板式换热器工程设计技术.ppt

华东理工大学化工机械研究所Plate Heat Exchanger板式换热器工程设计技术王学生教授21. 板式换热器设计方法2. 板式换热器压降分析3. 确定换热器有效度的求解方法4. 板式换热器及其组件的选择5. HTRI计算主要内容31.板式换热器设计方法板式换热器工程设计技术4 板式热交换器是近几十年来得到发展和广泛应用的一种新型高效、紧凑的热交换器它由一系列互相平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋板式热交换器更为紧凑，传热性能更好 应用面很广，适宜用于医药、食品、制酒、饮料合成纤维、造船、化工等工业，并且随着板型、结构上的改进，正在进一步扩大它的应用领域 国外著名的生产厂家有瑞典AFLA-LAVAI公司、英国APV 公司、日本日阪制作所等我国在板式热交换器的设计与制造上也已达到较高的水平1. 板式换热器设计方法5板式热交换器按构造分为可拆卸（密封垫式）、焊接式和板壳式三类，以密封垫式的应用为最广它们的工作原理基本相同可拆卸板式热交换器由三个主要部件：传热板片、密封垫片、压紧装置及其他一些部件等组成1. 板式换热器设计方法1.1 构造和工作原理61. 板式换热器设计方法1.1 构造和工作原理 在固定压紧板上，交替地安放一张板片和一个垫圈，然后安放活动压紧板，旋紧压紧螺栓即构成一台板式热交换器。

 各传热板片按一定的顺序相叠即形成板片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过传热板片进行热交换71. 板式换热器设计方法传热板片为满足不同传热场合的需要，人们已研发出多种多样的波纹板片，以人字形波纹板和水平平直波纹板为最广传热板片是板式热交换器的关键件它的设计主要考虑两方面因素:(1) 使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；(2) 提高板片刚度，能耐较高的压力81. 板式换热器设计方法传热板片91. 板式换热器设计方法密封垫片安装于密封槽中，防止流体的外漏和两流体之间内漏，运行中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，在多次拆装后还应具有良好的弹性双道密封能更好地防止内漏，为了能及时发现内漏，在密封垫圈上开有凹槽（信号孔），出现泄漏，流体将首先由此泄出101. 板式换热器设计方法压紧装置它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓它用于将垫片压紧，产生足够密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力板式热交换器有多种框架形式：双支撑框架式、悬臂式、带中间隔板双支撑框架式等111. 板式换热器设计方法1.2 流程组合为了满足传热和压力降的要求，对于板式热交换器可进行多种方式的流程和通道数的配置。

流程：某一种介质在换热器中流动方向的数量，流动方向每改变一次就增加一个流程通道：每个流程中某一介质按同方向流动的通道数量121. 板式换热器设计方法1.2 流程组合 流体的流动可以是串联、并联（这时形成纯逆流）和混联（一种流体为并联，而另一种流体为串联） 流程可以是单流程或多流程，两流体的流程数可以相等或不相等 两流体的流程中通道数一定要相等131. 板式换热器设计方法1.2 流程组合141. 板式换热器设计方法1.2 流程组合板式换热器内流程与通道的配置方式常以下列数学形式表示：式中：M1，M2，…Mi ：从固定压紧板开始，甲流体侧流道数相同的流程数；N1，N2，…Ni ：对应于M1，M2，…Mi中的流道数；m1，m2，…mi ：从固定压紧板开始，乙流体侧流道数相同的流程数；n1，n2，…ni ：对应于m1，m2，…mi中的流道数151. 板式换热器设计方法1.2 流程组合下图表示了 流程组合的实例，其中横线上方（1×4）表示甲流体为单流程、四通道，横线下方（2×2）表示乙流体为两流程、两通道161. 板式换热器设计方法1.3 传热计算传热计算的基本方程式，需要注意，由于板片的角孔及密封垫片等处并不参与传热，板片又是波纹形的，其传热面积应该是扣除不参与部分后板片的展开面积，即有效传热面积。

平均温差Δtm的计算是按纯逆流情况下对数平均温差值Δt1m再乘以修正系数ψ，即，t1  thi  tcot2  tho  tci温度相同时，逆流布置获得的对数平均温差最大tml t1 t2ln(t1 / t2 )1. 板式换热器设计方法1.3 传热计算修正系数ψ可由图查取：温差修正系数(LMTD法时)温差修正系数(NTU法时)17181. 板式换热器设计方法1.3 传热计算传热系数K 的计算，在已知两侧对流换热系数及垢阻条件下，仍用以往常用的公式，即式中，δ与λ分别为板片厚及其导热系数；r1、r2为板片两侧的污垢热阻； α1、α2 为板片两侧传热系数191. 板式换热器设计方法1.3 传热计算介质在板式换热器中一般呈湍流状态流动，通常用以下准则方程式来计算对流给热系数α1、α2式中C、m、n 值随板片、流体和流动的类型不同而不同C、n 通常有一定的范围，C 在0.15~0.4；n在0.65~0.85；m在0.3~0.45 （一般流体被加热时，m=0.4；被冷却时，m=0.3）  2b201. 板式换热器设计方法1.3 传热计算雷诺数Re可按下计算:deRe 式中：de—— 板片的当量直径，m；ν—— 介质的运动粘度，m2/s；ω—— 介质的流速，m/s 。

