选择1.5倍流体流动方式的技巧

流体在热交换器内的流动方式对整个设计的合理性有很大的影响，因而对流动方式的选择，应予以充分注意。在作具体考虑时，可注意以下几个方面：

（1）在给定的温度状况下，保证获得较大的平均温差，以减小传热面积，降低金属或其他材料的消耗；

（2）使流体本身的温度变化值（δt1或δt2）尽可能大，从而使流体的热量得到合理利用，减少它的消耗量，并可节省泵或风机的投资与能量消耗；

（3）尽可能使传热面的温度比较均匀，并使其在较低的温度下工作，以便用较便宜的材料制造热交换器；

（4）应有最好的传热工况，以便得到较高的传热系数，同样起到减小传热面的作用。

以上各点往往存在矛盾，应该根据具体情况和主要要求，摒弃某些次要因素来考虑问题。现分别就顺流和逆流以及混流和错流来做些比较。

1.顺流和逆流

在各种流动方式中，顺流和逆流可以看做是两个极端情况。从前面所述的基本原理中，可以看出：

（1）在流体的进、出口温度相同的条件下，以逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，其他各种流动方式的平均温差均介于顺流、逆流之间。因此，在逆流时可减小所需的传热面，或者在传热面相同时，逆流可传递较多的热量。

（2）逆流时，冷流体的出口温度t″2可高于热流体的出口温度t″1，而在顺流时，t″2总是低于t″1，因而在逆流时，热流体或冷流体的温度变化值δt可以比较大，从而有可能使流体消耗量减少。但要注意，不能片面追求高的δt，因为δt的增加使热交换器两端的温差Δt′和Δt″有所降低，因而会使平均温差有相当程度的降低，在一定的热负荷下，会影响到传热面的相应增加。

因此，从热工观点看，逆流肯定比顺流有利，工业上所使用的热交换器中，流体流动方向多数均为逆流，或者尽量设法接近逆流。

但应考虑到在采用逆流时，流体的最高温度和发生在热交换器同一端，使该端在较高壁温下工作。再者，逆流时流体的温度变化大，使传热面在整个长度方向上温度差别大，壁面温度不够均匀，而顺流方式却在这些方面优于逆流。当冷流体在最后加热阶段遇到高温要有化学变化的危险时，就不能采用逆流。采用顺流就有可能使用较经济的材料和避免复杂的结构（由于热应力等）。因而当热流体的温度高，或当产品在高温下可能产生化学变化时，为降低进口附近的壁温，有时就有意采用顺流，或者把换热面分段串联，低温段采用逆流，高温段采用顺流，例如有的蒸汽锅炉的高温过热器就采用这种方式布置。

当一种流体在有相变的情况下传热时，就没有顺、逆流的区别。同样，当两种流体的热容量相差较大时，或者平均温差比冷、热流体本身的温度变化大得多时，顺、逆流的差别就不显著了。

2.混流和错流(www.xing528.com)

混流和错流的平均温差介于顺流和逆流之间，但纯粹的逆流和顺流，只有在套管式或螺旋板式这一类热交换器中才能实现。其他热交换器，例如为了保证管内或管外流体有足够流速，就得采用不同的程数。因此，混流或错流的选择不是完全从热工角度出发，更多的是由结构所决定。

在选用混流热交换器时应注意以下几点：

（1）若是管内程数为偶数的简单混流（所谓简单混流是指管外程数是单程），两种流体不论是先逆流还是先顺流，在相同的进、出口温度下比较，可得到同样的平均温差。另外，〈1-2n〉型（n=2，3，4，…）热交换器的ψ值比〈1-2〉型热交换器的ψ值虽有所降低，但相差很小。

对〈1-2〉型热交换器，有时为了获取最大的热回收量，冷流体终温必须尽可能地高，称为趋近温度（ApproachTemperature），而当时，称为发生了温度交叉，对于单壳程热交换器而言，此时的ψ值迅速下降。表1.2所列第一种情况和第二种情况的对比中表明，同样的布置和流动方式（图1.28a），趋近温度值越小，ψ值越低。

表1.2 不同情况下的ψ值

在采用先逆流后顺流的热交换器时，要特别注意温度交叉问题，以图1.28（b）为例，相应的温度工况如表1.2第三种情况所示，两流体有20℃的温度交叉，这时冷流体流动过程中某处的温度将比热流体的温度高，超过此处，冷流体不再被加热，而是被冷却，ψ值将降低到大约0.64。

图1.28 〈1-2〉型与〈2-4〉型热交换器中的温度分布

因此，对先逆后顺的〈1-2〉型热交换器，温度交叉现象应予避免，避免的方法可以增加管外程数或改成两台单壳程热交换器串联工作，如图1.28（c）那样，对于第一台，热流体温度自降至t1，而冷流体温度从ta升高到。对于第二台，热流体温度从t1降到，而冷流体温度从t′2升高到ta，它们都没有发生温度交叉，此时本例的ψ值约有0.93。

（2）若是管内程数为奇数的简单混流，增加其中的逆流程数，可使平均温差提高。这是很明显的，因为其中逆流部分的传热面积增加了。

（3）采用多次混流（管内与管外同时分为若干流程时），可以比较显著地提高平均温差的数值。例如〈2-4〉型可显著高于〈1-2〉型，〈3-6〉型又高于〈2-4〉型。但多次混流虽增加了平均温差，同时也提高了流速，增加了传热系数，而结构却复杂了，增加了制造的困难以及流动的阻力，故在选择时应慎重考虑。

流体间严格垂直的错流式热交换器不会遇到很多，图1.13所示只有一种流体有横向混合的一次错流是遇到较多的，而图1.14所示的两种流体均无横向混合的一次错流应用不多，但它的平均温差值要比前者高一些。