板式換熱器的優(yōu)化選型：

1 平均溫差△tm

從公式Q=K△tmA，△tm=1/A∫A(t1-t2)dA中可知，平均溫差△tm是傳熱的驅(qū)動力，對于各種流動形式，如能求出平均溫差，即板面兩側(cè)流體間溫差對面積的平均值，就能 計算 出換熱器的傳熱量。平均溫差是一個較為直觀的概念，也是評價板式換熱器性能的一項重要指標(biāo)。

1.1 對數(shù)平均溫差的計算

當(dāng)換熱器傳熱量為dQ，溫度上升為dt時，則C=dQ/dt，將C定義為熱容量，它表示單位時間通過單位面積交換的熱量，即dQ=K(th-tc)dA=K△tdA，兩種流體產(chǎn)生的溫度變化分別為dth=-dQ/Ch，dtc=-dQ/Cc，d△t=d(th-tc)=dQ(1/Cc-1/Ch),則dA=[1/k(1/Cc-1/Ch)]?(d△t/△t)，當(dāng)從A=0積分至A=A0時，A0=[1/k(1/Cc-1/Ch)]??[(tho-tci)/(thi-tco)]，中國供熱信息網(wǎng)了解到由于兩種流體間交換的熱量相等，即Q=Ch(thi-tho)=Cc(tco-tci)，經(jīng)簡化后可知，Q=KA0{[(tho-tci)-(thi-tco)]/?[(tho-tci)/(thi-tco)]｝，若△t1=thi-tco，△t2=tho-tci，則Q=KA0[(△t1-△t2)/?(△t1/△t2)]=KA0△tm，式中的△tm=(△t1-△t2)/?(△t1/△t2)。 順流 △tm=[(thi-tci)-(tho-tco)] /?[(thi-tci)/(tho-tci)] 逆流 △tm=[(thi-tco)-(tho-tci)] /?[(thi-tco)/(tho-tci)]

對于各種流動型式，在相同的進口、出口溫度條件下，逆流的平均溫差大。

當(dāng)板式換熱器入口和出口兩流體的溫差△t1和△t2之間的差不大時，可采用算術(shù)平均溫差(△t1+△t2)/2，一般△t1/△t2小于1.5時，可采用，若△t/△t2為3時，則誤差約為10%。

1.2 傳熱單元數(shù)法

在傳熱單元數(shù)法中引入一個無量綱參數(shù)NTU，稱為傳熱單元數(shù)，它表示板式換熱器的總熱導(dǎo)(即換熱器傳熱熱阻的倒數(shù))與流體熱容量的比值NTU=KA/MC，它表示相對于流體熱容流量，該換熱器傳熱能力的大小，即換熱器的無量綱“傳熱能力”。對于板式換熱器來說，KA/MC=△t/△tm，式中△t/△tm稱為溫差比，www.china-heating.com上式中的右邊的工藝過程用NTUp表示，左邊的換熱設(shè)備的條件用NTUE表示。NTUp是流體溫度的變化與平均溫差的比值，表示的是用1℃△tm的變化引起幾度流體溫度變化的值，當(dāng)△tm大時，NTUp則小;當(dāng)△tm小時，它有變大的傾向。相反，在NTUp變大的過程中，△tm的溫度變化較大，NTUp較小時，其

△tm的溫度變化較小(見表1)。

板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計計算，就是在已知溫差比NTUE的條件下，合理地確定其型號、流程和傳熱面積，使NTUp等于NTUE。

1.3 換熱過程和NTU

與供熱空調(diào)相關(guān)的換熱過程如下如示： ⑴ 用蒸汽加熱水

⑵ 水?水換熱

a. 蒸汽 133→133℃ b. 蒸汽 133→133℃

c. 一次水 65→60℃ 水 5→65℃(生活熱水) 二次水 45←40℃(采暖)

d. 一次水 14→9℃ 水 55→65℃(采暖) 二次水 13←7℃(制冷)

e. 一次水 29→24℃ 二次水 26←21℃(制冷機的冷卻)

以上5例工藝過程的NTUp(見表2)

1.4 板式換熱器和NTUE

NTUE表示板式換熱器的能力，換熱器的面積是具有一定傳熱長度的單位傳熱體的組合，

總傳熱長度是單位長度和流程數(shù)的乘積。當(dāng)NTUE是總數(shù)時，若每1流程數(shù)為NTUe時，則NTUE=n?NTUe(其中n是流程數(shù))。當(dāng)NTUe=NTUE=NTUp時，換熱器為單程。若NTUe?NTUp時，則換熱器應(yīng)為多流程，故設(shè)計時應(yīng)先預(yù)定n。由于每種板片單程的NTUe值基本上是定值，如適合表2中e的流量為25m3/h的單程

板式換熱器的NTUe為17?。從NTUe=A?K/MC可知，當(dāng)NTUe為定值時，A?K成反比，仍以e為例，當(dāng)K=500kcal/??h?℃時，A=1.67×25000/500=83.5?，流程數(shù)n=83.5/17≈5。當(dāng)K=2500kcal/??h?℃時，A=16.7?，流程數(shù)n=1。每一流程的NTUe如下所示：K=500，NTUe=NTUE/n=0.33，K=2500時，NTUe=1.67。由此可知，根據(jù)NTUe即可求出換熱器的流程數(shù)，傳熱系數(shù)和傳熱面積。從以上 分析 可知，若板式換熱器設(shè)計不合理，可能使換熱面積過大，也可能使板間流速太高，阻力過大。 1.5 板式換熱器制造技術(shù)的進步，板片種類的增加，提高了板式換熱器對各種工藝過程的適應(yīng)性。

