板式热交换器热力计算程序设计

一般情况下，冷、热流体的流量（或热负荷）及冷、热流体进出口温度中的任意三个，两流体的允许压降等是已知的，板式热交换器的设计应包括确定板型、板片尺寸、流程与通道数的组合、传热面积等。

在进行设计计算时，首先可选定一种板型和板片尺寸，然后选定所用的设计计算方法，并编制相应的计算程序进行计算。图3.20为用对数平均温差法时板式热交换器的计算程序框图。

计算中应注意到，设所选用的单片传热面积为Fp，传热总面积为F，则所需传热板片数为

式中，为板片参与传热的投影面积，；φ为波纹展开系数，φ=t′/t（参看图3.9（b）及（c））

由于两块端片是不参加热交换的，所需的总板片数就应为

从流程数m与通道数n的组合来考虑，总板片数Nt也可表达为

由式（3.33）所得结果应等于或略大于式（3.32）所得结果，这才表明起初所选定的流程数和通道数能达到传热的要求。如不满足，则应重选流程和通道数，这是计算中所要进行的第一次迭代。第二次迭代是压降的校核。由于流程中流体的换向对压降影响较大，如压降不满足要求，则可改变初设的流程数，当然如要重新设定通道数也未尝不可。所求得的流体流速应大致在0.4～0.6m/s左右，如太大可能会使压降不满足。

更为完善的办法是可以同时选择几种不同型式或不同尺寸的板片，进行与上述同样的计算，然后计算几种结果的投资费用，选择其中最经济的方案作为最后所得结果。

图3．20板式热交换器的计算程序框图

[例3.2] 今欲将流量为9000kg/h的热水从110℃冷却到40℃，冷水的入口温度为35℃，出口温度为65℃，压降最大不超过50kPa，试进行一台板式热交换器热力设计计算。

[解] 首先确定板型。设选择兰州石油化工机械厂制造的BP型板片。从厂家产品规格查得，板间距b=4.8mm，流道宽L=430mm，板厚为1.2mm，单片传热的投影面积为0.52m2，传热准则关系为Nu=0.091Re0.73Prn，压降的准则关系式为Eu=42400Re-0.545，当流程数m′≤7时，应乘以校正系数φm，即

①传热量Q

②所需冷水量M2

③假定流程数m1、m2热水m1=6，冷水m2=3

④假定通道数n1、n2热水n1=3，冷水n2=6

⑤计算平均温差Δtm

按逆流计算时

按3壳程、6管程的管壳式热交换器查得修正系数ψ=0.88，

∴Δtm=ψΔtlm,c=0.88×18.2=16.0℃

⑥确定两侧对流换热系数α1、α2

对于热水侧：

质量流速 G1=ρ1w1=974.8×0.42=409kg/（m2·s）(www.xing528.com)

当量直径 de1=2b=2×4.8=9.6mm

取为定性温度，查得水动力黏度，μ1=380.6×10-6kg/（m·s），导热系数λ1=67.1×10-2W/（m·℃），比热cp1=4.19kJ/（kg·℃）。

对于冷水侧：

取t2=（65+35）/2=50℃为定性温度，由此查得冷水的μ2=549.4×10-6kg/（m·s），λ2=64.8×10-2W/（m·℃），cp2=4.17kJ/（kg·℃），Pr2=3.54

⑦计算传热系数K

设水垢阻r1=r2=0.000017m2·℃/W。今板片厚δ=1.2mm，不锈钢板材的导热系数λ=14.4W/（m·℃）

∴

⑧所需传热面积F^[2]1

⑨由传热面求板片数

⑩由通道数与流程数求板片数

今，故满足传热要求。

⑪压降Δp计算

热水侧：

今程数小于7，故

冷水侧：

因程数小于7，故

从上可知流道布置及传热面积和压降均符合要求，故此热力计算完成。图3.21为该热交换器流道布置示意图。

图3.21 例3.2图