【正文】 t2—冷流體的出口溫度, ℃ t1—冷流體的進(jìn)口溫度, 由已知條件知：Cp2＝4174 J/（㎏℃） 粘度 μ1＝105 Pa℃） T1—熱流體的進(jìn)口溫度,℃ T2—熱流體的出口溫度,℃已知： 熱流體的質(zhì)量流量：W1＝＝熱流體入口溫度:T1＝110℃；熱流體出口溫度:T2＝60℃；確定熱流體的物性數(shù)據(jù): 熱流體的定性溫度:. TA＝（T1+T2）/2＝（110+60）/2＝85℃由已知條件可知熱流體水溶液的物理參數(shù): 密度 ρ1＝70kg/ m3 定壓比熱容 Cp1＝3297 J/（㎏通過(guò)對(duì)以上螺旋板換熱器的幾種類(lèi)型的特點(diǎn)的比較和設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題結(jié)合本設(shè)計(jì)的的流體流動(dòng)形式，和操作壓力分析后：本設(shè)計(jì)選擇Ⅰ型螺旋板換熱器來(lái)滿足工藝上的要求，并使流體呈對(duì)流狀態(tài)。提高流速后，如果增大的給熱系數(shù)對(duì)總傳熱系數(shù)K值起著決定性的影響，這時(shí)提高流速就有實(shí)際意義了。由流體力學(xué)可知，流體壓力降與流速的二次方成正比。目前定距柱多采用等邊三角形排列的方式，因?yàn)檫@種排列比按正方形排列能有效地干擾流體的流動(dòng)，使其易產(chǎn)生湍流，從而提高傳熱效率。（2）使直徑較大的外圈螺旋板承受較小的壓力，直徑較小的內(nèi)圈螺旋板承受較大的壓力，以改善兩螺旋板的受力狀態(tài)。這種換熱器適用于兩流體流量較大的情況使用的公稱(chēng)壓力為16105Pa[5]，如圖23所示。這種結(jié)構(gòu)主要用于蒸汽冷凝。流體在全焊死的通道內(nèi)由周邊轉(zhuǎn)到中心，然后再轉(zhuǎn)到另一周邊流出。兩端面的密封采用頂蓋加墊片的密封結(jié)構(gòu)，螺旋體由兩端分別進(jìn)行機(jī)械清洗，II型螺旋板換熱器為可拆式，主要用于氣一液的熱交換，使用壓力在16105Pa。除上述情況外，它還可用來(lái)冷卻氣體或冷凝蒸汽但受到通道斷頂?shù)南拗?，所以只能用在流量不大的?chǎng)合，日前使用的公稱(chēng)壓力在25105Pa以下。由于單流道的特點(diǎn)流動(dòng)分布情況較好。 圖21圖21 I型螺旋板換熱器I型螺旋板換熱器的特點(diǎn)：適用于對(duì)流傳熱，主要用于液—液流體的傳熱。51第二章 傳熱工藝計(jì)算通道1通道2流體名稱(chēng)混合氣體冷卻水總流體（kg/h）工作溫度 進(jìn)/出（℃）110/6029/39操作壓力（MPa） 根據(jù)通道布置的不同和使用的條件，螺旋板換熱器可以分成三種形式。型螺旋板式換熱器主要用于蒸汽冷凝。根據(jù)前述螺旋板式換熱器的三種型式的特點(diǎn)知道，型螺旋板式換熱器主要是用于液液的傳熱。主要的清洗方法有熱水沖洗，酸洗忽然蒸汽吹洗三種，國(guó)內(nèi)多采用蒸汽吹洗。（10）承受能力受限制 螺旋板換熱器一般都按每一通道的額定壓力設(shè)計(jì)由于螺旋板的直徑較大，厚度較小，剛度差，每一圈均承受壓力，當(dāng)兩通道見(jiàn)的壓力差達(dá)到一定程度，亦即達(dá)到或接近臨界壓力時(shí)，螺旋板就會(huì)被壓壞而喪失穩(wěn)定性。（8）熱損失少 由于結(jié)構(gòu)緊湊。在國(guó)內(nèi)外使用的螺旋板換熱器實(shí)列中使用在兩介質(zhì)溫差很大的場(chǎng)合。而螺旋體各圈之間都是一側(cè)為熱流體，另一側(cè)為冷流體，最外圈與大氣接觸。這種密封方法是很可靠的。所以只要保證焊接質(zhì)量，就能保證兩介質(zhì)之間不會(huì)產(chǎn)生泄露。（5）結(jié)構(gòu)緊湊 ，其傳熱面積可以達(dá)到200平方米，而單位面積的傳熱面積約為管殼式換熱器的三倍。在兩流體溫差為3度情況下仍可以進(jìn)行熱交換。當(dāng)兩流體在螺旋通道內(nèi)采用全逆流操作時(shí)，則兩流體的對(duì)數(shù)平均溫度差就較大，有利于傳熱。（3）不易污塞 在螺旋板換熱器中，由于介質(zhì)走的是單一通道，而它的允許速度可以比其它類(lèi)型的換熱器高污垢不易沉積，如果通道內(nèi)某出沉積了污垢，則此處的通道截面積就會(huì)減小，在一定的流量下，如截面積減小，局部的流速就相應(yīng)的提高，對(duì)污垢區(qū)域起沖刷的作用，而在管殼式換熱器中，如果一根管子有污垢沉積，此管的局部阻力增大，則流量受到限制，流速降低，介質(zhì)就向其它換熱管分配，使換熱器內(nèi)每根管子的阻力重新平衡，使得沉積了的污垢的管子的流速越來(lái)越低，越易沉積，最后完全堵死。