换热器的用途有哪些?

　　目前，换热器的定(ding)义就(jiu)是将热流体(ti)的部(bu)分热量传递(di)给冷(leng)流体(ti)的设备。

　　换(huan)热器(qi)的(de)应用(yong)很广泛，日常生活中取(qu)暖(nuan)用(yong)的(de)暖(nuan)气(qi)散热片、汽轮机装置中的(de)凝汽器(qi)和(he)(he)航天(tian)火箭上(shang)的(de)油冷(leng)却器(qi)等(deng)，都是换(huan)热器(qi)。还应用(yong)于化工(gong)、石油、动力和(he)(he)原子能(neng)等(deng)工(gong)业部门。它的(de)主要(yao)功能(neng)是保证工(gong)艺过程对介质所要(yao)求的(de)特定温度，同(tong)时也是提高(gao)能(neng)源利用(yong)率的(de)主要(yao)设(she)备之(zhi)一。

　　由于制造工(gong)(gong)(gong)艺(yi)和科(ke)学水(shui)平的限制，早期(qi)的换(huan)热器(qi)(qi)只能(neng)采用(yong)简单的结构，而且传热面积(ji)(ji)(ji)小(xiao)、体积(ji)(ji)(ji)大(da)和笨重，如蛇管式换(huan)热器(qi)(qi)等。随着制造工(gong)(gong)(gong)艺(yi)的发展，逐步形成(cheng)一种管壳式换(huan)热器(qi)(qi)，它不仅单位体积(ji)(ji)(ji)具有(you)较大(da)的传热面积(ji)(ji)(ji)，而且传热效(xiao)果也较好，长期(qi)以来(lai)在工(gong)(gong)(gong)业(ye)生产(chan)中成(cheng)为一种典型的换(huan)热器(qi)(qi)。

　　在二十(shi)世纪(ji)20年(nian)代出现板式换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)，并应(ying)用(yong)(yong)(yong)于(yu)食品工业(ye)。以(yi)板代管(guan)制(zhi)(zhi)成的换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)，结构(gou)紧凑，传热(re)(re)(re)效果好，因此(ci)陆续发(fa)(fa)展为多种形式。30年(nian)代初，瑞典(dian)首次制(zhi)(zhi)成螺旋板换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)。接(jie)着英国用(yong)(yong)(yong)钎焊法制(zhi)(zhi)造出一种由铜及其合金(jin)材料(liao)制(zhi)(zhi)成的板翅式换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)，用(yong)(yong)(yong)于(yu)飞机发(fa)(fa)动机的散(san)热(re)(re)(re)。30年(nian)代末，瑞典(dian)又制(zhi)(zhi)造出第一台板壳式换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)，用(yong)(yong)(yong)于(yu)纸(zhi)浆工厂。在此(ci)期间(jian)，为了解决强腐蚀性介(jie)质的换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)问题(ti)，人们对新型材料(liao)制(zhi)(zhi)成的换(huan)(huan)(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)开始注意。

　　60年代(dai)(dai)左右，由(you)于(yu)空间技(ji)术(shu)和(he)尖端科(ke)学的(de)迅速发(fa)展(zhan)(zhan)，迫切(qie)需要各种高(gao)效(xiao)能(neng)紧凑型的(de)换热(re)(re)器(qi)，再加(jia)上冲压、钎(qian)焊和(he)密封等技(ji)术(shu)的(de)发(fa)展(zhan)(zhan)，换热(re)(re)器(qi)制造工艺得(de)到进一步完善，从(cong)而推动了紧凑型板面式(shi)换热(re)(re)器(qi)的(de)蓬勃发(fa)展(zhan)(zhan)和(he)广泛应用。此外(wai)，自60年代(dai)(dai)开始，为(wei)了适应高(gao)温和(he)高(gao)压条件下(xia)的(de)换热(re)(re)和(he)节能(neng)的(de)需要，典型的(de)管(guan)壳式(shi)换热(re)(re)器(qi)也得(de)到了进一步的(de)发(fa)展(zhan)(zhan)。70年代(dai)(dai)中期，为(wei)了强(qiang)化(hua)传(chuan)热(re)(re)，在(zai)研(yan)究和(he)发(fa)展(zhan)(zhan)热(re)(re)管(guan)的(de)基础上又创制出(chu)热(re)(re)管(guan)式(shi)换热(re)(re)器(qi)。

