【HETA】板式换热器选型计算的方法及公式

前两期我们主要分享了板式换热器的原理、结构及应用,今天我们再来深入探讨下板式换热器选型计算及公式。

一:关于板式换热器的几个公式

(1)求热负荷Q

(2)求冷热流体进出口温度

(3)冷热流体流量

(4)求平均温度差Δtm

(5)选择板型

若所有的板型选择完,则进行结果分析。

(6)由K值范围,计算板片数范围Nmin,Nmax

(7)取板片数N(Nmin≤N≤Nmax )

(8)取N的流程组合形式,若组合形式取完则做(7)。

(9)求Re,Nu

(10)求a,K传热面积F

(11)由传热面积F求所需板片数NN

(12)若N<NN,做(8)。

(13)求压降Δp

(14) 若Δp>Δ允,做(8);

若Δp≤Δ允,记录结果,做(8)。

注:

1.(1)、(2)、(3)根据已知条件的情况进行计算。

2.当T1-t2=T2-t1时采用Δtm = (T1-t2)+(T2-t1)/2

3. 修正系数β一般0.7~0.9。

压降修正系数ф,单流程ф度=1~1.2 ,二流程、三流程ф=1.8~2.0,四流程ф=2.6~2.8。a1、a2、a3、a4、a5为常系数。

二:选型计算各公式符号意义及单位

三:板式换热器的优化选型

 1 、平均温差△tm 

从公式Q=K△tmA,△tm=1/A∫A(t1-t2)dA中可知,平均温差△tm是传热的驱动力,对于各种流动形式,如能求出平均温差,即板面两侧流体间温差对面积的平均值,就能计算出换热器的传热量。平均温差是一个较为直观的概念,也是评价板式换热器性能的一项重要指标。

1.1  对数平均温差的计算

对于各种流动型式,在相同的进口、出口温度条件下,逆流的平均温差最大。

当板式换热器入口和出口两流体的温差△t1和△t2之间的差不大时,可采用算术平均温差(△t1+△t2)/2,一般△t1/△t2小于1.5时,可采用,若△t/△t2为3时,则误差约为10%。

1.2  传热单元数法

在传热单元数法中引入一个无量纲参数NTU,称为传热单元数,它表示板式换热器的总热导(即换热器传热热阻的倒数)与流体热容量的比值NTU=KA/MC,它表示相对于流体热容流量,该换热器传热能力的大小,即换热器的无量纲“传热能力”。

下表中的右边的工艺过程用NTUp表示,左边的换热设备的条件用NTUE表示。NTUp是流体温度的变化与平均温差的比值,表示的是用1℃△tm的变化引起几度流体温度变化的值,当△tm大时,NTUp则小;当△tm小时,它有变大的倾向。相反,在NTUp变大的过程中,△tm的温度变化较大,NTUp较小时,其△tm的温度变化较小(见表1)。

板式换热器的优化设计计算,就是在已知温差比NTUE的条件下,合理地确定其型号、流程和传热面积,使NTUp等于NTUE。

1.3  换热过程和NTU

与供热空调相关的换热过程如下如示:

以上5例工艺过程的NTUp(见表2)

1.4  板式换热器和NTUE

NTUE表示板式换热器的能力,换热器的面积是具有一定传热长度的单位传热体的组合,总传热长度是单位长度和流程数的乘积。当NTUE是总数时,若每1流程数为NTUe时,则NTUE=n·NTUe(其中n是流程数)。

当NTUe=NTUE=NTUp时,换热器为单程。若NTUe﹤NTUp时,则换热器应为多流程,故设计时应先预定n。由于每种板片单程的NTUe值基本上是定值,如适合表2中e的流量为25m3/h的单程板式换热器的NTUe为17㎡。从NTUe=A·K/MC可知,当NTUe为定值时,A·K成反比,仍以e为例,当K=500kcal/㎡·h·℃时,A=1.67×25000/500=83.5㎡,流程数n=83.5/17≈5。当K=2500kcal/㎡·h·℃时,A=16.7㎡,流程数n=1。

每一流程的NTUe如下所示:K=500,NTUe=NTUE/n=0.33,K=2500时,NTUe=1.67。由此可知,根据NTUe即可求出换热器的流程数,传热系数和传热面积。从以上分析可知,若板式换热器设计不合理,可能使换热面积过大,也可能使板间流速太高,阻力过大。

