图所示。

其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。

3.U型管式

如图所示，U型管式换热器每根管子都弯成U型，管子的进出口均安装在同一管板上。

封头内用隔板分成两室。

这样，管子可以自由伸缩，与壳体无关。

这种换热器结构适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难。

一.各种板式换热器

1.螺旋板式换热器

结构如图所示。

其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。

这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。

浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。

螺旋板换热器的直径一般在1.6m以内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm。

两板间的距离由预先焊在板上的定距撑控制，相邻板间的距离为5～25mm。

常用材料为碳钢和不锈钢。

螺旋板换热器的优点是：

①传热系数高：

螺旋流道中的流体由于离心惯性力的作用，在较低雷诺数下即可达到湍流（一般在Re=1400～1800时即为湍流），并且允许采用较高流速（液体2m/s，气体20m/s），所以传热系数较大。

如水与水之间的换热，其传热系数可达2000～3000W/（m2.℃），而列管式换热器一般为1000～2000W/（m2.℃）。

②不易结垢和堵塞：

由于对每种流体流动都是单通道，流体的速度较高，又有离心惯性力的作用，湍流程度高，流体中悬浮的颗粒不易沉积，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞，宜处理悬浮液及粘度较大的流体。

③能利用低温热源：

由于流体流动的流道长和两流体可完全逆流，故可在较小的温差下操作，充分回收低温热源。

据有的资料介绍，若流体出口端热、冷流体温差可小至3℃。

④结构紧凑：

单位体积的传热面积约为列管式的3倍。

螺旋板式换热器的主要缺点是：

①操作压强和温度不宜太高：

目前最高操作压强不超过20at，温度在400℃以下。

②不易检修：

因常用的螺旋板换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难。

2.平板式换热器

平板式换热器（通常为板式换热器）主要由一组冲压出一定凹凸波纹的长方形薄金属板平行排列，以密封及夹紧装置组装于支架上构成。

两相邻板片的边缘

衬有垫片，压紧后可以达到对外密封的目的。

操作时要求板间通道冷、热流体相间流动，即一个通道走热流体，其两侧紧邻的流道走冷流体。

为此，每块板的四个角上个各开一个圆孔。

通过圆孔外设置或不设直圆环形垫片可使每个板间通道只同两个孔相连。

板式换热器的组装流程如图（a）所示。

由图可见，引入的流体可并联流入一组板间通道，而组与组间又为串联机构。

换热板的结构如图（b）所示。

板上的凹凸波纹可增大流体的湍流程度，亦可增加板的刚性。

波纹的形式有多种，图（b）所示的是人字形波纹板。

板式换热器的优点是：

①传热系数高：

因板面上有波纹，在低雷诺数（Re=200左右）下即可达到湍流，而且板片厚度又小，故传热系数大。

热水与冷水间换热的传热系数可达1500～4700W/（m2.℃）。

②结构紧凑：

一般板间距为4～6mm，单位体积设备可提供的传热面积为250～1000m2/m3（列管换热器只有40～150m2/m3）。

③具有可拆结构：

可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。

故检修、清洗都比较方便。

板式换热器的主要缺点是：

①操作压强和温度不太高：

压强过高容易泄漏，操作压强不宜超过20at。

操作温度受垫片材料耐热性能限制，一般不超过250℃。

②处理量小：

因板间距离仅几毫米，流速又不大，故处理量较小。

3.板翅式换热器

（四）环境价值评价方法

板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器，应用甚广。

板翅式换热器的结构形式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板之间，夹入波纹状或其它形状的金属翅片，并将两侧面封死，即构成一个换热基本单元。

将各基本元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可制成并流、逆流或错流的板束（或称芯部）。

其结构如图所示。

将带有流体进、出口接管的集流箱焊在板束上，就成为板翅式换热器。

我国目前常用的翅片型式有光直型、锯齿形和多孔形翅片三种，如图所示。

（1）非煤矿矿山的建设项目（注：

对煤矿建设项目有单独特别规定）；板翅式换热器的优点是：

①传热系数高、传热效果好：

因翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界层的发展，故传热系数高。

空气强制对流给热系数为

35～350W/（m2.℃），油类强制对流时给热系数为115～1750W/（m2.℃）。

冷、热流体间换热不仅以平隔板为传热面，而且大部分通过翅片传热（二次传热面），因此提高了传热效果。

（1）安全预评价。

②结构紧凑：

单位体积设备提供的传热面积一般能达到2500～4300m2/m3。

疾病成本法和人力资本法是用于估算环境变化造成的健康损失成本的主要方法，或者说是通过评价反映在人体健康上的环境价值的方法。

③轻巧牢固：

通常用铝合金制造，板重量轻。

在相同的传热面积下，其重量约为列管式换热器的1/10。

波形翅片不单是传热面，亦是两板间的支撑，故其强度很高。

2.环境影响报告表的内容④适应性强、操作范围广：

因铝合金的导热系数高，且在0℃以下操作时，其延伸性和抗拉强度都较高，适用于低温及超低温的场合，故操作范围广。

此外，既可用于两种流体的热交换，还可用于多种不同介质在同一设备内的换热，故适应性强。

1.建设项目环境影响评价机构的资质管理板翅式换热器的缺点是：

（3）公众对规划实施所产生的环境影响的意见；

①设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难，所以，物料应洁净或预先净制。

表三：

周围环境概况和工艺流程与污染流程；②因隔板和翅片都由薄铝片制成，故要求介质对铝不腐蚀。

二.强化管式换热器

1.翅片管翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成。

常用的翅片有横向和纵向两类，图所示的是工业上广泛应用的几种翅片形式。

翅片与管表面的连接应紧密，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效果。

常用的连接方法有加套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。

此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造和机械加工等方法制造。

（1）是否符合环境保护相关法律法规。

A.国家根据建设项目影响环境的范围，对建设项目的环境影响评价实行分类管理2.热管

热管是60年代中期发展起来的一种新型传热元件。

它是在一根抽除不凝性气体的密闭金属管内充以一定量的某种工作液体构成，其结构如图所示。

工作液体因在热端吸收热量而沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷端放出潜热。

冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。

如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。

冷凝液的回流可以通过不同的方法（如毛细管作用、重力等）来实现。

目前常用的方法是将具有毛细结构的吸液芯装在管的内壁上，利用毛细管的作用使冷凝液由冷端回流至热端。

热管工作液体可以是氨、水、丙酮、汞等。

采用不同液体介质有不同的工作温度范围。

热管传导热量的能力很强，为最优导热性能金属的导热能力的103～104倍。

因充分利用了沸腾及冷凝时给热系数大的特点，通过管外翅片增大传热面，且巧妙地把管内、外流体间的传热转变为两侧管外的传热，使热管成为高效而结构简单、投资少的传热设备。

目前，热管换热器已被广泛应用于烟道气废热的回收过程，并取的了很好的节能效果。