（2）能有效地利用流體的壓頭損失 螺旋板式換熱器中的流體，雖然沒(méi)有流動(dòng)方向的劇烈變化和脈沖現(xiàn)象，但因螺旋通道較長(zhǎng)，螺旋板上又焊有定距柱，在一般情況下，這種換熱器的流體阻力比管殼式換熱器更大一些，但它與其它類(lèi)型的換熱器相比，由于流體在通道內(nèi)是作均勻的螺旋流動(dòng)，其流體阻力主要發(fā)生在流體與螺旋板的摩擦上，而這部分阻力可以造成流體湍流。（1）傳熱效率高 由于螺旋板換熱器具有螺旋通道，流體在通道內(nèi)流動(dòng)，在螺旋板上焊有保持螺旋通道寬度的定距柱或沖壓出的定距泡，在螺旋流動(dòng)的離心力作用下，能使流體在較底的雷洛數(shù)時(shí)發(fā)生湍流。六十年,我國(guó)機(jī)械制造部門(mén)設(shè)計(jì)、制造了卷制螺旋扳的專(zhuān)用卷床，使卷制的工效提高了幾十倍，為推廣應(yīng)用螺旋板式換熱器創(chuàng)造了良好的條件。而廣東佛山化工機(jī)械廠擅長(zhǎng)生產(chǎn)燒堿領(lǐng)域螺旋板式換熱器；北京四季青換熱器廠擅長(zhǎng)生產(chǎn)采暖供熱，油田領(lǐng)域的螺旋板式換熱器。江蘇省是我國(guó)螺旋板式換熱器生產(chǎn)最密集的地區(qū)。 1997年由機(jī)械工業(yè)部組織實(shí)施了全國(guó)螺旋板式換熱器的首次質(zhì)量監(jiān)督檢查。1991～1997年機(jī)械部合肥通用機(jī)械研究所，蘇州化工機(jī)械廠聯(lián)合完成了基金課題“大型可拆螺旋板式換熱器的研制”，將我國(guó)螺旋板式換熱器的水平推上了一個(gè)新的臺(tái)階。隨著原南京化工學(xué)院和廣西大學(xué)在螺旋板式換熱器強(qiáng)度和剛度研究的進(jìn)展，螺旋板式換熱器的設(shè)計(jì)更加系統(tǒng)化。1970原一機(jī)部通用機(jī)械研究所、蘇州化工機(jī)械廠開(kāi)始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化工作，隨后與原大連工學(xué)院協(xié)作對(duì)螺旋板式換熱器的傳熱和流體阻力進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始在化工領(lǐng)域使用螺旋板式換熱器，并進(jìn)行了仿造。日本的螺旋板式換熱器制造是在二次世界大戰(zhàn)后星期的，各公司都制定了自己的系列標(biāo)準(zhǔn)。[2]1930年瑞典“Rosenblad”公司首先提出了螺旋板式換熱器的結(jié)構(gòu)，并很快投入了批量生產(chǎn)，取得了專(zhuān)利權(quán)。新型熱管換熱器：近幾年來(lái)，熱管換熱器已在化工和石油化工等生產(chǎn)部門(mén)中推廣應(yīng)用，由于它具有效率高，壓力降小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和緊湊等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展較為迅速。新型材料換熱器：由于它們?cè)谀蛷?qiáng)腐蝕性能方面具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，今后將隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步得到推廣和應(yīng)用，并且還將研究擴(kuò)大所使用的材料，如碳化硅陶瓷的應(yīng)用。因此板翅式換熱器今后發(fā)展的趨勢(shì)，主要是進(jìn)一步完善各種新的釬焊方法和研究采用新的制造工藝，并使板束尺寸和總組合體向大型化發(fā)展。 目前已出現(xiàn)不使用焊劑的各種硬針焊方法，如真空釬焊和無(wú)焊劑釬焊等。板翅式換熱器：雖然由于釬焊技術(shù)的發(fā)展和不斷完善而得到較快的發(fā)展。另一方面，由于它的制造工藝比較復(fù)雜，焊接要求高，今后發(fā)展的趨勢(shì)將如何進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)展新的成型和焊接工藝等。 