板式換熱器的計算方法

發(fā)布時間：2009-10-26 瀏覽：2598

      板式換熱器的計算是一個比較復(fù)雜的過程，目前比較流行的方法是對數(shù)平均溫差法和NTU法。在計算機沒有普及的時候，各個廠家大多采用計算參數(shù)近似估算和流速-總傳熱系數(shù)曲線估算方法。目前，越來越多的廠家采用計算機計算，這樣，板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、準(zhǔn)確。以下簡要說明無相變時板式換熱器的一般計算方法，該方法是以傳熱和壓降準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為基礎(chǔ)的設(shè)計計算方法。

　　以下五個參數(shù)在板式換熱器的選型計算中是必須的：

　　總傳熱量(單位:kW).

　　一次側(cè)、二次側(cè)的進出口溫度

　　一次側(cè)、二次側(cè)的允許壓力降

　　最高工作溫度

　　最大工作壓力如果已知傳熱介質(zhì)的流量，比熱容以及進出口的溫度差，總傳熱量即可計算得出。

　　溫度T1 =熱側(cè)進口溫度T2 =熱側(cè)出口溫度t1 =冷側(cè)進口溫度t2=冷側(cè)出口溫度

　　熱負荷

　　熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系，在換熱器保溫良好，無熱損失的情況下，對于穩(wěn)態(tài)傳熱過程，其熱流量衡算關(guān)系為：

　　(熱流體放出的熱流量)=(冷流體吸收的熱流量)

　　在進行熱衡算時，對有、無相變化的傳熱過程其表達式又有所區(qū)別。

　　(1)無相變化傳熱過程

　　式中Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W；

　　　mh,mc-----熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； 　

　　　Cph,Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；

　　　T1,t1 ------熱、冷流體的進口溫度，K；

　　　T2,t2------熱、冷流體的出口溫度，K。

　　(2)有相變化傳熱過程

　　兩物流在換熱過程中，其中一側(cè)物流發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其熱流量衡算式為：

　　　一側(cè)有相變化 　　　　　　　　

　　　兩側(cè)物流均發(fā)生相變化，如一側(cè)冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過程

　　式中r,r1,r2--------物流相變熱，J/kg；D,D1,D2--------相變物流量，kg/s。

　　對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時的熱流量衡算，則應(yīng)按以上方法分段進行加和計算。

　　對數(shù)平均溫差(LMTD)

　　對數(shù)平均溫差是換熱器傳熱的動力，對數(shù)平均溫差的大小直接關(guān)系到換熱器傳熱難易程度.在某些特殊情況下無法計算對數(shù)平均溫差,此時用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差，介質(zhì)在逆流情況和在并流情況下的對數(shù)平均溫差的計算方式是不同的。在一些特殊情況下，用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差。

　　逆流時：并流時：

　　熱長(F) 熱長和一側(cè)的溫度差和對數(shù)平均溫差相關(guān)聯(lián)。F = dt/LMTD

　　以下四個介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)

　　總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構(gòu)成。單位：W/m2℃or kcal/h,m2℃.

　　壓力降壓力降直接影響到板式換熱器的大小，如果有較大的允許壓力降，則可能減少換熱器的成本，但會損失泵的功率，增加運行費用。一般情況下，在水水換熱情況下，允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接受的。

　　污垢系數(shù)和管殼式換熱器相比，板式換熱器中水的流動是處于高湍流狀態(tài)，同一種介質(zhì)的相對于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在無法確定水的污垢系數(shù)的情況下，在計算時可以保留10%的富裕量。

　　計算方法熱負荷可以用下式表示：

　　Q = m·cp·dt

　　Q = k·A·LMTD

　　Q =熱負荷(kW) m =質(zhì)量流速(kg/s) cp =比熱(kJ/kg℃) dt =介質(zhì)的進出口溫度差(℃) k =總傳熱系數(shù)(W/m2℃) A =傳熱面積(m2) LMTD =對數(shù)平均溫差

　　總的傳熱系數(shù)用下式計算：

　　其中：k=總傳熱系數(shù)(W/m2℃) α1 =一次測的換熱系數(shù)(W/m2℃) α2 =一次測的換熱系數(shù)(W/m2℃) δ=傳熱板片的厚度(m) λ=板片的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m℃) R1、R2分別是兩側(cè)的污垢系數(shù)(m2℃/W)

　　α1、α2可以用努賽爾準(zhǔn)則式求得。