1.5  板式换热器工艺制造要求

板式换热器制造技术的进步,板片种类的增加,提高了板式换热器对各种工艺过程的适应性。

(1)大NTU(

8),小△tm(

1~2)的板式换热器满足了区域供冷和热泵机组蒸发器、冷凝器的要求。从以上分析可知,△tm是换热的驱动力,若△tm小,即意味着驱动力小,要实现两种流体之间的换热,必须增大传热系数,增大传热面积,为了使传热面积不至过大,唯一的方法是增大传热系数K。

(2)小NTU(

0.3~2),大△tm(

40~90℃)的板式换热器满足了热回收工艺和工艺加热、冷却的要求。当工艺过程在大△tm的条件下进行换热时,说明驱动力大,所需的传热面积较小,对传热系数要求也不高,但这种工艺过程或者工作压力高,或者工作温度高,或者工艺加热、冷却过程的液体中含有纤维或直径较大的颗粒,对板式换热器的承压、耐温能力提出了要求,对换热器的板间距提出了要求。

2 传热系数和阻力 

2.1 板式换热器的传热系数和阻力

换热器中常使用换热器的“传热面积”和“传热系数”述语,这是一种习惯的有特定含义的名称。因为换热器间壁两侧的表面积可能不同,所谓“换热器的传热面积”实际上是指约定的某一侧的表面积,习惯上一般把换热系数较小的一侧的流体所接触的壁面表面积称为该换热器的传热面积,相对于该传热面积,单位时间、单位面积、在单位温差下所传递的热流量,称为该换热器的传热面积,因此传热系数也是相对于约定的某一侧的表面积而言的。在换热器结构和估算中使用“传热面积”和“传热系数”是方便的。而在换算器传热分析中,则用传热热阻1/(KA)。板式换热器的热阻计算式如下:

2.1.1 换热系数

① 对于紊流状态,不同形状板片的换热规律,一般可归纳为如下形式,

② 对于层流状态,板片的换热规律可归纳为:

由于板片形状复杂,必须根据试验测定所得的换热规律,作为该板片换热器传热计算的依据。

2.1.2 阻力

板式换热器总的流体阻力可用下式表示:

对于不同形状的板片,其通道的摩擦阻力系数相差很大,必须以试验数据作为阻力计算的依据。

2.2 在常用间壁式换热器中板式换热器的传热系数较大

板式换热器的传热系数(见表3),从表3可知,板式换热器的传热系数约为管壳式的2~3倍。

2.3 非对称流道提高了板式换热器的传热系数,降低了阻力。

当忽略板片的导热热阻后,板式换热器的传热系数K=〆1·〆2/(〆1+〆2),从该式可知,传热系数K与〆1、〆2有关,且小于二者中较小的一个。为了提高传热系数,必须同时提高冷、热流体与板面之间的对流换热系数,如果其中一侧〆值较低的话,板式换热就不能很好地发挥它的效益。

在城市集中供热系统中,根据热力网设计规范,国内所采用的一次热媒的温度一般为150~80℃,130~80℃和110~80℃三种,二次热媒的温度一般为95~70℃。在这样的设计参数下,板式换热器一次热媒流道内的流量一般为二次热媒流通内流量的一半左右,对于对称性流道来说,一次热媒的流速仅为二次热媒流速的50%左右,则一次热媒流道内流体与板面间的对流换热系数约为二次热媒流通内的70%,传热系数约为2500~3700W/㎡·℃。若将一次热媒流道内的对流换热系数提高到原来的1.5倍,则总传热系数将增加到3000~4500 W/㎡·℃。

如下面这种非对称流道板式换热器是采用同一板片组成不同几何尺寸和形状的流道(非对称流道)来解决两侧水流量不等的 问题。

表4表示在热力网规范规定的一次侧、二次侧温度条件下,板式换热器两侧各项参数比之间的关系。从该表可知,当A1/A=1(对称型)时:

两侧流速比为1:2.4;

换热系数比为1:1.8;

压力降比为1:5.3;

流动功率比为1:1.3。

若将板式换热器改为非对称型,当A1/A2的流道流通面积比为1:2.4时,则两侧换热系数近似相等,流通功率损失仅差13%,说明这种流通面积比具有较好的传热系数。

(0)

相关推荐

  • 换热器结垢清洗,5步

    (1)从设计角度减少.消除形成结垢的条件 换热器的设计是通过计算确定经济合理的传热面积及换热器的有关结构尺寸,以实现所需的传热目的.在结构设计时,不妨考虑采用特殊结构,例如,设计能产生湍流的结构,重要 ...