板殼式換熱器：由于它較好地從結(jié)構(gòu)上解決了耐溫、抗壓與高效之間的矛盾，它兼有管殼式與板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，因而在化學(xué)工業(yè)中得到很快地推廣應(yīng)用。該種形式的換熱器進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，將是提高操作溫度和操作壓力，設(shè)計(jì)大型板片以增大它的處理量，擴(kuò)大它的使用范圍，并采用新的結(jié)構(gòu)材料和新的制造工藝。在壓力、溫度和流量的許可范圍內(nèi)，尤其是處理強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)而需要使用貴重金屬材料的場(chǎng)合下，新型高效緊湊式換熱器將進(jìn)一步取代管殼式換熱器。制造工藝上進(jìn)一步機(jī)械化和自動(dòng)化以及采用各種新技術(shù)，在發(fā)展管殼式換熱器方面仍將占有重要的地位。尤其在高溫、高壓和大型化的場(chǎng)合下，更有其廣闊的發(fā)展前途。 換熱設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本趨勢(shì)將是：繼續(xù)提高設(shè)備的傳熱效率，促進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，加強(qiáng)生產(chǎn)制造的標(biāo)準(zhǔn)系列化和專(zhuān)業(yè)化，并在廣泛的范圍內(nèi)繼續(xù)向大型化的方向發(fā)展。 (4)板面式換熱器：這類(lèi)換熱器的傳熱性能要比“管式”換熱器優(yōu)越，由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。這種換熱器的特點(diǎn)是易于制造，生產(chǎn)成本較低，選用的材料范圍廣，換熱表面的清洗比較方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，高溫和高壓下亦能應(yīng)用。為了增加流體在管外空間的流速，以改善它的給熱情況，在筒體內(nèi)間隔安裝了多塊折流擋板。在需要傳熱面積不太大且要求壓強(qiáng)較高或傳熱效果較好時(shí)，宜采用該換熱器。每一段套管稱(chēng)為一程，程數(shù)可根據(jù)傳熱要求而增減。(2)套管式換熱器：套管式系用管件將兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接成為同心圓的套管，然后用180176。這種設(shè)備常放置在室外空氣流通處，冷卻水在空氣中汽化時(shí)可帶走部分熱量，以提高冷卻效果。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，自下部的管進(jìn)入，由上部的管流出，冷水由最上面的多孔分布管（淋水管）流下，分布在蛇管上，并沿其兩側(cè)下降至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。主要缺點(diǎn)是由于容器的體積較蛇管的體積大得多，故管外流體的a較小， 圖12 噴淋式冷卻器因而總傳熱系數(shù)K也較小，并且設(shè)備 1直管；2U形管；3水槽；4 齒形檐板 也顯得笨重。兩種流體分別在蛇管內(nèi)、外流動(dòng)而進(jìn)行熱量交換。它本身又可分成沉浸式和噴淋式等兩種。尤其在高溫、高壓和大型換熱器中，仍占著相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。)、和金屬消耗量(㎏/m178。 各種換熱器的特點(diǎn) 管式換熱器；這一類(lèi)型的換熱器，雖然在換熱效率、設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性(換熱器在單位體積中的傳熱面積m178。按換熱器所用材料分類(lèi)：可把換熱器分成金屬材料和非金屬材料兩類(lèi)。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤(pán)式換熱器和空氣冷卻器等。 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱(chēng)表面式換熱器，這類(lèi)換熱器應(yīng)用最廣。這類(lèi)換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依 圖11 混合式換熱器示意圖靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。 