4 AU4Lb2Lde 当量直径de为:式中：L—— 板有效宽，m；b —— 板间距，m；相比板片宽度而言，板间距可忽略不计211. 板式换热器设计方法1.3 传热计算普朗特数Pr可按下计算:式中：Cp—— 介质的比热，J/(kg · K)；μ—— 介质的动力粘度，Pa · s；λ—— 介质的热导率， W/(m · K) 努塞尔数Nu为:式中：α—— 对流传热系数，W/(m2 · K) C p Pr  deNu Rel n l) Pr ( ) p1. 板式换热器设计方法1.3 传热计算有相变时 ，板式热交换器内流体的相变换热系数计算很复杂，目前还没有公认的计算方式冷凝过程 较为复杂，影响冷凝的因素较多，天津大学王中铮提出了一种计算方法:式中：Rel —— 冷凝液雷诺数，与气相和液相的流量有关；H—— 受凝液膜厚度影响的无因次参数；ρl /ρv —— 两相中液体和气体的密度比220.33H vNu  C (231. 板式换热器设计方法1.3 传热计算沸腾换热 的准则方程，可参考Chen J C 的给热系数计算式:式中：S —— 核沸腾影响系数，在泡状流区S = 1，在块状流区S = 0~1，在环状流区S= 0；α′—— 池沸腾给热系数；α″—— 两相强制对流给热系数。

  S    242.板式换热器压降分析板式换热器工程设计技术252. 板式换热器压降分析2.1 压力降的影响因素介质在进出口处的压降主要来自于介质流动所遇到的阻力阻力主要来自三个方面： 介质本身的特性，与粘度有关，当介质的粘度越大，阻力越大； 板片的特性，与板型或结构参数有关，表面粗糙度越大，板片较长、波纹深度较浅、节距较小都会使介质遇到的阻力加大； 介质流动的特性，与流速有关、流速越高，遇到的阻力越大262. 板式换热器压降分析2.2 压力降的准则方程对于板式热交换器用于无相变换热 时的压力降计算通常是以欧拉数Eu与雷诺数Re之间准则关系式给出的：式中，系数b 和指数d 随板式换热器的具体结构而定，指数d 应为负值2. 板式换热器压降分析2.2 压力降的准则方程乘以流程数m，即：式中：ΔP—— 介质的压降，Pa；ρ—— 介质的密度，kg/m3；ω—— 介质在流道中的流速，m/s 27由于，可求得多程时压降需282. 板式换热器压降分析2.2 压力降的准则方程式中：L—— 板有效宽，m；b —— 板间距，m；若板片两侧的流通截面不等，则应按其实际的流通截面A及湿周边U 来分别计算两侧流道的当量直径。

在计算板式热交换器压降时的 Re 值时，当量直径de应按下式计算：2. 板式换热器压降分析2.2 压力降的准则方程 压降准则关系式中系数b 及指数d 随板型不同其差异很大 实际运行中由于板片两侧流道的压力相差较大时可能引起板片的较大变形 不同的流程、角孔组成的通道内的阻力不同29因此该计算式只能适用于较理想的情况303.板式换热器热力计算方法板式换热器工程设计技术对数平均温差法温度效率-传热单元数法需要知道介质进出口温度参数，若有未知项，需要进行估算只需要知道介质进口温度即可有介质物性参数以及板式换热器的准则方程即可计算除知道物性参数及准则方程外，还需查阅相关图表获得相应参数值313.板式换热器热力计算方法3.1 计算方法简介板式换热器的选型热力计算目前有两种方法：对数平均温差法（LMTD）温度效率-传热单元数法（ε-NUT）两种计算方法的对比323.板式换热器热力计算方法3.1 计算方法简介在具体的计算中，无论是对数平均温差法还是温度效率-传热单元数法都有两种方式：设计计算校核计算目前使用最多的还是以对数平均温差为基础的设计计算方法，对此作主要介绍33t3.板式换热器热力计算方法3.2 对数平均温差法——设计计算采用准则方程进行设计计算的主要方法如下：由工况条件计算温度、流量、传热量选定板型几何参数初选流程、流道布置计算平均温差Δtm重新设定通道数( 或同时重设通道和流程数)重新设定流程数否否求解传热系数K计算传热面积F=Q/KΔtmN  F / Fp  2由传热面积求板片数Nt  m1n1  m2 n2  1由通道与流程数求板片数Nt  (1.0 ~ 1.1) N 是求压降ΔPΔP≤ ΔP允是结束3.板式换热器热力计算方法3.2 对数平均温差法——设计计算（1）掌握工况条件，冷热介质的流量、进出口温度。

