板式换热器热力
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作者:shyueweijixie
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发布时间: 2020-03-19
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板式换热器中冷、热流体之间的换热一般都是通过流体的对流换热（或相变 换热）、垢层及板片的导热来完成的，由于参与传热的流体通常都是液体而不是 气体，故不存在辐射换热。
传热过程
板式换热器中冷、热流体之间的换热一般都是通过流体的对流换热（或相变 换热）、垢层及板片的导热来完成的，由于参与传热的流体通常都是液体而不是 气体，故不存在辐射换热。
（一） 对流换热
对流和导热都是传热的基本方式。对于工程上的传热过程，流体总是和固体 壁面直接相接触的。因此，热危的传递一方面是依靠流体质点的不断运动的混合. 即所谓的对流作用：另一方面依靠由「流体和壁面以及流体各处存在温差面造成 的导热作用。这种对流和导热同时存在的过程，称为对流换热。
由于引起流体流动的原因不同而使对流换热的情况冇很大的差异，所以将对 流换热分为两大类。一类是自然对流（或称自由流动）换热，即因流体各部分温 度不同引起的密度差异所产生的流动换热，如：空气沿散热器表面的H然对流换 热：另一类是强制对流（或称为强迫流动）换热，即流体在泵或风机等外力作用 下流动时的换热，如：热水在泵的驱动下，在管内流动时的换热。一般情况下, 强制流动时，流体的流速高于由流动时，所以强制流动的对流换热系数高。如： 空气的自由流动换热系数约为5~25W/ （m2.-C）,而它的强制流动传热系数为 10^1 OOW （m?. Do
影响对流换热的因素很多，如流体的物性（比热容、导热系数、密度、粘度 等），换热器表面形状、大小，流体的流动方式，都会影响对流换热，而且情况 很夏杂。在传热计算上为了方便，建立了以下的对流换热量的计算公式（牛顿冷 却公式）：
Q=a（5）A 或 q=a （ U-tf）
有该公式可见，影响对流换热的I月素都被归结到对流换热系数中，对流换热 系数数值上的大小反映了对流换热的强弱。
（二） 相变换热
在对流换热中发生着蒸汽的凝结或液体的沸腾（或蒸发）的换热过程，统称 为相变换热。由于在这类换热过程中，I司时发生着物态的变化，情况要比单相流
体中的对流换热史杂得多，所以，相变换热问题成为一个独立的研究领域，而一 般的对流换热问题也就仅指単.相流体而言。
1:凝结换热
蒸汽和低于相应压力下饱和温度的壁面相接触，在壁面上就会发生凝结。蒸 汽释放出汽化潜热而凝结成液体，这种放热现象称为凝结换热。
按照蒸汽在壁面上的凝结形式不同，可分为两种凝结。一种为膜状凝结，即 凝结液能很好地润湿壁面，凝结液以颗粒状液珠的形式附着在壁面上，如水蒸汽 在有汕的壁面I•.凝结情况.膜状凝结时所释放出来的潜热必须通过凝结膜才能供 给较低温度的壁面，显然，这层液膜诙为一项热阻。而珠状凝结时，换热是在蒸 汽与液珠&面和蒸汽与裸抵的冷壁间进行的，所以膜状凝结传热系数要比珠状凝 结传热系数低，如：水蒸汽在大气压下，膜状凝结传热系数约为6000〜104/（n?.C）, 而珠状凝结时则为4*（1。4〜1（）6网/（必.1）。但是在工业过程中，一般都是膜状凝 结，除非对壁面进行预处理或在蒸汽中加入促进剤。
对于单一介质，在层流膜状凝结情况下，不考虑液膜内流体的对流，则液膜 层中的温度T和速度3分布如图2・1所示：
图2-1层流凝结液膜中的速度和温度分布
所以，逆流时蒸汽的圧降要比顺流时大，相应的饱和温度下降较多，从而影 响到冷凝换热效果。因此，在满足热负荷的条件卜，应该首先考虐选择使用顺流 布置。
蒸汽的压力对凝结换热也有一定的影响，天津大学的研究表明，在同养殖房 的流速下，压力的提高使密度增大。从而使凝结换热得到改善，并降低压降。
蒸汽中不凝性气体的存在，即使含量很小，传热系数也将大大降低。例如: 水蒸汽中不凝性气体容积的含吊：仅为0.5%时，传热系数就下降S0%。在板式换 热器的运行系统中，应考虑到不凝性气体的排除。
2：沸腾换热
液体在受热情况下产生的沸腾或蒸发吸热过程，称为沸腾换热，这足一种流 体由液相转变为气相的换热过程。
液体攵受热在面上的沸腾可分为大空间沸腾（池沸腾）和有限空间沸腾（强 迫对流沸腾）。不论哪种沸腾，乂都有过冷沸腾和饱和沸腾之分。过冷沸腾是在 液体主流温度低丁 •相应压力下的饱和温度而加热壁面温度己超过饱和温度的条 件下所发生的沸腾现象。饱和沸腾则是液体的主流温度超过了饱和温度，从加热 壁面产生的气泡不再被液体重新凝结的沸腾。
饱和沸腾时，壁温与液体饱和温度之差称为沸腾温差，设沸腾传 热系数为a b・则有：
q=ab（t>r-t,）
在板式换热矯内所发生的飞腾过程属「有限空间沸腾，流体是在外力驱动下 的流动过程中因受热而发生的沸腾，故也称为强迫对流沸腾，它的沸腾点与流体 在垂直管内流动时的沸腾状况基本相同，见图2・3°开始时是过冷沸腾，随昔温 度的提高，产生愈来愈多的气泡，于是相继产生泡状、块状、气塞状、环状以至 雾状的流动沸腾。在蒸汽中的液滴蒸发完后，流体的加热就树于单相流的强制换 热了，蒸汽得到过热。
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