1、換熱系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)原理,空分一組,一、換熱的原理： 從熱力學(xué)第一定律我們可以知道：當(dāng)兩個溫度不同的物體接觸時，高溫物體的熱量會自發(fā)的向低溫物體傳遞，直接兩個物體溫度趨于平衡。,換熱系統(tǒng)的原理,1、定義：使熱量由熱流體傳給冷流體的設(shè)備稱為換熱設(shè)備，或叫換熱器。 2、 空分設(shè)備中設(shè)置許多換熱器，主要有：氮水預(yù)冷器、切換式預(yù)冷器、主熱交換器、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、氣化器、加熱器以及空壓機的冷卻器等。這些換設(shè)備室實現(xiàn)空氣液化、分離及維持裝置正常運轉(zhuǎn)所必不可少的重要設(shè)備。,第一換熱器定義及簡介,1、間壁式換熱器：（水冷塔空冷塔的換熱）其特點是冷、熱兩種流體被傳熱壁面隔開，在傳熱過程中互不接觸，熱量由熱流體

2、通過壁面?zhèn)鹘o冷流體。 2、蓄熱式換熱器：（制氧機中的蓄冷器）其特點是冷、熱兩種流體交替地流過具有足夠熱容量的固體蓄熱體，熱流體流過時 蓄熱體放出熱量，從而實現(xiàn)冷、熱流體的換熱。 3、混合式換熱器：（高壓低壓換熱器）其特點是冷、熱兩種流體的換熱是在直接混合的過程中實現(xiàn)的。在換熱過程中環(huán)伴隨有物質(zhì)的交換。,第二：換熱器的分類,1、熱導(dǎo)傳熱：導(dǎo)熱亦稱為熱傳導(dǎo)是直接接觸物體各部分之間的傳熱現(xiàn)象。在液體和固體中熱量的轉(zhuǎn)移是依靠分子碰撞；固體金屬主要依靠自由電子的運動；氣體則主要依靠分子的不規(guī)則運動。 2、對流傳熱：由于流體本身流動，將熱量從流體的一部分傳遞到另一部分的現(xiàn)象稱之為對流傳熱。其熱量的轉(zhuǎn)移是依

3、靠流體流動的位移而進行的。 3、輻射傳熱：輻射系指熱量不借任何介質(zhì)傳遞，而直接由熱源以電磁波的形式輻射出來被另一物體部分或全部地吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?第三：傳熱傳熱的三種基本方式：熱導(dǎo)、對流、和輻射,1、傳熱方式：只要有溫度差存在，就會自發(fā)地進行熱量傳遞，熱量總是從溫度較高的流體傳給溫度較低的流體。,第四：（一）間壁式換熱器的傳熱,2、熱量傳遞的過程 如圖所示：熱量通過器壁從熱流體傳到冷流體，冷到冷流體一般是沿相反方向流動的。 整個傳熱過程可分三個階段； 第一階段：熱流體把熱量Q傳給壁面，這 個流體 傳熱的過程是流體與壁面之間由于溫度不同而發(fā)生的 不同而發(fā)生的對流。還有一部分的熱傳導(dǎo) 的綜合作用

4、來實現(xiàn)的。,第二階段：熱量Q由壁面1通過器壁內(nèi)部傳到壁面2，固體內(nèi)部是靠分子碰撞進行熱量傳遞的，而這個傳熱的過程是熱傳導(dǎo)。 第三階段：熱量由壁面2傳到冷流體的對流換熱過程。 由此可見，間壁式換熱器中熱量傳遞的過程一般是由對流-導(dǎo)熱-對流三個階段組成并同時進行的。,混合式換熱器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合場合，都可以采用混合式熱交換器，如氣體的洗滌與冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。 它的應(yīng)用很普及。,（二）、混合式換熱器的傳熱,流體通過壁面的傳熱過程是一個較為復(fù)雜

5、的過程，影響傳熱量的因素很多。 傳熱的表達式：Q=KFt 式中的系數(shù)K叫傳熱系數(shù)，表示當(dāng)壁面兩側(cè)流體溫差為1攝氏度時通過單位面積的傳熱能力，K是衡量換熱器性能的重要指標(biāo)。當(dāng)K 越大傳熱能力越強，反之則弱。 K值的大小與壁面兩邊流體與壁面的對流換熱的強弱、通過壁的導(dǎo)熱能力的強弱有關(guān)。提高流體的流速可使K值增大，但也不能片面的提高流速，提高流速會使流動阻力增大，輸送流體的能耗增加。當(dāng)壁面上積有較厚的污垢，K值就會減小，所以在生產(chǎn)過程中注意保持傳熱壁面的清潔。,第五：換熱器傳熱影響因素,1、板翅式換熱器是一種 全金屬結(jié)構(gòu)新型組合式 間壁式換熱器。它的結(jié) 構(gòu)緊湊，平均溫差很小， 在單位體積內(nèi)的傳熱。

6、面積很大而且阻力 小、啟動快，實屬高效新型 換熱器。,第六：板翅式換熱器,2、板式換熱器基本組成結(jié)構(gòu)： 如圖所示： 板式換熱器通道是由：隔板、 翅片、封條三部分組 成。,制冷定義：用人為的方法消耗一定的能量而獲得比環(huán)境更低的溫度叫做制冷。 制冷的分類：制冷主要節(jié)流制冷及膨脹制冷兩種。 （一）、節(jié)流制冷,制冷系統(tǒng)原理,1、節(jié)流過程： 如圖所示：當(dāng)氣體或液體在管道內(nèi)流過一個縮孔或一個閥門時，流動受到阻礙，流體在閥門處產(chǎn)生漩渦、碰撞、摩擦，流體要流過閥門，必須克服這些阻力，表現(xiàn)在閥門后的壓力P2比閥門前的壓力P1低得多。這種由于流動遇到局部阻力而造成壓力有較大降落的過程，稱為節(jié)流過程。 在節(jié)流過程中

7、，流體既未對外輸出功，又可以看成是與外界沒有熱量交換的絕熱過程，根據(jù)能量守恒定律，節(jié)流前后的焓保持不變。,節(jié)流后壓力降低，質(zhì)量比容積增大，分子之間的距離增加，分子相互作用的位能增大。而流動能一般變化不大，只能靠減小分子運動的動能來轉(zhuǎn)換成位能。分子的運動速度減慢，體現(xiàn)在溫度降低。從而達到節(jié)流降溫的作用。 2、節(jié)流降溫的因素 1）、節(jié)流前的溫度。節(jié)流前的溫度越低，溫降效果越大。 2）、節(jié)流前后的壓差。節(jié)流前后的壓差越大，溫降越大。,（二）、膨脹制冷,制冷原理：膨脹制冷主要是通過增壓透平膨脹機來實現(xiàn)的，膨脹機制冷是空分裝置制獲得冷量的主要途徑。工質(zhì)在膨脹機內(nèi)膨脹，同時對外做工，使膨脹后的工質(zhì)溫度大大降低，由于過程進行的很快，來不及與外界換熱所以膨脹過程近似可以看成是絕熱過程，在理想狀況下，膨脹過程熵值不發(fā)生變化。 （1）影響膨脹機制冷效果的因素 膨脹機前后的壓差：膨脹機的等熵效率不變，進口 溫度一定時，壓差越大，單位質(zhì)量工質(zhì)