2）求换热量  Vh h C ph (thi  tho )  Vc c C pc (tco  tci )Q  Gh C ph (thi  tho )  Gc C pc (tco  tci )式中：V —— 体积流量，m3/s；G —— 质量流量，kg/s；下标 h、c —— 热、冷介质下标 i、o ——进、出口位置34（4）选择板式换热器型号（主要是单片面积及形式）（5）假设该型号换热器的流程组合35tml t1 t2ln(t1 / t2 )t1  thi  tcot2  tho  tci3.板式换热器热力计算方法3.2 对数平均温差法——设计计算（3）计算对数平均温差Δtm ，修正系数Ψ 取值36Vn1 f 式中：n1 ——单程中并联通道数；f ——板片通道截面积，m2；（7）计算冷热介质的Re、Pr 和 Nu（8）计算冷、热介质的给热系数αNude 3.板式换热器热力计算方法3.2 对数平均温差法——设计计算（6）计算冷、热介质的板间流速ω r1 2  1  2（10）计算换热面积 A1A1 QK tm11 1K  r将理论值A1，与预计值Ao相比较，通常认为两者误差值在5%以内时，计算结果正确373.板式换热器热力计算方法3.2 对数平均温差法——设计计算（9）计算总换热系数 K383.板式换热器热力计算方法（11）计算冷、热介质的欧拉数Eu（12）计算压降ΔP计算出的压降值应比允许压降小10%~20%，这主要考虑在角孔处以及流向改变时也会产生压降若实际压降超过允许值时，应改变板型或者流程组合，重新进行传热及压降计算。

3.2 对数平均温差法——设计计算 1A1As2 n1m1 式中：As ——板片有效面积，m2；（14）计算计算实际换热面积 AA  (m1h n1h  m1c n1c  1) As实际板片数： n  A  2f393.板式换热器热力计算方法3.2 对数平均温差法——设计计算（13）计算冷、热介质的流程数m1，将计算出m1取整403.板式换热器热力计算方法（1）对于未知的两个出口温度，假设其中之一，并根据热平衡方程计算出换热量及另一个出口温度2）计算对数平均温差3）计算介质的流速、α以及 K4）根据K，计算假设出口温度一侧的换热量5）将该换热量与（1）中计算出的换热量比较，若不相等，则修正假设出口温度，重新计算，直至两个换热量误差在5%以内6）校核压力降，满足工况要求3.2 对数平均温差法——校核计算413.板式换热器热力计算方法3.3 温度效率-传热单元数法传热单元数（NTU）的定义式( NTU )1  KA / C1或式中：( NTU )2  KA / C2  r ( NTU )1C —— 流体比热容，J/(kg·K )；K —— 总传热系数，W/(m2 · K) ；A —— 传热面积，m2；r —— 系数，无因次。

 2 1 1t  t23.板式换热器热力计算方法3.3 温度效率-传热单元数法温度效率ε定义式 21  t1  tt1  t2或式中： t′、t〞 —— 流体进口和出口温度；r1 —— 系数，无因次42   r t1  t23.板式换热器热力计算方法3.3 温度效率-传热单元数法热容量C 之比r 定义式C1C2式中： qm1、qm2—— 流体1、流体2的质量流量，kg/s；Cp1、Cp2 ——流体1、流体2的定压比热容 J/(kg·K ) 431C2C1或 r2  qm 2C p 2 / qm1C p1  1/ r3.板式换热器热力计算方法3.3 温度效率-传热单元数法由已知的ε、r，可从图中查NTU值，再求得换热面积A1-1程、2-2流道2-2程、1-1流道1-2程、n1-n2流道 44453.板式换热器热力计算方法3.3 温度效率-传热单元数法由已知的ε、r，可从图中查NTU值，再求得换热面积A程数≥4、流道数相同2-1程、1-3流道3-2程、1-2流道463.板式换热器热力计算方法（1）由热平衡方程求得流量和温度中的未知量，并计算换热量（2）求温度效率ε及热容量比 r。

