摘 要

换热器作为一种常见的热量交换设备，在诸多生产领域（如化学工业、石油工业、食品工业等）中应用十分普遍。在现代工业生产流程中，换热器的综合性能对热能的利用率有着重要影响，因此，如何提高其综合性能已成为生产厂家和研究人员的研究重点。

本文以热工实验室间壁式换热器为研究对象，对其进行性能综合测试。实验台架主要由冷、热流体循环系统、待测换热器及控制系统组成。冷、热流体分别选用水和油，待测换热器是型号为BRQ0.08的板式换热器，控制系统基于MATLAB 的GUI开发工具，并通过串口进行数据传输。

论文首先对实验数据进行处理，利用牛顿传热公式分别求出总传热系数及两侧流体的对流换热系数，并利用MATLAB拟合出表征传热性能和阻力特性的努谢尔准则方程和欧拉方程；然后运用热力学第一和第二定律分别对换热器进行性能评价；最后论述了间壁式换热器在工业生产中的实际应用。

关键词 间壁式换热器；传热性能；阻力特性；性能评价；工业应用

Abstract

Heat exchanger is a kind of common heat exchange equipment, which is widely used in many fields such as chemical industry, petroleum industry, food industry and so on.In the process of modern industrial production, the comprehensive performance of the heat exchanger has an important impact on the utilization of heat energy. Therefore, how to improve its comprehensive performance has become an emphasis for manufacturers and researchers.

In this paper, the comprehensive performance of a wall-type heat exchanger is tested. The test-bed consists of the cold and hot fluid circulation system, the measured heat exchanger and the control system. The cold and hot fluid are respectively water and oil, and the measured heat exchanger is the BRQ 0.08 plate heat exchanger. The control system is based on the MATLAB GUI development tool, and the data can be transmitted by the serial port.

In this paper, firstly, based on the experimental data, we calculated the heat transfer coefficient and the convective heat transfer coefficient by Newton cooling formula, and fitted Nusselt criterion equation and Euler equation which represent the heat transfer performance and resistance characteristics of the measured heat exchanger respectively,using MATLAB. Secondly, we used the first and the second law of thermodynamics to evaluate the performance of the surface type heat exchanger. Finally, we discussed the practical application of the wall-type heat exchanger in industrial production.

Keywords wall-type heat exchanger; heat transfer performance; resistance characteristic; performance evaluation; industrial application

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 间壁式换热器的分类及结构简介 1

1.2.1 管壳式换热器的结构及特点 1

1.2.2 套管式换热器的结构及特点 1

1.2.3 板式换热器的结构及特点 3

1.3 间壁式换热器的国内外研究现状 4

1.3.1 套管式换热器的研究状况 4

1.3.2 管壳式换热器的研究状况 5

1.3.3 板式换热器的研究状况 5

1.4 课题主要任务 7

第2章 试验测试装置和控制系统操作方法 8

2.1 测试台架组成 8

2.1.1 硬件系统 9

2.1.2 软件系统 10

2.2 主要参数测量 12

2.2.1 温度测量 12

2.2.2 压力测量 12

2.2.3 流量测量 13

2.3 测试过程 13

2.3.1 准备工作 13

2.3.2 系统界面操作 14

第3章 板式换热器传热性能与阻力特性的计算 15

3.1 传热性能和阻力特性的计算方法 15

3.1.1 传热系数的计算方法 15

3.1.2 壁温试算法求解对流换热系数 15

3.1.3 阻力特性准则方程求解方法 17

3.2传热性能与阻力特性的MATLAB软件计算过程 17

3.2.1 传热系数的计算 18

3.2.2 对流换热系数的计算 18

3.2.3 阻力特性准则方程的求解 20

3.3 计算结果及误差分析 21

3.3.1 实验计算结果 21

3.3.2 实验结果分析 30

第4章 板式换热器的性能评价 32

4.1 热力学第一定律分析方法 32

4.1.1单一性能评价法 32

4.1.2 传热量与流动损失相结合的热性能评价法 32

4.2 热力学第二定律分析方法 33

第5章 间壁式换热器在工业中的应用 36

5.1 间壁式换热器在船舶柴油机上的应用 36

5.1.1 间壁式换热器在燃油系统中的应用 36

5.1.2 间壁式换热器在润滑系统中的应用 36

5.1.3 间壁式换热器在冷却系统中的应用 37

5.2 间壁式换热器的其它工业应用简介 40

第6章 结论与展望 42

参考文献 43

致 谢 45

附 录 46

附录A 实验原始数据、传热系数计算结果、换热器效率等 46

附录B 熵分析法N_s计算结果 73

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

换热器是用来进行热量交换的设备，在工业上运用非常普遍^[1]。当今世界因资源储量有限而面临着能源短缺的问题。要做到充分利用能源，必须合理地回收利用余热，这往往与换热器密切相关。热能的利用率受换热器性能的影响，所以研究换热器的重点是找出强化传热的方法，增强换热器的传热能力。

根据传热方式，换热器分为蓄热式、混合式和间壁式等三大类^[3]。其中，间壁式换热器的生产经验、分析和研究方法都比较完善，因此应用也比较广泛。由于间壁式换热器在设计时采用了简化或估算的方法，对于一台新的间壁式换热器，使用前必须对它进行性能测试^[2]。通过测试得到的数据，我们可以分析出换热器的传热性能，为后续的设计和选型过程提供理论依据。因此，对间壁式换热器的性能测试具有充分的理论基础和深远的意义。

1.2 间壁式换热器的分类及结构简介