1、换热器换热器的发展已经有近百年的历史，其在国民经济的诸多领域(如食品、制药、石油化工、空调、动力、冶金、轻工等)得到广泛的应用。换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。定义：换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器（heat exchanger） ，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是制冷空调、暖通、化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。按使用功能分：冷凝器、蒸发器、再热器、过热器和再沸器等。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄
2、热式。在制冷空调、暖通等领域主要涉及混合式换热器和间壁式换热器，其中以间壁式换热器应用最多。一、混合式换热器混 合 式 热 交 换 器 是 依 靠 冷 、 热 流 体 直 接 接 触 而 进 行 传 热 的 ， 这 种 传 热 方 式 避 免 了 传热 间 壁 及 其 两 侧 的 污 垢 热 阻 ， 只 要 流 体 间 的 接 触 情 况 良 好 ， 就 有 较 大 的 传 热 速 率 。 故凡 允 许 流 体 相 互 混 合 的 场 合 ， 都 可 以 采 用 混 合 式 热 交 换 器 ， 例 如 气 体 的 洗 涤 与 冷 却 、 循环 水 的 冷 却 、 汽 -水 之 间 的 混 合
3、加 热 、 蒸 汽 的 冷 凝 等 等 。 它 的 应 用 遍 及 化 工 和 冶 金 企 业 、动 力 工 程 、 空 气 调 节 工 程 以 及 其 它 许 多 生 产 部 门 中 。(1)冷 却 塔 (或 称 冷 水 塔 )在 这 种 设 备 中 ， 用 自 然 通 风 或 机 械 通 风 的 方 法 ， 将 生 产 中 已 经 提 高 了 温 度 的 水 进 行冷 却 降 温 之 后 循 环 使 用 ， 以 提 高 系 统 的 经 济 效 益 。 例 如 热 力 发 电 厂 或 核 电 站 的 循 环 水 、合 成 氨 生 产 中 的 冷 却 水 等 ， 经 过 水 冷 却 塔 降 温
4、 之 后 再 循 环 使 用 ， 这 种 方 法 在 实 际 工 程 中得 到 了 广 泛 的 使 用 。 冷 却 塔 是 利 用 空 气 同 水 的 接 触 （ 直 接 或 间 接 ） 来 冷 却 水 的 设 备 。是 以 水 为 循 环 冷 却 剂 ， 从 一 系 统 中 吸 收 热 量 并 排 放 至 大 气 中 ， 从 而 降 低 塔 内 空 气 温 度 ，制 造 冷 却 水 可 循 环 使 用 的 设 备 。冷 却 塔 主 要 应 用 于 空 调 冷 却 系 统 、 冷 冻 系 列 、 注 塑 、 制 革 、 发 泡 、 发 电 、 汽 轮 机 、 铝型 材 加 工 、 空 压 机
5、、 工 业 水 冷 却 等 领 域 ， 应 用 最 多 的 为 空 调 冷 却 、 冷 冻 、 塑 胶 化 工 行业 。 具 体 划 分 ， 如 下 ：A、 空 气 室 温 调 节 类 ： 空 调 设 备 、 冷 库 、 冷 藏 室 、 冷 冻 、 冷 暖 空 调 等 ； B、 制 造 业 及 加 工 类 ： 食 品 业 、 药 业 、 金 属 铸 造 、 塑 胶 业 、 橡 胶 业 、 纺 织 业 、 钢 铁厂 、 化 学 品 业 、 石 化 制 品 类 等 ； C、 机 械 运 转 降 温 类 ： 发 电 机 、 汽 轮 机 、 空 压 机 、 油 压 机 、 引 擎 等 ； D、 其 他
6、 类 行 业 冷 却 塔 的 作 用 是 将 携 带 废 热 的 冷 却 水 在 塔 体 内 部 与 空 气 进 行 热 交 换 ， 使 废 热 传 输 给空 气 并 散 入 大 气 中 ， 其 结 构 示 意 图 见 图 1， 工 作 原 理 图 见 图 2， 实 物 图 见 图 3。图 1 冷却塔结构示意图图 2 冷却塔工作原理图图 3 冷却塔实物图(2)气 体 洗 涤 塔 (或 称 洗 涤 塔 )在 工 业 上 用 这 种 设 备 来 洗 涤 气 体 有 各 种 目 的 ， 例 如 用 液 体 吸 收 气 体 混 合 物 中 的 某 些组 分 ， 除 净 气 体 中 的 灰 尘 ， 气