3）预选换热器型号以及流道布置4）计算传热系数以及总换热系数5）查与流道布置相同的ε-NTU图，得到NTU值6）计算需要的换热面积7）与预选型号及流道布置相比较，若不一致则重新计算，直至吻合8）校核压力降3.3 温度效率-传热单元数法473.板式换热器热力计算方法将流量为 35000kg/h 的水由 50℃ 冷却到 38℃ ，冷却水进口温度为33℃ ，升温 8℃系统允许最大压降为 30kPa 为此工况选择一台板式换热器热水的平均温度为：(50+38)/2=44℃，查阅物性参数可得:密度 ρh= 990.6 kg/m3比热容 Cph= 4. 176 kJ/(kg·K)热导率λh = 0.638 W/(m·K)运动粘度 νh = 0.618×10-6 m2/s动力粘度 μh = 616.8×10-6 Pa · s3.4 实例(1)——平均温差法设计计算483.板式换热器热力计算方法冷却水的平均温度为：(50+38)/2=44℃，查物性参数可得:密度 ρc= 993.2 kg/m3比热容 Cpc= 4. 175 kJ/(kg·K)热导率λc = 0.628 W/(m·K)运动粘度 νc = 0.704×10-6 m2/s动力粘度 μc = 698.2×10-6 Pa · s（1）计算热负荷Q = GhCph (thi – tho ) =3500÷3600×4.176×(50-38)= 487kW3.4 实例(1)——平均温差法设计计算t1 t2 (50  41)  (38  33)  52491 kg/h49tm   0.942   6.81℃ln(t1 / t2 ) ln((50  41) / (38  33))根据热负荷计算冷却水流量:Gc Q 487  3600C pc (tco  tci ) 4.175  (41  33)3.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算（2）计算对数平均温差及冷却水流量取修正系数Ψ= 0.942，m0.056d   503.板式换热器热力计算方法（3）初选产品型号及板型根据流量，取管间流速 v = 4m/s，计算换热器角孔通径:4Gh 4  350003600h v 3600  990.6  3.14  4选用通用性较强的人字形波纹。

初选型号为BR0.3的板式换热器，单片面积As=0.27m2 ，通径为d=100mm，当量直径为de=0.008m，流道截面积为 f =1.26×10-3 m2，板片厚度取δ= 0.6mm3.4 实例(1)——平均温差法设计计算Nuh  0.2288 Reh Pr 0.3Nuc  0.2288 Rec Pr 0.4  1.25m / s  1.87m / s51hc0.64610.6461Euh  54 Re0.0302Euc  199 Re0.1817重新计算管间流速:( 3700

3.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算准则方程为:5223.80.27A0As 883.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算（4）计算板间流速根据经验以及BR0.3 型板式换热器的特性，预估换热系数 K0=3000 W/(m2 · K)对一般人字形波纹，可预估K值为3000~3500 W/(m2 · K)换热面积估算为:Q 487 103K0 tm 3000  6.81换热板片数量为:  0.18m / s  0.35m / s  0.53m / s53预选流程组合为Gh3600h fnh 350003600  990.6 1.26 103  441 441 44 88 片，校核板间流速:2  222  22显然板间流速较小，调整流程组合为重新计算板间流速:Gh3600h fnh 350003600  990.6 1.26 103  22Gc3600c fnc 524913600  993.2 1.26 103  223.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算  4531h dehReh 0.35  0.0080.618 1060.704 106均在准则方程适用范围内。

543.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算（5）计算雷诺数4.176 103  616.8 1064.175 103  698.2 106C ph hhC pc ccPrh Prc   4.040.638  4.640.628（7）计算努塞尔数0.64610.6461553.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算（6）计算普朗特数  6388W / (m2  K )  9185W / (m2  K )1 0.6  10 1Nuh hdeNuc cde80.1 0.6380.008117  0.6280.008 h  c （9）计算总换热系数取冷热两侧污垢热阻和为 R = 4.5×10-5 m2·K/WK  2941W / ( m 2  K )561 3  4.5  10  5 6388 16.8 91853.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算（8）计算传热系数21 24.3A m  573.板式换热器热力计算方法（10）计算所需换热面积所需换热面积A1比预估换热面积A0略大，误差2.1%，可以达到预期换热效果。

若A1小于A0 ，则说明无法满足换热要求(热负荷小)，K值过大，需要重新估算Q 487 103K tm 2941 6.813.4 实例(1)——平均温差法设计计算总片数为：24.3÷0.27=90片，取流程为2  232  23(m1=2、n1=23) ，实际换热面积为:A  (2m1n1  1) As  (2  2  23  1)  0.27  24.57m2583.板式换热器热力计算方法3.4 实例(1)——平均温差法设计计算593.板式换热器热力计算方法（11）计算欧拉数均小于允许压降30kPa（12）计算压降hcEuh  54 Re0.0302  54  45310.0302  41.9Euc  199 Re0.1817  199  60230.1817  40.9h 2c cP  Euh hh m  41.9  990.6  0.352  2  10169PaP  Euc c 2 m  40.9  993.2  0.532  2  22821Pa（13）板片与密封垫材料的选择介质均为水，温度在100℃以内，选304不锈钢，密封垫选丁腈(NBR)材料。

