管壳式换热器由管束和壳体复合而成,是工业生产中最常见、应用最广泛的换热器之一。

1、结构：

管壳式换热器的核心部件包括管束、壳体、管板、折流板等。管束由数百甚至上千根管子组成,管程流体在管内流动。壳体作为流体的通道和承压件,壳程流体在管外流动。管板起到固定管束和密封流体的作用。折流板通过改变壳程流体流向,强化传热,减小温差损失。

2、特点：

管壳式换热器传热系数适中,壳程为100W/(m2·K),管程可达1000 W/(m2·K)。但由于管壳式换热器直径大、长度长,体积庞大,传热面积密度较低,一般为50~100m2/m3。因而其传热强化的重点是通过改变壳程流动,如设置折流板、肋片等。管壳式换热器机械强度高,可靠性好,运行压力可达数十个大气压,适用面广。

3、应用：

管壳式换热器被广泛用于石油、化工、电力等领域,在冷凝器、蒸发器、冷却器等设备中随处可见。尤其在高温高压、腐蚀性介质等苛刻工况下,管壳式换热器以其坚固耐用、安全可靠而独占鳌头。

4、优缺点：

优点：机械强度高,可靠性好,适用压力范围宽,通用性强,制造工艺成熟。
缺点：传热系数和面积密度偏低,体积庞大,设计灵活性差,不易满足多种工况需求。

浸没式换热器是利用热流体直接浸没盛装冷流体的容器,通过自然对流实现传热的装置。

1、结构：

浸没式换热器主要由浸没容器、加热盘管、保温层等组成。高温热流体充满盘管,将热量传递给浸没容器内的低温流体。为减少散热损失,在容器外壁设置保温层。

2、特点：

浸没式换热器传热系数较低,一般为100~500W/(m2·K),主要是自然对流换热。由于省去了传热面,传热温差大,热阻小,因而换热器体积小,设备投资省。但正因为热流体直接接触,导致换热器只能实现单向传热,热量利用率不高。

3、应用：

浸没式换热器多用于粘度大、易结晶的物料的加热,如硫磺、沥青、蜡等的保温和恒温。对于含固体颗粒的悬浮液加热也较为适用。

4、优缺点

优点：结构简单,无传热面,投资省,运行可靠,便于清洗,适合粘稠、易结垢介质。
缺点：只能单向传热,热效率不高,能耗大。不适于大温差传热,温控精度低。

喷淋式换热器是利用雾化喷嘴将热流体喷淋到冷流体表面,借助两相直接接触传热的装置。

1、结构：

喷淋式换热器主要由喷淋室、喷嘴、集液盘等部件构成。高温热流体经喷嘴雾化后,与喷淋室内的低温流体直接接触,在飞溅、碰撞中迅速传热,冷凝液由集液盘收集。喷嘴的形式、尺寸和布置是影响传热的关键因素。

2、特点：

喷淋式换热器的传热系数非常高,可达5000~50000W/(m2·K),是依靠两相间的直接对流传热。由于喷淋雾化使相界面积大幅增加,故传热强度大,设备紧凑,但能耗较高。此外,喷淋传热无热阻,温差损失小,有利于减小设备尺寸。

3、应用：

喷淋式换热器广泛用于蒸汽冷凝、真空冷却等领域。如低温容器的蒸发冷却、石油产品的减压蒸馏等。对于传热温差较大、有相变发生的场合,喷淋传热优势突出。

4、优缺点

优点：传热系数大,温差利用充分,设备紧凑。适合大温差相变传热,减压蒸发冷却效果好。
缺点：能耗偏高,喷嘴易堵塞,运行成本高。对洁净度要求高,不适合含固体颗粒的介质。

套管式换热器由两根同心圆管组成,一种流体在内管流动,另一种在外管环隙流动,从而实现传热。

1、结构：

套管换热器的核心部件是内管和外管。内管直接插入外管,两端用管板或法兰密封。内外流体分别在内管和环隙间流动,形成纯逆流或纯并流。为强化传热,内管外壁可开槽、穿孔,制成螺旋流动。

2、特点：

套管换热器传热系数适中,内管侧为5000W/(m2·K),外管侧为500W/(m2·K)。由于流道狭窄,流速大,故传热强度大于管壳式。但体积小,传热面积有限,不适合大规模生产。套管的流动方式单一,多为纯逆流或纯并流,因而传热温差利用率高,可实现小温差传热。