1)大NTU(∽8)，小△tm(∽1～2)的板式換熱器滿足了區(qū)域供冷和熱泵機組蒸發(fā)器、

冷凝器的要求。從以上分析可知，△tm是換熱的驅(qū)動力，若△tm小，即意味著驅(qū)動力小，要實現(xiàn)兩種流體之間的換熱，必須增大傳熱系數(shù)，增大傳熱面積，為了使傳熱面積不至過大，唯一的 方法 是增大傳熱系數(shù)K。

2.1 板式換熱器的傳熱系數(shù)和阻力

換熱器中常使用換熱器的“傳熱面積”和“傳熱系數(shù)”述語，這是一種習(xí)慣的有特定含義的名稱。因為換熱器間壁兩側(cè)的表面積可能不同，所謂“換熱器的傳熱面積”實際上是指約定的某一側(cè)的表面積，習(xí)慣上一般把換熱系數(shù)較小的一側(cè)的流體所接觸的壁面表面積稱為該換熱器的傳熱面積，相對于該傳熱面積，單位時間、單位面積、在單位溫差下所傳遞的熱流量，稱為該換熱器的傳熱面積，因此傳熱系數(shù)也是相對于約定的某一側(cè)的表面積而言的。在換熱器結(jié)構(gòu)和估算中使用“傳熱面積”和“傳熱系數(shù)”是方便的。而在換算器傳熱 分析 中，則用傳熱熱阻1/(KA)。板式換熱器的熱阻 計算 式如下：

1/KA=1/AW(1/?1+γF1+δ/λ+γF2+1/?2)

式中，K?傳熱系數(shù)，W/??℃; A?表面積，?; AW?平壁面積，?; δ?板片厚度，m; γF?污垢系數(shù)，??℃/W。

下標(biāo)：1?與流體1接觸側(cè);2?與流體2接觸側(cè)。

2.1.1 換熱系數(shù) ① 對于紊流狀態(tài)，不同形狀板片的換熱 規(guī)律 ，一般可歸納為如下形式， Nu=CRenPrm(μ/μw)p 式中，Nu及Re中的特征尺寸用當(dāng)量直徑d，d=4Wb/(2W+2b) W?板片寬度，m; b?板片間距，m。 c、n、m、p值的大致范圍如下： c=0.15～0.40，n=0.65～0.85 m=0.30～0.45(通常用1/3)，p=0.05～0.20 臨介雷諾數(shù)在10～400左右，取決于板片形狀。 ② 對于層流狀態(tài)，板片的換熱規(guī)律可歸納為： Nu=C(RePrd/L)n(μ/μw)p 式中，c、n、p值的范圍一般為c=1.86～4.50，n=0.25～0.33，p=0.1～0.2(通常為0.14) L?板片長度，m。

由于板片形狀復(fù)雜，必須根據(jù)試驗測定所得的換熱規(guī)律，作為該板片換熱器傳熱計算的依據(jù)。

2.1.2 阻力

板式換熱器總的流體阻力可用下式表示： △p=f?(L/d)(ρυ2/2)?n (Pa) 式中，υ?流道中速度，m/s; n?流程數(shù); f?板片通道摩擦阻力系數(shù)。 對于不同形狀的板片，其通道的摩擦阻力系數(shù)相差很大，必須以試驗數(shù)據(jù)作為阻力計算的依據(jù)。

2.2 在常用間壁式換熱器中板式換熱器的傳熱系數(shù)較大

2.2.1 板式換熱器的傳熱系數(shù)(見表3)，從表3可知，板式換熱器的傳熱系數(shù)約為管殼式的2～3倍。

2.3 非對稱流道提高了板式換熱器的傳熱系數(shù)，降低了阻力。

當(dāng)忽略板片的導(dǎo)熱熱阻后，板式換熱器的傳熱系數(shù)K=?1??2/(?1+?2)，從該式可知，傳熱系數(shù)K與?1、?2有關(guān)，且小于二者中較小的一個。中國供熱信息網(wǎng)了解到為了提高傳熱系數(shù)，必須同時提高冷、熱流體與板面之間的對流換熱系數(shù)，如果其中一側(cè)?值較低的話，板式換熱就不能很好地發(fā)揮它的效益。在城市集中供熱系統(tǒng)中，根據(jù)熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范，國內(nèi)所采用的一次熱媒的溫度一般為150～80℃，

130～80℃和110～80℃三種，二次熱媒的溫度一般為95～70℃。在這樣的設(shè)計參數(shù)下，板式換熱器一次熱媒流道內(nèi)的流量一般為二次熱媒流通內(nèi)流量的一半左右，對于對稱性流道來說，一次熱媒的流速僅為二次熱媒流速的50%左右，則一次熱媒流道內(nèi)流體與板面間的對流換熱系數(shù)約為二次熱媒流通內(nèi)的70%，傳熱系數(shù)約為2500～3700W/??℃。若將一次熱媒流道內(nèi)的對流換熱系數(shù)提高到原來的1.5倍，則總傳熱系數(shù)將增加到3000～4500 W/??℃。

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