　　换热器按传热方式(shi)的不同可分为混(hun)合(he)式(shi)、蓄(xu)热式(shi)和(he)间壁(bi)式(shi)三类。

　　混合(he)(he)式(shi)(shi)换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)是通过冷(leng)、热(re)(re)流体(ti)的(de)(de)直接接触、混合(he)(he)进(jin)(jin)行热(re)(re)量交换(huan)(huan)的(de)(de)换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)，又称接触式(shi)(shi)换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)。由于两流体(ti)混合(he)(he)换(huan)(huan)热(re)(re)后必(bi)须及(ji)时分离(li)，这(zhei)类换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)适(shi)合(he)(he)于气(qi)、液两流体(ti)之(zhi)间的(de)(de)换(huan)(huan)热(re)(re)。例如，化工(gong)厂(chang)(chang)和(he)发电厂(chang)(chang)所用的(de)(de)凉水(shui)(shui)塔中，热(re)(re)水(shui)(shui)由上(shang)往(wang)下喷淋，而冷(leng)空(kong)气(qi)自下而上(shang)吸(xi)入，在填充物的(de)(de)水(shui)(shui)膜表面(mian)(mian)或(huo)飞沫及(ji)水(shui)(shui)滴(di)表面(mian)(mian)，热(re)(re)水(shui)(shui)和(he)冷(leng)空(kong)气(qi)相(xiang)互接触进(jin)(jin)行换(huan)(huan)热(re)(re)，热(re)(re)水(shui)(shui)被冷(leng)却，冷(leng)空(kong)气(qi)被加热(re)(re)，然(ran)后依(yi)靠两流体(ti)本身的(de)(de)密度差得以(yi)及(ji)时分离(li)。

　　蓄(xu)热(re)(re)式换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)是利用冷、热(re)(re)流(liu)体交替流(liu)经(jing)蓄(xu)热(re)(re)室中的(de)(de)(de)蓄(xu)热(re)(re)体（填料）表面(mian)，从而(er)进行热(re)(re)量交换(huan)(huan)的(de)(de)(de)换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)，如炼焦炉下方预(yu)热(re)(re)空气(qi)(qi)的(de)(de)(de)蓄(xu)热(re)(re)室。这类(lei)换(huan)(huan)热(re)(re)器(qi)主要用于(yu)回收(shou)和利用高温废气(qi)(qi)的(de)(de)(de)热(re)(re)量。以回收(shou)冷量为目(mu)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)同(tong)类(lei)设备称蓄(xu)冷器(qi)，多用于(yu)空气(qi)(qi)分离装置中。

　　间(jian)壁式换(huan)热(re)(re)器(qi)(qi)的冷(leng)、热(re)(re)流体被固体间(jian)壁隔开，并通过间(jian)壁进行热(re)(re)量(liang)交(jiao)换(huan)的换(huan)热(re)(re)器(qi)(qi)，因此又称(cheng)表面式换(huan)热(re)(re)器(qi)(qi)，这(zhei)类换(huan)热(re)(re)器(qi)(qi)应用最广(guang)。

　　间壁式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)根据传(chuan)热(re)(re)(re)面(mian)(mian)的(de)结构不同可分(fen)为(wei)管(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)(shi)、板(ban)(ban)面(mian)(mian)式(shi)(shi)(shi)(shi)和其他型式(shi)(shi)(shi)(shi)。管(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)以管(guan)(guan)子(zi)表面(mian)(mian)作为(wei)传(chuan)热(re)(re)(re)面(mian)(mian)，包括(kuo)蛇管(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)、套(tao)管(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)和管(guan)(guan)壳(qiao)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)等；板(ban)(ban)面(mian)(mian)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)以板(ban)(ban)面(mian)(mian)作为(wei)传(chuan)热(re)(re)(re)面(mian)(mian)，包括(kuo)板(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)、螺旋板(ban)(ban)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)、板(ban)(ban)翅式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)、板(ban)(ban)壳(qiao)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)和伞板(ban)(ban)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)等；其他型式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)是为(wei)满足某些(xie)特殊要求而设(she)计的(de)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)，如刮面(mian)(mian)式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)、转盘式(shi)(shi)(shi)(shi)换(huan)热(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)和空气冷却器(qi)(qi)(qi)(qi)等。