3、应用：

套管换热器常用于小型设备中,如实验室加热、样品冷却等。在石油、化工等领域,套管换热器可用于粘度大、易结晶物料的保温和加热,如原油、沥青、蜡等。对于腐蚀性介质,采用耐蚀材质的套管也较为适用。

4、优缺点

优点：结构简单,制造方便,设计灵活。传热系数较高,温差利用率大。适合高粘度、易结垢和腐蚀性介质。
缺点：容量小,只适合小批量生产。内件不易清洗,内外流体不可互换,应用受限。

翅片管式换热器是在光管外焊接翅片,通过扩展表面积强化传热的装置。翅片管广泛用作空气冷却器和废热回收装置的核心部件。

1、结构：

翅片管式换热器由翅片管束、进出口集箱等部件组成。翅片管可分为圆形、椭圆形、扁平形等,材质多为铝、铜等导热性能好的金属。常见的翅片有轮廓翅片、小翅片、开口式翅片等。翅片管以管程为工作流体,利用翅片扩展空气侧换热面积。

2、特点：

翅片管换热器的显著特点是空气侧换热面积大,传热系数高。空气侧换热系数可达300W/(m2·K),是光管的10倍,大大减小了空气侧热阻,强化了传热。圆形管束布置紧凑,且压降小,被广泛采用。椭圆管束的掺混更充分,传热略优于圆形管。但椭圆管和扁平管的制造成本高,故应用较少。

3、应用：

翅片管换热器最常见于空冷设备,如空气冷凝器、干式冷却塔、空气预热器等。在化工装置中,翅片管常用于可燃性、有毒性介质的冷却,而在核电站,翅片管则用于余热回收,提高发电效率。翅片管还被用于污水处理、污泥干化等环保领域。

4、优缺点

优点：传热系数高,设备紧凑,制造简单,通用性强。尤其适合气液传热,可显著减小设备体积。
缺点：管外易积灰,需定期清洗。管束布置限制了传热强化的空间。不适合高压、高温和腐蚀性介质。

板翅式换热器以金属板为基体,通过焊接或机械装配的方式连接翅片,形成交错的流道,实现两种流体的充分掺混和紧凑传热。

1、结构：

板翅式换热器由隔板、翅片、封头等部件组成。隔板上开有流道窗口,交错布置。翅片呈波纹状,可分为平行流型、鱼鳞型等。两种工质分别在相邻流道内流动,借助翅片实现传热。封头起到汇集和分配流体的作用。

2、特点：

板翅式换热器的显著特点是比表面积大,传热系数高,设备紧凑。其比表面积可达3000m2/m3,传热系数为500W/(m2·K),是普通管壳式的数倍。此外,波纹翅片形成连续的掺混,边界层得到有效破坏,传热大为强化。但板翅式换热器的制造工艺复杂,对焊接质量要求高,故成本较高。

3、应用：

板翅式换热器广泛应用于航空、航天、电子等领域。在飞机、卫星上,板翅式换热器常用于燃油冷却、液压油冷却等。在电子设备中,板翅式换热器用于芯片冷却、散热器等。在低温领域,如空分装置,板翅式换热器则用于深冷流体的掺混换热。

4、优缺点

优点：传热系数大,设备紧凑轻巧,掺混效果好,温差利用充分。可实现气液、气固等多种形式传热。
缺点：结构复杂,制造难度大,成本高,内部不易清洗。对焊接质量要求高,材料选择受限。

夹套式换热器由内管和夹套管组成,热流体在夹套内流动,加热或冷却管内物料,实现间壁传热。

1、结构：

夹套式换热器的核心部件是内管和夹套。内管一般为直管,管内盛装低温物料。夹套与内管间留有环形空间,热流体在夹套内流动。夹套的形式多样,可分为环形夹套、螺旋夹套、锥形夹套等。内管外壁还可设置搅拌器,强化传热。

2、特点：

夹套式换热器传热系数适中,一般为500~1000W/(m2·K),受夹套内流体流速和搅拌强度的影响。由于夹套与内管贴合紧密,故换热器体积小,设备投资省。但夹套流道狭窄,流动阻力大,流体分配不易均匀。且内管与夹套间焊接困难,容易产生应力集中和泄漏。

3、应用：

夹套式换热器常用于中小型容器和反应釜的加热或冷却。在石油、化工等领域,夹套式常用于粘度大、易结晶物料的保温和掺混,如原油、沥青、高分子熔体等。在制药行业,小型发酵罐也常采用夹套加热。

4、优缺点

优点：结构紧凑,传热系数较高,设备投资省。加热速度快,温度控制灵敏。适合粘稠、易结垢介质。
缺点：制造工艺复杂,内件不易清洗。流体分配不均,热点多,应力集中易泄漏。