7、体 的 增 湿 或 干 燥 等 。 但 其 最 广 泛 的 用 途 是 冷 却 气 体 ， 而 冷却 所 用 的 液 体 以 水 居 多 。 空 调 工 程 中 广 泛 使 用 的 喷 淋 室 ， 可 以 认 为 是 它 的 一 种 特 殊 形 式 。喷 淋 室 不 但 可 以 像 气 体 洗 涤 塔 一 样 对 空 气 进 行 冷 却 ， 而 且 还 可 对 其 进 行 加 热 处 理 。 但是 ， 它 也 有 对 水 质 要 求 高 、 占 地 面 积 大 、 水 泵 耗 能 多 等 缺 点 ： 所 以 ， 目 前 在 一 般 建 筑 中 ，喷 淋 室 已 不 常 使 用 或 仅 作 为
8、加 湿 设 备 使 用 。 但 是 ， 在 以 调 节 湿 度 为 主 要 目 的 的 纺 织 厂 、卷 烟 厂 等 仍 大 量 使 。 图 4 为 大 型 商 业 建 筑 用 中 央 空 调 组 合 式 空 调 机 组 段 中 的 喷 淋 室 段 。(a) 喷 淋 室 工 作 原 理 图(b) 喷 淋 室 构 件 组 合 示 意 图(c) 喷淋排管示 意 图(d) 中 央 空 调 组 合 式 空 调 机 组 段 喷 淋 室 实 物 图图 4 大 型 商 业 建 筑 用 中 央 空 调 组 合 式 空 调 机 组 段 中 的 喷 淋 室 段(3)喷 射 式 热 交 换 器在 这 种 设 备 中
9、 ， 使 压 力 较 高 的 流 体 由 喷 管 喷 出 ， 形 成 很 高 的 速 度 ， 低 压 流 体 被 引 入混 合 室 与 射 流 直 接 接 触 进 行 传 热 ， 并 一 同 进 入 扩 散 管 ， 在 扩 散 管 的 出 口 达 到 同 一 压 力 和温 度 后 送 给 用 户 。 (4)混 合 式 冷 凝 器这 种 设 备 一 般 是 用 水 与 蒸 汽 直 接 接 触 的 方 法 使 蒸 汽 冷 凝 。二间壁式换热器下 面 重 点 介 绍 本 专 业 应 用 最 多 的 间 壁 式 换 热 器 。间壁式换热设备按照其功能可命名，如冷凝器、蒸发器、再热器、过热器和再沸器等；
10、按换热部件的特点可分为：管壳式换热器、套管式换热器、翅片管式换热器（包括冰箱用丝管式冷凝器、箱壁式冷凝器、吹胀式蒸发器） 、板式换热器、板翅式换热器、管带式换热器。（1 ）壳管式换热器壳管式换热器是石油、化工、冶金和制冷等工业部门中应用最普遍(约占 70)，理论研究和设计技术最完善，运用可靠性良好的一类换热器。分为列管式和盘管式(平面型和空间型)，列管式又分为卧式壳管式与立式壳管式。其研究包括了管程和壳程两侧的传热强化研究。其 由 壳 体 、 传 热 管 束 、 管 板 、 折 流 板 （ 挡 板 ） 和 管 箱 等 部 件 组 成 。 壳 体 多 为 圆 筒 形 ，内 部 装 有 管 束 ，
11、 管 束 两 端 固 定 在 管 板 上 。 进 行 换 热 的 冷 热 两 种 流 体 ， 一 种 在 管 内 流 动 ，称 为 管 程 流 体 ； 另 一 种 在 管 外 流 动 ， 称 为 壳 程 流 体 。 为 提 高 管 外 流 体 的 传 热 分 系 数 ， 通常 在 壳 体 内 安 装 若 干 挡 板 。 挡 板 可 提 高 壳 程 流 体 速 度 ， 迫 使 流 体 按 规 定 路 程 多 次 横 向 通过 管 束 ， 增 强 流 体 湍 流 程 度 。本 专 业 主 要 用 于 大 型 中 央 空 调 水 冷 式 机 组 的 水 冷 式 冷 凝 器 、 氨 制 冷 系 统 等
12、 ， 主 要有 立 式 壳 管 式 换 热 器 和 卧 式 壳 管 式 冷 凝 器 。 下 面 分 别 予 以 介 绍 ： 立 式 壳 管 式 冷 凝 器立 式 壳 管 式 冷 凝 器 的 外 壳 是 有 钢 板 焊 成 的 圆 柱 形 筒 体 ， 筒 体 两 端 焊 有 多 孔 管 板 ， 在两 端 管 板 的 对 应 孔 中 ， 用 扩 胀 法 或 焊 接 法 将 无 缝 钢 管 固 定 ， 成 为 一 个 垂 直 管 束 。 其 结构 如 图 5 所 示 。图 5 立 式 壳 管 式 冷 凝 器立 式 冷 凝 器 的 主 要 特 点 是 ：1由 于 冷 却 流 量 大 流 速 高 ， 故
