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換熱器設計時在管程壓降允許的條件下盡量提高流速,以增加傳熱。當流體流速太低時,要采取增加管程,加大管長或減小管徑的方法。
由于一些流體比如油,粘性系數很大不容易流動,如果走管程勢必需要很高的質量流速,直接導致管程壓降很大,我們選擇走殼程效果就好得多,根據相關計算,安置折流板后,當雷諾數超過100就可以達到紊流。有人采用提高流速來增加傳熱,但是問題是隨著速度的增加,壓降增大并且壓降增大的速率遠大于傳熱增加的速率。合理的壓降和換熱器中運行的壓力有關,一般壓降控制在0.1~1.0bar,氣體控制在0.01~0.1bar。
對于流速來說,一般選擇殼程流速為管程流速的一半,對于易結垢的流體,管程流速應該大于1m/s,而殼程流速應大于0.5m/s,粘度越大的流體所用的流速應該越小;密度大的流體,由于阻力消耗與傳熱速率相比較小,因此適當提高流速較好。
流程的確定
兩側流體的流量大致一致時,應盡量按等程布置;當兩側流體的流量相差較大時,則流量小的一側按多流程布置或采用不等截面通道的板式換熱器。另外,當某一介質的溫升或溫降幅度較大時,也可鹽浴氮化爐采用多流程。有相變發生的一側一般均為單流程,且接口方式為上進下出。在多程換熱器中,一般對同一流體在各流程中應采用的流道數。換熱器壓降修正系數,單流程時取1.2~1.4,2~3流程取1.8~2.0,4~5流道取2.6~2.8。
換熱器中流體流速的增加,可使對流傳熱系數增加,有利于減少污垢在管子表面沉積的可能性,即降低污垢熱阻,使總傳熱系數增大。然而流速的增加又使流體流動阻力增大,動力消耗增大。因此,適宜的流體流速需通過技術經濟核算來確定。充分利用系統動力設備的允許壓降來提高流速是換熱器設計的一個重要原則。在選擇流體流速時,除了經濟核算以外,還應考慮換熱器結構上的要求。