3.4 实例(1)——平均温差法设计计算 15 流程组合 为的板式换热器，603.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算1.6120现有一台 BR0.36 1 201 20拟用于回收废水余热，加热生活用水：废水流量为25t/h，入口温度为70℃生活用水流量为30t/h ，入口温度为20℃，经换热后能否达到43℃以上，具体是几度? 压降多少?板式换热器技术参数如下:总换热面积 A=15m2单片换热面积 A0=0.385m2当量直径为de=0.0072m流道截面积为 As=0.0013392 m2板片厚度取δp= 0.0008 m （材料为不锈钢）0.3(0.4)0.349 Re PrNu 613.板式换热器热力计算方法传热和压降计算关联式如下:3.6 实例(2)——平均温差法校核计算0.641压缩流道： Eu压  219451Re0.865扩张流道： Eu张  219451Re0.865 70   42.4 ℃622 3.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算解：（1）设生活用水出口温度为 t2〞= 43℃;，求Q′、 t1〞Q  qm 2C p 2 (t  t1 )  30 1000  4.176(43  20) / 3.6  804000W于是废水出口温度为：2 qm 2 C p 2 (t   t1 )qm1C p11 t   t1 30  1000  4.176(43  20)25  1000  4.180633.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（2）物性数据废水在 (70+42.4)/2=56.2℃ 下取值密度 ρ1= 985 kg/m3比热容 Cp1= 4.180 kJ/(kg·K)热导率λ1 = 0.654 W/(m·K)运动粘度 ν1 = 0.51×10-6 m2/s普朗特数 Pr1= 3.19643.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（2）物性数据生活用水在 (20+43)/2=31.5℃ 下取值密度 ρ2= 995.2 kg/m3比热容 Cp2= 4.76 kJ/(kg·K)热导率λ2 = 0.612 W/(m·K)运动粘度 ν2 = 0.783×10-6 m2/s普朗特数 Pr2 = 5.25  0.263m / s  0.313m / s653.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（3）求对流传热膜系数:a. 求流速:流道1板数 n1= 20流道2板数 n2= 20qm1 / 13600 As n11 25 1000 / 9853600  20  0.0013392qm 2 / 23600 As n22 30 1000 / 995.23600  20  0.0013392  37123.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算b. 求Re:1de1Re1 0.263  0.00720.511060.783 106c. 求Nu:0.6410.64166  9219.6W / (m2  K )  10038.5W / (m2  K )  2  0.45  10  4 3.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算d. 求α:Nu11de101.5  0.6540.00721 Nu2 2de118.1 0.6120.0072 2 （4）求总传热系数:选取 r1= r2 = 0.45×10-4 m2·K/W11 0.0008 19219.6 16.3 10038.5K  2880.5W / ( m 2  K )67tmax  tmin (20  43)  (42.4  20)3.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（5）求对数平均温差△t1m和传热温差△tm:选取 ψ = 0.942tm   0.942   23.2 ℃ln(tmax / tmin ) ln((20  43) / (42.4  20))（6）求换热量Q:Q  KAtm  2880.5 15  23.2  1002414W比较 Q > Q′，可知生活用水的出口温度将高于43℃。

设 t2〞= 50℃重新计算68 70   34 ℃692 3.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（1）求Q′、 t1〞:Q  qm 2C p 2 (t  t1 )  30 1000  4.1755(50  20) / 3.6  1043875W废水出口温度为：2 qm 2 C p 2 (t   t1 )qm1C p11 t   t1 30  1000  4.1755(50  20)25  1000  4.179703.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（2）物性数据废水在 (70+34)/2=52℃ 下取值密度 ρ1= 987.1 kg/m3比热容 Cp1= 4.179 kJ/(kg·K)热导率λ1 = 0.649 W/(m·K)运动粘度 ν1 = 0.548×10-6 m2/s普朗特数 Pr1= 3.48713.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（2）物性数据生活用水在 (20+50)/2=35℃ 下取值密度 ρ2= 993.95 kg/m3比热容 Cp2= 4.1755 kJ/(kg·K)热导率λ2 = 0.624 W/(m·K)运动粘度 ν2 = 0.732×10-6 m2/s普朗特数 Pr2 = 4.87  0.263m / s  0.313m / s  34552 de 0.313  0.00722Re2    3078723.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（3）求对流传热膜系数:qm1 / 13600 As n1qm 2 / 23600 As n2a. 求流速:1 2 25 1000 / 987.13600  20  0.001339230 1000 / 993.953600  20  0.0013392b. 求Re:1de1Re1 0.263  0.00720.548 1060.732 106  8969W / (m2  K )  10374W / (m2  K )733.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算c. 求Nu:0.6410.641d. 求α:Nu11deNu2 2de99.5  0.6490.0072119.7  0.6240.00721  2   2  0.45  10  4 tmax  tmin (70  50)  (34  20)743.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算（4）求总传热系数:选取 r1= r2 = 0.45×10-4 m2·K/W11 0.0008 18969 16.3 10374K  2882W / ( m 2  K )（5）求对数平均温差△t1m和传热温差△tm:选取 ψ = 0.942tm   0.942   15.85 ℃ln(tmax / tmin ) ln((70  50) / (34  20))753.板式换热器热力计算方法3.6 实例(2)——平均温差法校核计算Q  KAtm  2882 15 15.85  685196W（6）求换热量Q:比较 Q

