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摘 要

换热器是热流体将自己的部分热能传递给冷流体所用到的设备。在生物反应器中，它是必不可少的组成部分之一。细胞反应是对温度变化十分敏感的放热反应。因此，生物反应器的设计对温度控制的要求较高。特别是随着反应器体积的增大，其器的选择在生物反应器中十分重要。本实验对板翅换热器与蛇管换热器的传热性能进行比较，以选择最适合的换热器来配合生物反应的进行。

关键词：换热器、总传热系数、板翅换热器、蛇管换热器。

Comparison of plate-fin heat exchanger performance with coil heat exchanger

Abstract

Heat exchanger is a device use a part heat of the hot fluid transfer to the cold fluid. In the bioreactor, it is one of the essential component. Cell response is very sensitive to temperature changes of the exothermic reaction.

Therefore, the desigh of the bioreactor pay much attention on temperature control. Especially with the increasing volume of the temperature reactor, which is very important in the selection of a bioreactor. The experiments is for comparing the performance of plate-fin heat exchangers and coil heat exchanger on heat transfer to select the most suitable heat exchanger to meet biological reactions.

Key Words: heat exchanger heat transfer coefficient

plate-fin heat exchanger coil heat exchanger

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1引言 2

1.2 蛇管换热器的简介 2

1.3 板翅式换热器的简介 3

1.3.1板翅换热器基本结构 3

1.3.2板翅式换热器翅片的类型及作用 4

1.3.3板翅换热器的材料及制造工艺 7

1.3.4板翅式换热器的优缺点 7

1.3.5板翅换热器的工业应用 8

1.3.6板式换热器的现状 9

第二章 实验装置与方法 10

2.1 实验装置 10

2.2 实验步骤 11

2.3 实验数据处理 11

2.3.1传热系数K值的计算步骤 11

2.3.2实验结果： 12

第三章 实验结果处理与分析 16

3.1 实验结论 16

第四章 实验结果 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1引言

换热是化工过程中重要的单元操作,换热器设计的好坏直接影响着生产装置的操作及能量的消耗。特别在能源日趋紧张的今天,做到合理利用能源就显得格外重要。在科学技术的不断发展进步中，换热器的重要程度不断被提升，广泛应用于各个工业领域，如：化工、航空、车辆、原子能和宇宙航行。这些行业的迅速发展，使得换热设备要具备紧凑，轻巧，高效并小型化等特点，而一般的换热设备则无法满足上述要求，这就使得人们去研究更加高效的换热器。板翅式换热器因为具有高的比表面积、大的NTU（传热单元数）及高效的传热特性，所以尤其适合被运用在两侧换热系数相差比较大及流道布置复杂的场合^[1]。板式换热器是能量传递环节中的一个重要设备，它的热工性能决定设备容量的选择；它的阻力特性决定其传输设备（主要是循环泵）容量的选择，而且两者都关系到整体设备的投资与运行费用。以蛇管换热器作为传热元件的热管换热器具有传热效率高、压力损失小、工作性能可靠、结构紧凑等优点，但传统的热管换热器存在低温露点腐蚀的严重问题。本文主要研究蛇管换热器与板翅式换热器的传热性能比较，以获得更好更适合更高效的换热设备运用于各个科学领域中。

1.2 蛇管换热器的简介

蛇管换热器是以蛇管为传热元件的换热器，它具有结构简单、制造、安装、清洗和维修方便、价格低廉等优点，在工业生产中得到广泛的应用^[2]。但是它的缺点也是很明显的，即传热效率低，造成浪费，这显然是不符合高效传热系统的要求的。蛇管换热器虽然传热效率低,但它结构简单、价格低廉、能承高压,因此在换热量不大的场合还有所应用。

图1-2 波纹式蛇管结构示意图

图1-1 蛇管结构示意图

1.3 板翅式换热器的简介

板式换热器这一概念最早出现在 100 多年以前（从十九世纪七十年代后期开始，就有了这方面的专利）。早在 1870 年其结构专利就已发表。板式换热器的正式文献为 1890 年 4 月 5 日登记的德国专利 NO58504《板式换热器的改进》。世界上最早的实用板式换热器，据说是由英国 APV 公司的创始Richard Seligman 发明的，现在陈列在伦敦科学博物馆内^[3,4]

1.3.1板翅换热器基本结构

图1-3 板翅换热器结构示意图

板翅式换热器的结构形式有很多,但其基本结构单元都相同,即在两块平行的薄金属板之间,夹入金属翅片,两边以侧条密封,组成一个单元体，将各单元体进行不同的叠积和适当的排列,再用钎焊给予固定,即可得到常用的逆、并流和错流的板翅式换热器的组装件^[5]。(如图3所示)。各种形式的流道可以在板翅式换热器内部组成，在流道的两端部均设置导流片，使得流体的分布更加均匀，为使流体能够相互穿通，导流片上开设了许多小孔。为了更加贴合强度、热绝缘和制造工艺等要求，芯体顶部和底部一般都还各留有若干层假翅片层。为了组成完整的板翅式换热器，还需配置适当的流体出入口封头在芯体两端。

1.3.2 板翅式换热器翅片的类型及作用

板翅式换热器最基本的元件就是翅片，是传热过程中的主要元件，大部分传热都是依靠翅片来完成的，另一部分则是由隔板来完成。钎焊为板翅与隔板主要的连接方式，因此大部分热量路过翅片，通过隔板传到了冷流体。由于翅片传热不像隔板是直接传热而是间接传热，因此翅片又被称为“二次表面”之称^[6]。二次传热表面比一次传热表面的传热效率一般都偏低。翅片除兼有担主要的传热和两隔板之间加强作用两项任务，因此翅片和隔板都是由很薄但却强度非常强的材料制作的，能承受的压力也非常的高。

板翅式换热器常用的翅片形式有光面板形翅片、百叶窗翅片、波形板形翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片等。

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