螺旋板式换热器由两片金属板卷制而成,两种流体分别在两个螺旋流道内流动,借助金属板传热,流道连续曲折,强化传热掺混。

1、结构：

螺旋板式换热器的核心部件是螺旋板。两片金属板通过特定曲率盘卷而成,形成两条平行的螺旋流道。流体分别从两端切向进入,螺旋流动,最后从中心流出。进出口处设有隔板,分隔两股流体。板壁可开孔或压纹,进一步强化掺混。

2、特点：

螺旋板换热器的显著特点是紧凑高效,比表面积可达300m2/m3,是普通管壳式的3倍。此外,连续曲折的流道诱导旋流和二次流,边界层得到充分扰动,热量和动量得以快速交换,传热系数可提高30%~50%。螺旋流道还具有自清洁效应,结垢少,清洗方便。

3、应用：

螺旋板换热器广泛应用于石油、化工、冶金等领域。尤其适合易结晶、易污染、高黏度介质的加热或冷却。在海水淡化装置中,螺旋板常用于高浓度卤水的预热。在污水处理中,其优异的低结垢性能得到充分发挥。在造纸、制药等行业,螺旋板也用于高浓度浆液、糊状物的换热。

4、优缺点

优点：传热系数大,设备紧凑,占地面积小。低结垢,易清洗,运行维护方便。尤其适合易结垢、高黏度介质。
缺点：制造成本高,对焊接质量要求高。单位体积压降大,流体阻力高。不适合超高压、超高温工况。

板式换热器由一组波纹状金属板片通过胶垫密封,利用相邻板片间的狭窄流道,实现两种流体的充分掺混和高效换热。

1、结构：

板式换热器的核心部件是金属板片。板片采用冲压或机械加工成波纹状,增大了换热面积和湍流度。相邻两片板片间充填胶垫密封,形成独立流道。板片组装成板束,两端用重型框架固定,进出口与管路连接。板片数量可根据热负荷灵活调整。

2、特点：

板式换热器的显著特点是高效紧凑,传热系数高,设备体积小。其比表面积可达660m2/m3,换热系数为3000W/(m2·K),是普通管壳式的3~5倍。波纹流道形成强烈掺混,温度梯度均匀,传热温差小,有利于减小设备尺寸。但波纹结构也导致流体阻力大,泵功耗高。

3、应用：

板式换热器在轻工、食品等行业应用广泛。在乳品加工中,板式常用于奶浆的杀菌、冷却和再生。在啤酒酿造中,板式用于麦芽汁冷却和发酵液调温。在空调领域,板式广泛用于冷冻水、冷却水系统。在造纸工业,板式则用于黑液、白液的加热和浓缩。

4、优缺点

优点：传热系数大,设备紧凑,传热温差小。拆装方便,清洗容易,板片数量可灵活调整。适合小温差传热。
缺点：板片加工难度大,成本高。波纹结构导致流体阻力大,能耗高。不适合高压、高温、高黏度介质。

热管换热器以封闭管道为基本单元,内装工质并保持一定真空度,利用工质相变传递热量,具有导热能力强、构造灵活的特点。

1、结构：

热管由壳体、毛细芯、端盖等部件构成。壳体多为圆管,内表面设有轴向槽或烧结多孔层,作为毛细芯。管内填充适量工质,并抽成真空。当管道一端受热,工质汽化并流向另一端,冷凝放热后,凝液在毛细力作用下回流,完成一个循环。多根热管可组装成热管束,实现大容量传热。

2、特点：

热管最显著的特点是导热能力强,相当热导率可达普通金属的数百倍。这得益于工质相变潜热大,且汽化和冷凝在管内迅速进行,传热热阻小。热管的工作温度取决于工质种类,如水、氨、丙烷等,可实现-200~2000℃的宽温域传热。但热管内部结构复杂,密封要求高,成本较高。

3、应用：

热管换热器在航天、电子等领域得到广泛应用。在卫星、飞船上,热管用于电池组、燃料箱的热量调控。在电子设备中,热管是芯片、电源的主要散热部件。在化工装置中,热管可用于易燃易爆介质的隔离传热。在建筑领域,热管也被用于墙体蓄热、热量回收等。

4、优缺点

优点：导热能力强,传热效率高,工作温度范围宽。结构灵活,体积小,响应快。适合苛刻环境传热。
缺点：内部结构复杂,密封要求高,成本较高。工质选择受限,泄漏风险大。不适合高压、腐蚀性介质。

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