因为有了两次计算，表明冷侧温度将在 (43℃ , 50℃)之间，于是可用图解法求该温度以Q为纵坐标、生活用水温度为横坐标，在图中标出t2〞= 43℃时的Q43′、Q43和 t2〞= 50℃时的Q50′、Q50 ，联接Q43′、Q50′和Q43 、Q50 ，两直线交于O点，其横坐标即为生活用水出口温度，约45.6 ℃763.板式换热器热力计算方法用板式换热器冷却麦芽汁，麦芽汁为35t/h，进板式换热器的温度为95℃，出板式换热器的温度为8℃；冷却水为冰水，冰水进板式换热器的温度为3℃ ，出板式换热器的温80℃求板式换热器的换热面积、流程组合，并计算出流体压力降，以便选择泵的型号规格3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算773.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算1.6120换热面积 A′=117m2单片面积A0=0.27m2当量直径为de=0.0076m流道截面积为 As=1.69×10-3 m2板片厚度取δp= 0.0008 m （材料为不锈钢）7 137 13流程组合传热和压降计算关联式如下：0.642Eu  219451Re0.865783.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算（2）物性数据:麦芽汁在 (95+8)/2=51.5℃ 下取值密度 ρ1= 1048 kg/m3比热容 Cp1= 3. 9134 kJ/(kg·K)热导率λ1 = 0.5857 W/(m·K)运动粘度 ν1 = 1.0×10-6 m2/s普朗特数 Pr1= 7793.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算冰水在 (3+80)/2=41.5℃ 下取值密度 ρ2= 991.6 kg/m3比热容 Cp2= 4. 175 kJ/(kg·K)热导率λ2 = 0.635 W/(m·K)运动粘度 ν2 = 0.659×10-6 m2/s普朗特数 Pr2= 4.192 37068 /mq kg h  803.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算（3）求换热量: 1Q  qm1C p1 (t1  t) / 3.6  35000  3.9134(95  8) / 3.6  3310084W（4）求冰水流量:Q 33100842 C p 2 (t  t2 ) / 3.6 4.175  (80  3) / 3.6（5）求对流传热膜系数:a. 求流速:  0.42m / s  0.47m / s1de 0.42  0.00761Re1    31922 de 0.47  0.00762Re2    5420Nu2  0.294 Re2 Pr 0.4  0.294  54200.642  4.190.4  130813.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算b. 求Re:qm1 / 13600 As n1qm 2 / 23600 As n21 2 35000 /10483600 13  0.0016937068 / 991.63600 13  0.001691.0 1060.659 106c. 求Nu:0.6420.642Nu11 93.6  0.5857Nu2 2 130  0.635  2  0.1  10  4 3.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算d. 求α:de 0.0076de 0.00761  2   7213W / (m2  K )  10862W / (m2  K )（6）求总传热系数:选取 r1= r2 = 0.1×10-4 m2·K/W11 0.0008 17213 16.3 10862K  3335.7W / ( m 2  K )822  3.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算（7）求ε、r :t  t2 80  3t1  t2 95  3qm 2C p 2qm1C p1r2  1.1337068  4.17535000  3.9134（8）求NTU :由图查得 ( NTU )2 = 983  116m2843.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算（9）求换热面积A:( NTU )2 C2K9  37068  4.175 / 3.63335.7A 比较A、A′，两值几乎相等，所选择的换热器能满足换热要求。

10）求ΔP :a. 求Eu:12Eu1  219451Re0.865  219451 31920.865  204.3Eu2  219451Re0.865  219451 54200.865  129.2853.板式换热器热力计算方法3.6 实例(3)——ε-NTU 法设计计算b. 求ΔP:12P  m1 Eu1 112  7  204.3 1048  0.422  264379Pa  0.26MPaP  m2 Eu2 22 2  7 129.2  991.6  0.472  198104Pa  0.2MPa864.板式换热器及其组件的选择板式换热器工程设计技术874. 板式换热器及其组件的选择4.1 板式换热器类型的选择板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作选择温度在200℃以上，压力大于2Mpa，可以选择钎焊式换热器，若总面积较大，则还可以选择全焊式换热器；温度大于300℃ ，压力大于3.5Mpa，应选择板壳式换热器；对于末端温差小的工况，可选用浅槽波纹；对于拆卸比较频繁的，可选用可拆式换热器；对于流量相差较大的，可选用非对称性换热器。

