换热器

为何冷却器在节能环保方面如此先进？

我们都知道现在的冷却器在节能环保方面是非常先进的，那么是什么样的结构保证冷却器的节能呢?

 这是由于冷却器自身的工艺，冷却器在组成上是有一片片的螺纹状的板片叠加而成，这样设计的好处是结构紧凑，有效换热面积增大大，同时采用的板片非常的薄，能够充分的交换热量。

 同时表面积小，自身热损失小。特别是那种高温铜钎焊的冷却器，体积之小又是传统的冷却器无法与之相比较的。冷却器的效力，表现在热媒进出的温差大，能够充分的利用热能。

间壁换热器流体的温度分布梁日忠华北工学院化学工程系太原030051传热面的变化情况，得到各自的温度分布方程：（1）定态下，间壁逆流换热时，温度分布方程为T =T时，两流体温度变化同为直线， C时，同为凹曲线， C时，同为凸曲线（2）定态下，间壁并流换热时，温度分布方程为T =T KA，热流体温度变化为降凹曲线，冷流体为升凸曲线。

1引言化工生产中，绝大多数流体换热是在器壁的间隔下进行的，有关换热的原理和计算是化工计算的基本内容之一。由于实际换热时，流体流动方式及换热器结构的复杂性，使得冷热两流体温度沿传热面变化比较复杂。在有的教材或文献中体温度沿传热面变化的图形出现过概念性错误。例如并流流动的冷热两流体其温度随换热面变化关系（T～A ， t～A），无论冷热流体的热容量流率大小关系如何，都不会出现直线关系的温度变化， T～A总是降凹曲线， t～A总是升凸曲线。但在一些教材或文献中，曾出现过直线关系的温度分布，逆流流动时也有类似情况。究其原因，是在介绍相关内容时，关于间壁换热流体在不同流动方式下换热过程机理及随传热面温度分布讨论较少。

本文从理论上讨论换热器中间壁两流体变温换热时，不锈钢换热器，流体温度沿传热面的变化，结合实际流体换热过程，探讨流体在不同流动方式下温度沿传热面变化的规律，给出温度分布方程并讨论曲线形状，得到正确的温度变化图形。以期对相关的换热器流体换热计算及换热器设计过程有更确切和正确的认识。

2定态下，流体温度分布方程假定：（1）热流体的热容量流率为C h，主体温度T 冷流体的热容量C c，主体温度为t 热容量流率为常数（热容量流率等于质量流率与定压比热之积）（2）总传热系数K及流体物性为恒定（3）热及流动均为稳定（4）两流体无相变，不考虑热损失。

在推导过程中，均基于两个基本方程式，即：总传热速率方程式：dQ =K （T t）d A =热平衡方程式：dQ =C式中，Q―――传热量，W A―――传热面积，m 2 .1定态逆流时，流体温度分布方程在定态逆流操作的间壁换热过程中，取换热面积d A的微元段，热流体因放出热量dQ而温度下降d T ，冷流体因吸收热量d Q而温度上升dt.

通过微元换热面积dA ，列管式换热器，冷热流体热量变化为：通过微元换热面积dA的传热速率为：（5）式积分，且考虑边界条件：当A =0时，Δt = 2，下标1为进口处，2为出口处。则得：将（6）代入（2），且考虑边界条件：A =0时， Q =0 ，积分得：此式为由A =0至任一传热面积A之间所交换的热量。

在任一面积A处，热流体温度由T下降为：将（7）代入（8），得热流体温度T随传热面积A变化的方程：对于冷流体，则有：将（7）代入（10），得冷流体温度t随传热面积A变化的温度方程：2 .2定态并流时，流体温度分布方程定态下，间壁两侧流体并流换热，按前述同样假设：热平衡方程总传热速率方程按前述类似推导，可得冷热流体随传热面积A的温度分布方程：2 .3定态下，1 2折流流体温度分布方程热流体在壳程内流动一个行程，而冷流体在管内流动两个行程的换热过程称1 2型折流换热。

对于此情况，热流体温度T随换热面积A变化的方程，作者已有详细论述，结果如下：式中， S为一个管程的传热面积m为以下特征方程的解：同样，可求出冷流体温度t随传热面积A变化的方程（此处略）。

3定态下，流体温度变化曲线形状3 .1定态逆流时， T～A ， t～A曲线形状在以冷热流体温度T、t为纵轴，换热面积A为横轴的坐标系中，对（9）、（11）求一阶、二阶导数：可见，换热器，当时，即T～A是降凸曲线， t～A也是降凸曲线。

见图1.

时，即T～A是降凹曲线， t～A也是降凹曲线，见时，均为负常数即T～A、t～A是相互平行的降直线。见图3.

（4）极限情况：①C※∞（蒸汽冷凝）或C时，热流体温度不变，冷流体凸线变化，见图4 ②C※∞（液体蒸发）或C时，冷流体温度不变，热流体凹线变化，见图5.

※∞，流体温度曲线3 .2定态并流时，流体温度变化曲线形状对（14）、（15）求一阶、二阶导数可见，无论C或C h，皆有：曲线。

线，见图6.

4结论（1）定态下，两流体间壁逆流换热时，冷热流体温度随传热面积变化，温度分布方程式见（9）、（11）。

当C时，两流体温度变化同为直线当C时，两流体温度变化同为凹曲线当C时，两流体温度变化同为凸曲线。

（2）定态下，两流体间壁并流换热时，热流体温度随传热面积变化总是降凹曲线，冷流体温度随传热面积变化总是升凸曲线。温度分布方程式见卓宁，等。工程对流换热。机械工业出版社，板式换热器清洗， 1982谭天恩，等。化工原理（第二版）。上册。化学工业出版 （美）弗兰克P英克鲁佩勒，等著。葛新石，等译。传热的基本原理。安徽教育出版社， 1995朱聘冠。换热器原理及计算。清华大学出版社， 1987梁日忠。12折流换热器流体温度沿程变化及LM TD的计算。化学工程师， 1997（5）梁日忠间壁换热器流体的温度分布

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