　　换热(re)器中(zhong)流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)相对流(liu)(liu)(liu)(liu)向一般有顺流(liu)(liu)(liu)(liu)和(he)逆流(liu)(liu)(liu)(liu)两种。顺流(liu)(liu)(liu)(liu)时，入口处(chu)两流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)温(wen)差最(zui)(zui)大(da)，并(bing)沿传(chuan)热(re)表面逐渐(jian)减小(xiao)，至出口处(chu)温(wen)差为最(zui)(zui)小(xiao)。逆流(liu)(liu)(liu)(liu)时，沿传(chuan)热(re)表面两流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)温(wen)差分布较(jiao)均匀。在冷、热(re)流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)进(jin)出口温(wen)度一定的(de)条件(jian)下(xia)，当两种流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)都无相变(bian)时，以逆流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)平均温(wen)差最(zui)(zui)大(da)顺流(liu)(liu)(liu)(liu)最(zui)(zui)小(xiao)。

　　在完成(cheng)同样传(chuan)热量的(de)条件下，采(cai)用逆(ni)流(liu)(liu)可(ke)使(shi)平(ping)均(jun)温差增大，换(huan)(huan)热器的(de)传(chuan)热面(mian)积减小；若传(chuan)热面(mian)积不变，采(cai)用逆(ni)流(liu)(liu)时可(ke)使(shi)加热或冷(leng)却(que)流(liu)(liu)体的(de)消耗量降低。前(qian)者可(ke)节(jie)省设备费，后(hou)者可(ke)节(jie)省操作费，故在设计或生产使(shi)用中应尽量采(cai)用逆(ni)流(liu)(liu)换(huan)(huan)热。

　　当冷、热流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)两者(zhe)或其中(zhong)一种(zhong)有物相变(bian)(bian)化(hua)（沸腾或冷凝）时(shi)，由于(yu)相变(bian)(bian)时(shi)只放出或吸收汽化(hua)潜热，流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)本身(shen)的(de)温度并无变(bian)(bian)化(hua)，因此流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)进出口温度相等，这时(shi)两流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)温差就(jiu)与流(liu)(liu)(liu)(liu)体(ti)的(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)向选择无关了。除顺流(liu)(liu)(liu)(liu)和逆流(liu)(liu)(liu)(liu)这两种(zhong)流(liu)(liu)(liu)(liu)向外(wai)，还(hai)有错流(liu)(liu)(liu)(liu)和折流(liu)(liu)(liu)(liu)等流(liu)(liu)(liu)(liu)向。

　　在传(chuan)热(re)(re)过程中(zhong)，降低间壁式换热(re)(re)器中(zhong)的(de)热(re)(re)阻，以(yi)提高(gao)传(chuan)热(re)(re)系数是一(yi)个重要的(de)问题。热(re)(re)阻主要来(lai)源于间壁两侧粘滞于传(chuan)热(re)(re)面上的(de)流体薄层(ceng)（称为边界层(ceng)），和(he)换热(re)(re)器使用(yong)中(zhong)在壁两侧形(xing)成的(de)污垢层(ceng)，金(jin)属壁的(de)热(re)(re)阻相对(dui)较小。

　　增加流体的(de)(de)流速和(he)扰动性(xing)，可减薄边界层(ceng)，降低热阻(zu)提(ti)高给热系数。但增加流体流速会使能(neng)量(liang)消耗增加，故设(she)计时应在减小热阻(zu)和(he)降低能(neng)耗之(zhi)间作合理的(de)(de)协调。为了降低污(wu)垢的(de)(de)热阻(zu)，可设(she)法延缓(huan)污(wu)垢的(de)(de)形成(cheng)，并定期清洗传(chuan)热面。

　　一(yi)般换热器(qi)(qi)(qi)都用金(jin)属材料(liao)制(zhi)成，其中(zhong)碳素钢和低合(he)金(jin)钢大多(duo)用于(yu)制(zhi)造中(zhong)、低压换热器(qi)(qi)(qi)；不(bu)锈钢除主(zhu)要用于(yu)不(bu)同(tong)的(de)耐(nai)腐蚀(shi)条件(jian)外，奥氏(shi)体不(bu)锈钢还可作(zuo)为耐(nai)高(gao)、低温的(de)材料(liao)；铜(tong)、铝及(ji)其合(he)金(jin)多(duo)用于(yu)制(zhi)造低温换热器(qi)(qi)(qi)；镍合(he)金(jin)则用于(yu)高(gao)温条件(jian)下；非(fei)金(jin)属材料(liao)除制(zhi)作(zuo)垫片零件(jian)外，有些(xie)已开始用于(yu)制(zhi)作(zuo)非(fei)金(jin)属材料(liao)的(de)耐(nai)蚀(shi)换热器(qi)(qi)(qi)，如石墨(mo)换热器(qi)(qi)(qi)、氟(fu)塑料(liao)换热器(qi)(qi)(qi)和玻璃换热器(qi)(qi)(qi)等(deng)。