884. 板式换热器及其组件的选择4.2 选择板型主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求：若承压要求在1.2Mpa以上，大多数情况下选择人字形波纹；若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直波纹；若介质中杂质较多，可选用球形波纹；对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片单板面积，m20.10.20.30.50.81.01.62角孔直径，mm40~5065~9080~100125~150175~200200~250300~350约400单台最大处理量，m3/h27~4271~137108~170265~380520~680680~10601530~2080约2700894. 板式换热器及其组件的选择4.3 单片面积的选择选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少板片过多会使设备占地面积太大；过少可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还与角孔大小有关，直接影响流量和流速的变化单板面积与处理量的关系904. 板式换热器及其组件的选择4.4 流速的选择主流线上的流速约为平均流速的4~5倍在通常情况下，板间流速选取范围在0.2 ~1.0 m/s，在压降容许的情况下取大值，以获得更好的换热效果，从而减小换热面积。

流体出口板间流体通道板间流速流体入口板间流体通道流体出口板间流速流体入口(a) 并联Z型流程组合(b) 并联U型流程组合914. 板式换热器及其组件的选择4.5 流程的选择对于板型对称、冷热介质流量相当的情况，宜采用等程布置，使介质流向为全逆流；两侧流量相差较大时，流量小的一侧应采用多程布置，以提高流速，增强换热效果；一般情况下，在选择流程时，尽可能采用单程(全并联)，使设备在使用时拆卸维修都比较方便若要采用多流程，各流程中通常安排相同的流道数924. 板式换热器及其组件的选择4.6 流向的选择换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差；当两侧不等程时逆流和顺流会交替出现934. 板式换热器及其组件的选择4.7 流道数的选择 流道数的确定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许压降的制约当板间流速一定时，流道数的多少取决于流量的大小944. 板式换热器及其组件的选择4.8 板片与密封垫材料的选择根据介质的物理、化学特性进行选择，主要考虑温度和腐蚀情况板片的原材料厚度为0.6~0.8mm，压制成波纹板后允许有25%的减薄量，于是最薄处为0.45~0.6mm，因此选用耐腐蚀的材料。

密封垫既要耐温又要耐腐蚀，硬度一般应在65~90邵氏硬度，压缩永久变形量不大于10%，抗拉强度≥8MPa，延伸率≥200%955.HTRI计算板式换热器工程设计技术第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆公司简介HTRI成立于1962年，主要从事对工业范围使用的传热设备的研究，并以这些研究数据为基础开发软件计算模型和模拟程序还为其成员提供其他补充产品、技术服务和培训HTRI产品已经在世界上约500家公司中应用，帮助他们设计换热器，使其效率高、可靠和经济合理在热量传递设计方面的优越性，保证了用户高水平操作和参与竞争的优势8-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆公司简介-9-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆公司简介Worldwide Headquarters（全世界的总部）Heat Transfer Research, Inc.150 Venture DriveCollege Station, Texas 77845 USA+1-979-690-5050 voice+1-979-690-3250 faxHTRI@HTRI.net-10-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆研究实验基地HTRI研究实验基地建于1991年，花费数百万美元，占地2.7英亩，是具有最好装备的实验基地。

包括有四套研究装置运行，可以根据用户的需要进行改变HTRI有效地管理研究项目，可以根据合同内容建造新的配备包括：单相流实验装置(SPU)多相流冷凝装置（MCU）多相流沸腾装置（MBU）高温污垢装置（HTFU）-11-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆研究实验基地单相流实验装置(SPU)建于1993年，专为板式换热器提供开发传热和压力降计算方法的数据这个装置有两台板框式换热器、一台螺旋板式换热器和一台焊接板式换热器这个装置可以对各种工艺流体在广泛的操作条件下运行12-第九章 传热设备与节能单相流实验装置(SPU)-13-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆研究实验基地多相流冷凝装置（MCU）1986年最初建立于加利福尼亚，1991年搬到试验基地这个装置可以为种种几何形状的换热设备，提供开发传热和压力降计算方法的试验数据实验介质有几种流体，包括带有或没有惰性气体的酒精与烃类混合物装置可以在真空与高压下操作。