混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱(chēng)接觸式換熱器。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。瓦特蒸汽機(jī)的推廣使用，使人類(lèi)進(jìn)人了一個(gè)新的時(shí)代—蒸汽時(shí)代。瓦特對(duì)紐可門(mén)的蒸汽機(jī)進(jìn)行了改造，讓冷凝這道工序由與汽缸脫離的冷凝器來(lái)完成。瓦特的蒸汽機(jī)誕生于1774年，瓦特蒸汽機(jī)的突出特點(diǎn)是配置有專(zhuān)門(mén)的冷凝器。所以換熱器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位和作用。對(duì)于其它余熱的回收，也應(yīng)遵守以節(jié)約燃料為中心進(jìn)行綜合利用的原則。另一方面,用換熱器來(lái)回收工業(yè)余熱,可以顯著地提高設(shè)備的熱效率。 換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。 換熱器的作用與發(fā)展歷史換熱器的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一，在日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。此外，在核電廠系統(tǒng)中還裝有各種加熱器、蒸汽冷凝器等換熱器。 在核電廠中，蒸汽發(fā)生器是一項(xiàng)很重要的工藝設(shè)備。其實(shí)，蒸汽鍋爐本身也可以看作是一個(gè)大型復(fù)雜的換熱氣。在其它各種制冷裝置中，都存在冷凝器和蒸發(fā)器等換熱器。 在制冷工業(yè)中，以食品的冷藏業(yè)常用的以氨為制冷劑的蒸氣壓縮制冷裝置為例，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后的氣態(tài)氨在冷凝器中被冷凝為液體；液化后的高壓液態(tài)氨在膨脹機(jī)或節(jié)流閥中絕熱膨脹，使溫度下降到遠(yuǎn)低于周?chē)h(huán)境的溫度；這種低溫氨流體在流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)（布置在冷藏室中）吸熱蒸發(fā)而回復(fù)到原先進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)的氨氣狀態(tài)。這一生產(chǎn)過(guò)程中的預(yù)熱、加熱和冷凝也都是通過(guò)換熱器實(shí)現(xiàn)的。這一生產(chǎn)過(guò)程中的加熱、冷卻與冷凝就是通過(guò)換熱器實(shí)現(xiàn)的。 （1）換熱器在近代工業(yè)中的應(yīng)用 在化工生產(chǎn)中，換熱氣是主要的工藝設(shè)備之一。出于不同的使用目的和工藝要求，換熱器的形式很多（如：熱交接器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等）而且仍在不斷發(fā)展。關(guān)鍵詞：螺旋板式換熱器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度計(jì)算；螺旋體 AbstractSpiral plate heat exchanger is based on helical body heat exchanger ponents for the efficient heat transfer equipment, the chemical industry, petroleum, light industry and many other industrial sectors have wider application. It is not dismantled and demolished two forms, spirochetes with two parallel plates from rolling, possess medium through the spiral channel. The reference design can not be demolished spiral plate heat exchanger types and basic parame