  • 提高板式换热器的效率的技巧

           四种提高其效率的技巧 提高板片的表面传热系数 由于波纹能使流体在较小的流速下产生湍流(雷诺数一150时 ),因此能获得较高的表面传热系数,表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状 ...

  • 板式换热器都有优点呢?

    板式换热器在现如今的很多的行业,都有这不错的应用,受到不少朋友的喜爱,那么大家知道其都有哪些优点吗? 清洁便利板式换热器的压紧板卸掉后,即可松开板束,卸下板片,进行机械清洁. 简单改改换热面积或流程组 ...

  • 板式换热器的类型有哪些?

    板式换热器在我们的生活中发挥着重要的作用,但是估计大家都不知道板式换热器究竟存在哪些不同的类型.今天就给大家简要介绍一下板式换热器的类型有哪些,一起看看吧~ 首先就是螺旋式板式换热器,这种板式换热武器 ...

  • 直线导轨科普篇:安装方法、选型计算,一文全懂!

    直线导轨(linear slider)可分为:滚轮直线导轨,圆柱直线导轨,滚珠直线导轨,三种,是用来支撑和引导运动部件,按给定的方向做往复直线运动.依按摩擦性质而定,直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨. ...

  • 6.初中数学:这两道题,怎么简便计算?套用平方差公式,基础巩固练习

    初中数学:这两道题,怎么简便计算?平方差公式,基础巩固练习.大家先在草稿本上,先认真地做一遍,然后再看后面的视频.期待您在评论区留言. (方老师数学课堂矩阵公众号,注重基础常考题,全部免费分享) 请看 ...

  • 通达信涨停原因设置方法(公式代码插入方法)

    涨 停 原 因 自 定 义 数 据 设 置 步骤如下: 1.打开通达信,在"报价分析"页面上,在上面"代码.名称.涨幅.量比...."的地方按光标右键-- &q ...

  • 史上最全 伺服电机的选型计算及应用案例

    关于启程 启程自动化成立于2012年,培训项目主打西门子PLC编程系统集成.工业机器人编程.EPLAN电气设计.视觉等培训与技术服务的机构.推荐高薪就业,越努力越辛运 课程咨询报名+老师微信(1380 ...

  • 压差旁通阀的选型计算

    旁通原理: 维持供回水主管压差恒定 当末端负荷变小,压差变大,旁通阀开大 当末端负荷变大,压差变小,旁通阀关小 选型依据: 旁通流量Q和旁通阀的流量系数Kv值 计算公式: 其中Q为旁通流量,ΔPv为旁 ...

  • 中考物理:热学计算题方法全攻略,一篇搞定所有重难点!

    中考物理:热学计算题方法全攻略,一篇搞定所有重难点!

  • 算法创作|规则数列计算解决方法

    问题描述如下图所示,小明用从 1 开始的正整数"蛇形"填充无限大的矩阵.1 2 6 7 15 -3 5 8 14 -4 9 13 -10 12 -11 --(1)容易看出矩阵第二行 ...

  • 8.七年级数学下册:这题怎么因式分解?先配方法,再套用平方法差公式

    欢迎您来到方老师数学课堂,请点击上方的名片,关注方老师数学课堂.所有的视频内容,全部免费,请大家放心关注,放心订阅. 七年级数学下册:这题怎么因式分解?先配方法,再套用平方法差公式.大家先在草稿本上, ...

  • 2.七年级数学下册:这两道题,怎么简便计算?套用平方差公式,基础巩固练习

    欢迎您来到方老师数学课堂,请点击上方的名片,关注方老师数学课堂.所有的视频内容,全部免费,请大家放心关注,放心订阅. 七年级数学下册:这两道题,怎么简便计算?套用平方差公式,基础巩固练习.大家先在草稿 ...