14-第九章 传热设备与节能多相流冷凝装置（MCU）-15-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆研究实验基地多相流沸腾装置（MBU）建于1995年，MBU可以提供纯介质、碳氢混合物和酒精－水混合物的沸腾数据MBU的设计可以运行多个条件范围、多种几何形状、典型的工业热交换过程16-第九章 传热设备与节能多相流沸腾装置（MBU）-17-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆研究实验基地高温污垢装置（HTFU）建于1994年，HTFU是针对确定的工艺操作条件和换热器结构特点，为使典型的工业流体的结垢最小化，来提供试验数据多种多样的流体用来做实验，包括汽油和原油装置的设计操作条件可以达到6895kPa和427℃18-第九章 传热设备与节能高温污垢装置（HTFU）-19-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆Software 软件产品HTRI的软件已经成功的应用于工业设计有35年之多，它有广泛的被收集的工业换热器的数据支持。

程序的计算方法写在技术文件出版物中，并通过试验研究进一步改进HTRI根据严格的试验研究分析和用户的修改需要，软件有计划地升版20-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆Software 软件产品★HTRI Xchanger Suite 3.0 －是使用环境统一的集成软件，适用于换热器的设计与核算由Xace™, Xist™,Xphe™, Xtlo™, and Xvib™程序组成★★Xace 3.0－设计、核算、模拟空气冷却器，经济管束和空气预热器★★Xist3.0－ 设计、核算、模拟单相流、两相流管壳式换热器，包括kettle重沸器，热虹吸重沸器，降膜蒸发器和回流冷凝器21-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆Software 软件产品★★ Xphe 3.0－设计、核算、模拟板框式换热器★★ Xtlo 3.0－严格的管束布置标准图绘图软件，也可以与Xist一起使用★★ Xvib 3.0－在换热器管束中流体流动引起震动的严格分析软件★FH 3.0－模拟计算加热炉★ST Educational 1.1－单相管壳式换热器核算程序（教育版和培训）★EHT2.1－扩展表面的传热与压力降性能-22-第九章 传热设备与节能强化传热技术与节能关于美国HTRI－传热研究公司Heat Transfer Research, Inc.◆技术出版物HTRI的出版物包括设计手册、技术报告、数据手册。

技术报告介绍计算方法；研究数据及文献回顾HTRI的研究数据是唯一的，是采用工业装置中使用的流体性质，在所有实验设备中获得的这些报告文档和支持的方法，应用于软件中23-965. HTRI计算HTRI Xchanger Suite采用了在全球处于领导地位的工艺热传递及换热器技术，其计算方法是基于40多年来HTRI广泛收集的工业级热传递设备的试验数据而研发的975. HTRI计算Xphe模块(Plate and Frame Exchanger)1.结构选型 Geometry(1).板片类型 Plate Types(2).板片组合 Plate Configuration(3).角孔布局 Port Arrangement(4).其他 Optional2.操作条件 Process3.物性参数 Properties4.设计选项 Design Options5.求解控制 Control热流体 (烃类混合物)戊烷20%，己烷25%，庚烷30%，辛烷25%（质量比）流速（Kg/s）1.008入口温度(°C)93.33出口温度(°C)57.22进口压力(kPa)689.475允许压降(kPa)68.948污垢热阻(m2K/W)0.0000352污垢厚度(mm)0.178冷流体 (水)流速（Kg/s）——入口温度(°C)37.78出口温度(°C)71.11进口压力(kPa)689.475允许压降(kPa)68.948污垢热阻(m2K/W)0污垢厚度(mm)0结构参数板种类2 Alfa Laval ARBITRARY 44/55人字角60/30热侧流程数1 (U)冷侧流程数1 (U)流道数16985. HTRI计算Case : 混合烃水冷器计算995. HTRI计算计算模式 Case Mode 校核 Rating 模拟 Simulation 常规设计 Classic Design Grid Design100Classic Design5. HTRI计算1015. HTRI计算Rating模式可供选择的参数增多 流程数 Number of Passes 流道数 Channel per Pass 多种板混合 Multiple Plates1025. HTRI计算指定不同段，采用不同的板片类型多种板混合1035. HTRI计算混合布置板片多种板混合1045. HTRI计算Plate Type 1Plate Type 21/11/22/2105Rating5. HTRI计算1065. HTRI计算其他参数设置 Flow in train U/Z Arrangement FJ Curves Grid DesignCocurrent FlowCountercurrent Flow1075. HTRI计算Flow in train仅在串联台数>1时有效108U ArrangementZ Arrangement5. HTRI计算U/Z Arrangement仅在单流程时有效1095. HTRI计算FJ Curves1105. HTRI计算Grid Design约束 Constrains可设定流道流速，角孔流速，流道压降等的范围，程序设计时取最优结果1115. HTRI计算Grid Design尺寸 Geometry可设定并联数、流程数、流道数的范围、流动方向、每段可供选择的板类型等。

1125. HTRI计算Steps and Step Size将最大值和最小值之间的值分为几个包含若干Size的Step如4 Steps，2StepSize，计算时计算取值为1，3，5，6的情况。