板式换热器阻力损失计算（板式换热器的传热系数和阻力分析以及计算方法）

什么是板式换热器？板式热交换器是通过堆叠一系列波纹金属板形成的高效热交换器。在各种板之间形成薄的矩形通道，并且通过板进行热交换。板式换热器是液-液和液-汽换热的理想设备。具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同的压力损失下，其传热系数比列管式换热器高3-5倍，占用列管式换热器面积的三分之一，热回收率可高达90%。

板式换热器主要有两种类型：框架式(可拆卸)和钎焊式。板材主要有三种类型：人字形波纹板、水平直线波纹板和结节板。

板式换热器传热系数和阻力分析换热器的“传热积”和“传热系数”这两个词在换热器中经常使用，是有特定含义的习惯名称。因为换热器的隔墙两侧的表面积可能不同，所以所谓的“换热器的传热面积”实际上是指某一侧的约定表面积。传统上，传热系数小的一侧与流体接触的壁面面积称为换热器的传热面积，而相对于传热而累积的、单位时间和单位温差内累积的热流称为换热器的传热积，因此传热系数也与某一侧的约定表面积有关。在换热器的结构和估算中，用“传热产品”和“传热系数”比较方便。在转化器的传热分析中，传热阻力为1/(KA)。板式换热器的热阻计算公式如下：

1/KA=1/AW (1/1 yF1 8/h yF2 1/2)

式中，K——的传热系数，W/m2C。

A——表面积，平方米

AW——平墙面积，m2

8—板厚，m2 C/W

YF——污垢系数，m: c/w

下标：1-与流体1接触的一侧；与流体2接触的一侧。

热传导系数

1、对于湍流状态，不同形状的板的传热规律一般可以总结如下。

Nu=CRcPrm (u/Hw) P

其中，Nu和Re中的特征尺寸为等效直径d，d=4Wb /(2W 2b)。

W——板宽，m；

B——板间距，m

c、n、m和p值的大致范围如下：

c=0.15~0.40，n=0.65~0.85

M=0.30~0.45(一般为1/3)，p=0.05~0.20。

临界雷诺数约为10~400，取决于平板的形状。

2、对于层流，板的传热规律可以总结如下：

Nu=C (RePrd/L)n(u/pw) p

式中c . n和p值的取值范围一般为c=1.86~4.50，n=0.25~0.33，p=0.1~0.2。

(通常为0.14)

L——板长，m。

由于板的形状复杂，必须用试验得到的传热规律作为板式换热器传热计算的依据。

板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个复杂的过程。目前比较流行的方法有对数平均温差法和NTU法。在计算机还没有普及的时候，大部分厂家都是采用计算参数的近似估算和速度-总传热系数曲线的估算。目前越来越多的厂家采用计算机计算，使板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。下面简单介绍一下无相变板式换热器的通用计算方法，这是一种基于传热与压降准则相关性的设计计算方法。

板式换热器的选型计算需要以下五个参数：

总传热量(单位：kW)。

一次侧和二次侧的进出口温度

一次侧和二次侧的容许压降

最高工作温度

最大工作压力如果已知传热介质的流量、比热容和进出口温差，就可以计算出总传热量。

温度

T1=热侧入口温度

T2=热侧出口温度

T1=冷端入口温度

T2=冷端出口温度

供热量

热流平衡公式反映了这种关系

(热流体释放的热通量)=(冷流体吸收的热通量)

在热平衡计算中，有相变和无相变的传热过程表达式是不同的。

(1)无相传热过程

中中

q——冷流体吸收或热流体释放的热通量，w；

Mh，MC——冷热流体的质量流量，kg/s；

Cph，CPC——冷热流体的比定压热容，kJ/(kgk)；

T1，t1-冷热流体的入口温度，k；

T2 T2-冷热流体出口温度，k。

(2)相变传热过程

在两股流的热交换过程中，流的一侧发生相变，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流平衡公式为：

一侧的相变

流动的两边都有相变，比如一边冷凝另一边沸腾的传热过程。

中中

r，r1，R2——物质流相变热，j/kg；

D2 D1 d-相变材料流量，kg/s

对于过冷或过热物质相变流动时的热流平衡计算，应按上述方法分段进行求和计算。

对数平均温差(LMTD)

对数平均温差是换热器传热的驱动力，其大小直接关系到换热器传热的难易程度。在某些特殊情况下，无法计算对数平均温差。此时对数平均温差被算术平均温差所代替，逆流情况下介质对数平均温差的计算方法与顺流情况不同。在某些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。

热长度(华氏度)

热长度和一侧的温差与对数平均温差有关。F=dt/LMTD

以下四种介质的物理性质影响传热密度、粘度、比热容和导热系数。

总传热系数

总传热系数是用来衡量换热器传热阻力的参数。传热阻力主要由传热板材料和厚度、污垢和流体本身组成。单位：W/m2或kcal/h，m2。

压力下降

压降直接影响板式换热器的尺寸。如果允许压降较大，可能会降低换热器的成本，但会损失泵的功率，增加运行成本。一般来说，在水-水换热的条件下，允许压降一般在20-100KPa是可以接受的。

污垢系数

与管壳式换热器相比，板式换热器中水的流动处于高湍流状态，相同介质的污垢系数比板式换热器小得多。在水的污垢系数无法确定的情况下，计算时可预留10%的余量。

热负荷的计算方法可用下列公式表示：

Q=m cp dt

LMTD

Q=热负荷(千瓦)

M=质量流量(千克/秒)

Cp=比热(kJ/kg)

Dt=介质进出口温差()

K=总传热系数(W/m2)

A=传热面积(平方米)

LMTD=对数平均温差

总传热系数通过以下公式计算：

其中包括：

K=总传热系数(W/m2)

1=一次测量的传热系数(W/m2)

2=一次测量的传热系数(W/m2)

=传热板的厚度(m)

=板的热导率(W/m)

R1、R2分别为两侧的污垢系数(m2 /W)。

1、2可以通过努塞尔准则得到。

传热效率和传热单元数法

在传热计算中，传热速率方程和热流平衡方程将换热器参数和换热物质流联系起来。在已知工艺物流的流量、进出口温度的情况下，可以根据前面介绍的方法计算出平均传热温差tm和热流率Q，从而得到所需的传热面积a，这类问题就是前面提到的设计计算问题。

然而，当给定两股流的流量、入口温度、传热面积和传热系数k时，很难用解析法直接确定两股流的出口温度。经常需要使用