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针对换热器设计相关问题,我从工程实践角度分项解答:
1.板式换热器温差选择
板式换热器(PHE)由于板片波纹形成的湍流(流体不规则流动),温差可以比管壳式更小:
-常规设计温差建议15-25℃
-特殊情况下可做到5-10℃(如热泵系统)
-最小端差(终端温差)能达到1-2℃
2.换热系数典型值
2.1 管壳式再沸器(蒸汽加热)
-光管:800-1500 W/(m·K)
-螺纹管/翅片管:1500-3000 W/(m·K)
-沸腾侧系数主导,需考虑污垢系数(传热表面沉积物影响)
2.2 板式换热器
-水-水系统:3000-7000 W/(m·K)
-蒸汽冷凝:4000-8000 W/(m·K)
-高粘度流体:500-1500 W/(m·K)
3.提升管壳式换热系数方法
3.1 结构优化
-采用异形管(螺旋槽管、波纹管)
-减小管径(如用Φ19改为Φ15)
-增加折流板(引导流体横向冲刷的挡板)缺口高度(25%-45%壳径)
3.2 工艺改进
-提高壳程流速(1-2 m/s为宜)
-改用非对称布管(不同管间距排列)
-管束(管群)偏转设计(如旋转正方形排列)
4.阻力影响因素及降阻措施
4.1 主要影响因素
-管程数:每增加1程,压降上升约2倍
-折流板间距:间距减半,压降增大3-4倍
-缺口高度:25%壳径时压降比45%高30%
4.2 降阻方法
-采用单弓形折流板替代双弓形
-增大管心距(管中心间距)至1.25-1.35倍管径
-使用螺旋折流板(连续螺旋挡板)代替分段式
-考虑RODbaffle(杆式支撑结构)等新型结构
实际工程中需要平衡换热系数与压降的关系,建议先用ASPEN EDR或HTRI进行模拟计算,再结合经济性分析确定最终方案。对于有相变的工况要特别注意流型(流体形态)变化对传热的影响。
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