13、 传 热 系 数 较 高 ， 一 般 K=600 700(kcal/m2?h? )。2垂 直 安 装 占 地 面 积 小 ， 且 可 以 安 装 在 室 外 。3冷 却 水 直 通 流 动 且 流 速 大 ， 故 对 水 质 要 求 不 高 ， 一 般 水 源 都 可 以 作 为 冷 却 水 。4管 内 水 垢 易 清 除 ， 且 不 必 停 止 制 冷 系 统 工 作 。5但 因 立 式 冷 凝 器 中 的 冷 却 水 温 升 一 般 只 有 2 4 ， 对 数 平 均 温 差 一 般 在 5 6左 右 ， 故 耗 水 量 较 大 。 且 由 于 设 备 置 于 空 气 中 ， 管 子 易
14、被 腐 蚀 ， 泄 漏 时 比 易 被 发 现 。 卧 式 壳 管 式 冷 凝 器卧 式 冷 凝 器 制 冷 设 备 与 立 式 冷 凝 器 有 相 类 似 的 壳 体 结 构 ， 但 在 总 体 上 又 有 很 多不 同 之 处 ， 主 要 区 别 在 于 壳 体 的 水 平 安 放 和 水 的 多 路 流 动 。 卧 式 冷 凝 器 两 端 管 板 外面 各 用 一 个 端 盖 封 闭 ， 端 盖 上 铸 有 经 过 设 计 互 相 配 合 的 分 水 筋 ， 把 整 个 管 束 分 隔 成几 个 管 组 。 从 而 使 冷 却 水 从 一 端 端 盖 下 部 进 入 ， 按 顺 序 流
15、过 每 个 管 组 ， 最 后 从 同 一端 盖 上 上 部 流 出 过 程 中 ， 要 往 返 4 10 个 回 程 。 这 样 做 既 可 以 提 高 管 内 冷 却 水 的 流速 ， 从 而 提 高 传 热 系 数 ， 又 使 使 高 温 的 制 冷 剂 蒸 气 从 壳 体 上 部 的 进 气 管 进 入 管 束 间与 管 内 冷 却 水 进 行 充 分 的 热 交 换 。 冷 凝 下 来 的 液 体 从 下 部 出 液 管 流 入 贮 液 筒 。 具体 结 构 如 图 6 所 示 ， 壳 式 换 热 器 实 物 图 见 图 7-8。图 6 卧式壳管式冷凝器图 7 弓 形 折 流 板 管
16、 壳 式 换 热 器 实 物 图图 8 单 壳 程 水 平 圆 缺 形 折 流 板 管 壳 式 换 热 器 结 构 示 意 图知识补充：目前国内壳管式换热器主要还是采用弓型隔板作为管间的支撑结构，在这种结构的换热器中，流体在壳程呈“z” 形流动，在隔板和壳体内壁相连处存在流动死区；流体在隔板间分离引起动量的急剧变化而造成压力的严重损失；在隔板与壳体和传热管与隔板之间存在旁路流和泄漏流，降低了流体的有效质量流量，这些缺点导致了壳管式换热器传热系数低、压降高。随着金属材料价格的不断增长和节能工作的迫切需求，促进了高效壳管式换热器的研究和应用。近年来，螺旋隔板换热器作为一种新型的壳管式换热器形式，受
17、到国内外学者的广泛关注，并在工业中推广应用，取得了很好的节能、节材经济效益。折 流 板 是 提 高 换 热 器 工 效 的 重 要 部 件 。 传 统 换 热 器 中 最 普 遍 应 用 的 是 弓 形 折 流 板 ，由 于 存 在 阻 流 与 压 降 大 、 有 流 动 滞 死 区 、 易 结 垢 、 传 热 的 平 均 温 差 小 、 振 动 条 件 下 易 失效 等 缺 陷 ， 近 年 来 逐 渐 被 螺 旋 折 流 板 所 取 代 。 理 想 的 螺 旋 折 流 板 应 具 有 连 续 的 螺 旋 曲面 。 由 于 加 工 困 难 ， 目 前 所 采 用 的 折 柳 板 ， 一 般 由
18、 若 干 个 1/4 的 扇 形 平 面 板 替 代 曲 面相 间 连 接 ， 形 成 近 似 的 螺 旋 面 。 在 折 流 时 ， 流 体 处 于 近 似 螺 旋 流 动 状 态 。 相 比 于 弓 形 折流 板 ， 在 相 同 工 况 下 ， 这 样 的 折 流 板 （ 被 称 为 非 连 续 型 螺 旋 折 流 板 ） 可 减 少 压 降 45%左 右 ， 而 总 传 热 系 数 可 提 高 20% 30%， 在 相 同 热 负 荷 下 ， 可 大 大 减 小 换 热 器 尺 寸 。螺旋折流板管壳式换热器如下图 10 所示。(a)(b)(c) 壳管式换热器螺旋折流板图 10 螺旋折流板管壳式换热器（2 ）套管式换热器套 管 式 换 热 器 是 用 两 种 尺 寸 不 同 的 标 准 管 连 接 称 为 同 心 圆 的 套 管 ， 外 面 的 叫 壳 程 ，
