（一）课程思政元素:

换热器是化工大院操作之一,利用冷热两种流体进行换热,实现自然的公平公正,在这一过程中提出公平公正和诚信的价值观,启发学生今后的人生中无论身处可出,何种岗位,坚持公平公正.

（二）知识目标

1．培养学生对冷热流体进行换热的能力；

2．培养学生理论联系实际的能力，并利用所学知识解决实际问题；

（三）课程素和目标

1.培养工作方法能力；自学能力；理解能力与表达能力。

2.具备团队协作能力、计划组织能力。

(四)课程内容：

强化换热器传热效果的途径

换热器传热过程的强化，就是提高冷、热流体间单位时间的传热量。

1．增大传热面积

增大传热面积，可以提高换热器的传热速率。但是增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现，而是应从改进设备的结构入手，即提高单位容积的传热面积。工业上可通过改进传热面的结构来实现，采用的方法如下。

（1）用翅片来增大传热面积，并可加剧流体湍动以提高传热速率。翅片的种类和形式很多，前面介绍的板翅式换热器均属此类。

（2）在管壳式换热器中采用小直径管，可以增加单位体积的传热面积。但同时由于流道的变化，流体流动阻力会有所增加。

（3）将传热面制成各种凹凸形、波纹形等，使流道截面的形状和大小均发生变化。例如常用波纹管、螺纹管代替光滑管，这不仅可增大传热面积，而且可增加流体的扰动，从而强化传热。

2．增大平均温度差

增大平均温度差，可以提高换热器的传热速率。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动形式。一般来说，物料的温度由生产工艺来决定，不能随意变动，而加热介质或冷却介质的温度由于选取的介质不同，可以有很大的差异。例如化工制药生产中常用的加热介质是饱和水蒸气，若提高蒸汽的压强就可以提高蒸汽的温度，从而提高平均温度差。但需指出是，提高介质的温度必须考虑到技术上的可行性和经济上的合理性。另外当两侧流体均变温时，从换热器结构上采用逆流操作或增加壳程数，均可得到较大的平均温度差。

3．增大传热系数

增大传热系数，可以增高换热器的传热速率。要提高K值需减小各项热阻，在这些热阻中，若有一个热阻很大，而其他的热阻比较小时，则应从降低最大热阻着手。

在换热器中，金属壁面比较薄而且热导率较大，一般不会成为主要热阻。

污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要热阻，但随着使用时间的延长，污垢逐渐增多，便可能成为障碍传热的主要因素。因此，应通过定期清除传热面上的污垢，来减小污垢热阻。

对流传热热阻，是传热过程的主要热阻。当壁面两侧对流传热系数相差较大时，应设法强化对流传热系数较小一侧的对流传热。

提高对流传热的方法有：①提高流体的速度，增加流体流动的湍动程度。例如增加列管式换热器中的管程数和壳体中的挡板数，可提高管程和壳体中的流速。②增加流体的扰动，以减薄滞流底层。如在管式换热器中，在管内安放或管外套装如麻花铁、螺旋圈或金属卷片等添加物。③对蒸汽冷凝传热过程，要设法减薄壁面上冷凝液膜的厚度，以减小热阻，提高对流传热系数。如对垂直壁面，可在壁面上开若干纵向沟槽使冷凝液沿沟槽流下，可减薄其余壁面上的液膜厚度，以强化冷凝对流传热过程。除开沟槽外，沿垂直壁面装若干条纵向金属丝，冷凝液会在表面张力的作用下，向金属丝附近集中并沿丝流下，从而使金属丝之间壁面上的液膜大为减薄，使对流传热系数增加。

综上所述，可见强化换热器传热的途径是多方面的。但对某个实际传热过程，应作具体分析，要结合生产实际情况，从设备结构、动力消耗、清洗检修的难易程度等作全面的考虑，而采取经济、合理的强化传热的措施。

七、换热器的选择与使用

1.换热器的选择

换热器的选择应根据操作温度、操作压力、冷热两流体的温度差，腐蚀性和检修清理因素等综合来考虑。例如，两流体的温度差较小，又较清洁，不需经常检修，可选择结构简单的固定管板式换热器。否则，可选择浮头式换热器。从经济角度考虑，只要工艺条件允许，一般优先选用固定管板式换热器。

2.流体流动路径的选择

冷热流体是走管程还是壳程，需合理安排，一般应考虑一下原则。

（1）不洁净或易结垢的流体走管程，以方便清洗；

（2）腐蚀性的流体走管程，以便于维修和更换，也避免管子和壳体同时被腐蚀；

（3）压力高的流体走管程，使壳体免受高压，降低了对壳体材料的耐压要求；

（4）饱和蒸汽走壳程，以使冷凝液易于排出；

（5）被冷却的流体走壳程，以便提高散热效果；

（6）黏度大、流量小的流体走壳程，由于壳程流通截面和流向的不断变化，在Re>100可达到湍流，提高了传热效果。

3.流体流速的选择

流速的大小影响到传热系数、流体阻力及换热器结构等问题。增加流速，可增加传热系数，减少污垢的形成。但流速增加，流体阻力增大，流体输送的动力消耗增加。因此流速的选择，既要考虑传热效率，又要考虑能量消耗，还要考虑操作、清洗等方面的要求。由于湍流比层流传热效果好，应尽量避免在层流下流动。

在选择流体流动路径时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体情况抓主要矛盾。一般首先考虑操作压力、防腐、及清洗等方面的要求。

4.换热器操作注意事项

换热器操作的好坏，对换热器的传热效果以及使用寿命有很大的影响。现以列管式换热器为例做一简要说明。

（1）开车前应检查有关仪表和阀门是否完好、齐全。

（2）开车时要先通入冷流体，再通入热流体，要做到先预热后加热，以免换热器受到损坏，影响使用寿命。停车时也要先停热流体，再停冷流体。

（3）换热器通入流体时，不要把阀门开的过快，否则容易造成管子受到冲击、振动，以及局部骤然胀缩，产生应力，使局部焊缝开裂或管子与管板连接处松动。

（4）用水蒸气加热时要及时排放冷凝水和定期排放不凝性气体，以提高传热效果。

（5）定期分析换热器低压侧流体的成分，确定有无内漏，以便及时维修。

（6）经常检查流体的出口温度，发现温度下降，则可能是换热器内污垢增厚，使传热系数下降，此时应视具体情况，决定是否对换热器进行除垢。

（7）换热器停止使用时，应将器内液体放净，防止冻裂和腐蚀。

（8）如果进行热交换的流体为腐蚀性较强的流体，或高压流体，应定期对换热器进行测厚检查，避免发生事故。