2009-12-1
第四章
传热
一、换热器的类型
二、列管式换热器的基本
型式
三、新型换热器
四、各种间壁式换热器的
比较和传热的强化途径
第七节
换热器
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一、换热器的类型
根据传热原理和
实现热交换的方法
间壁式
混合式
蓄热式
换热面的型式
管式
板式
翅片式
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1,管式换热器
1） 沉浸式换热器
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状
（ 多盘成蛇形, 常称蛇管 ）, 并沉浸在容器内的液体中 。
蛇管内, 外的两种流体进行热量交换 。 几种常见的蛇管形
式如图所示 。
优点, 结构简单, 价格低廉, 能承受高压, 可用耐腐蚀材
料制造
缺点, 容器内液体湍动程度低, 管外对流传热系数小 。
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2） 喷淋式换热器
喷淋式换热器也为蛇管式换热器, 多用作冷却器 。 这种
换热器是将蛇管成行地固定在钢架上, 热流体在管内流
动, 自最下管进入, 由最上管流出 。 冷水由最上面的淋
水管流下, 均匀地分布在蛇管上, 并沿其两侧逐排流经
下面的管子表面, 最后流入水槽而排出, 冷水在各排管
表面上流过时, 与管内流体进行热交换 。 这种换热器的
管外形成一层湍动程度较高的液膜, 因而管外对流传热
系数较大 。 另外, 喷淋式换热器常放置在室外空气
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流通处, 冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量, 提高了
冷却效果 。 因此, 和沉浸式相比, 喷淋式换热器的传热效果
要好得多 。 同时它还便于检修和清洗等优点 。 其缺点是喷淋
不易均匀 。
3） 套管式换热器
套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管, 并
由 U型弯头连接而成 。 每一段套管称为一程, 每程有效长度
约为 4~6m,若管子过长, 管中间会向下弯曲 。
在套管式换热器中, 一种流体走管内, 另一种流体走环隙
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适当选择两管的管径, 两流体均可得到较高的流速, 且两
流体可以为逆流, 对传热有利 。 另外, 套管式换热器构造
较简单, 能耐高压, 传热面积可根据需要增减, 应用方便
缺点：管间接头多, 易泄露, 占地较大, 单位传热面消
耗的金属量大 。 因此它较适用于流量不大, 所需传热面积
不多而要求压强较高的场合 。
4） 列管式换热器
优点, 单位体积所具有的传热面积大, 结构紧凑, 紧固传
热效果好 。 能用多种材料制造, 故适用性较强, 操作弹性
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较大, 尤其在高温, 高压和大型装置中多采用列管式换热
器 。
在列管式换热器中, 由于管内外流体温度不同, 管束
和壳体的温度也不同, 因此它们的热膨胀程度也有差别 。
若两流体的温差较大, 就可能由于热应力而引起设备变形
,管子弯曲, 甚至破裂或从管板上松脱 。 因此, 当两流体
的温差超过 50℃ 时, 就应采用热补偿的措施 。 根据热补偿
方法的不同, 列管式换热器分为以下几种主要形式：
（ 1） 固定管板式
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固定管板式 的两端管板和壳体制成一体 。 因此它具有结构
简单和成本低的优点 。 但是壳程清洗和检修困难, 要求壳
程流体必须是洁净而不易结垢的物料 。 当两流体的温差较
大时, 应考虑热补偿 。 即在外壳的适当部位焊上一个补偿
圈, 当外壳和管束热膨胀不同时, 补偿圈发生弹性变形 （
拉伸或压缩 ）, 以适应外壳和管束不同的热膨胀程度 。 这
种补偿方法简单, 但不宜应用两流体温差过大 （ 应不大于
70℃ ） 和壳程流体压强过高的场合 。
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（ 2） 浮头式换热器
浮头式换热器 的特点是有一端管板不与外壳连为一体,
可以沿轴向自由浮动 。 这种结构不但完全消除了热应力的影
响, 且由于固定端的管板以法兰与壳体连接, 整个管束可以
从壳体中抽出, 因此便于清洗和检修 。 故浮头式换热器应用
较为普遍, 但它的结构比较复杂, 造价较高 。
（ 3） U型管式换热器
U型管式换热器 每根管子都弯成 U型, 进出口分别安装
在同一管板的两侧, 封头用隔板分成两室 。 这样, 每根管子
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可以自由伸缩 。 而与其他管子和壳体均无关 。 这种换热器
结构比浮头式简单, 重量轻, 但管程不易清洗, 只适用于
洁净而不易结垢的流体, 如高压气体的换热 。
2,板式换热器
1） 夹套式换热器
夹套式换热器式最简单的板式换热器, 它是在容器外
壁安装夹套制成, 夹套与容器之间形成的空间为加热介质
或冷却介质的通路 。 这种换热器主要用于反应过程的加热
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或冷却 。 在用蒸汽进行加热时, 蒸汽由上部接管进入夹套
,冷凝水由下部接管流出 。 作为冷却器时, 冷却介质 （ 如
冷却水 ） 由夹套下部接管进入, 由上部接管流出 。
夹套式换热器 结构简单, 但其加热面受容器的限制, 且传
热系数也不高 。 为提高传热系数, 可在器内安装搅拌器,
为补充传热面的不足, 也可在器内安装蛇管 。
2） 螺旋板式换热器
螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而
成, 在其内部形成两个同心的螺旋形通道 。 换热器中央
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设有隔板, 将螺旋形通道隔开, 两板之间焊有定距柱以维
持通道间距 。 在螺旋板两侧焊有盖板 。 冷热流体分别通过
两条通道, 在器内逆流流动, 通过薄板进行换热 。
螺旋板式换热器的优点：
1） 传热系数高：螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用
和定距柱的干扰, 在较低的雷诺数 （ 一般 Re=1400~1800或
更低些 ） 下即达到湍流, 并且允许选用较高的流速 （ 对液
体为 2m/s,气体为 20m/s）, 故传热系数较高 。 如水对水的
换热, 其传热系数可达 2000~3000W/（ m2.K）, 而列管式换
热器一般为 1000~2000 W/（ m2.K） 。
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2） 不易结垢和堵塞：由于流体的速度较高, 又有惯性离心
力的作用, 流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而
受到流体本身的冲刷, 故螺旋板换热器不易结垢和堵塞,
适合处理悬浮液及粘度较大的介质 。
3） 能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和
两流体可进行完全逆流, 故可在较小的温差下操作, 能充
分利用温度较低的热源 。
4） 结构紧凑：单位体积的传热面积为列管式的 3倍, 可节
约金属材料 。
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螺旋板换热器的主要缺点是：
（ 1） 操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过
2Mpa,温度不超过 300~400℃ 。
（ 2） 不易检修：因整个换热器被焊成一体, 一旦损坏, 修理
很困难 。
1,3） 平板式换热器
平板式换热器简称板式换热器, 是由一组长方形的薄金
属板平行排列, 加紧组装于支架上而构成 。 两相邻板片的边
缘衬有垫片, 压紧后板间形成密封的流体通道, 且可用垫片
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的厚度调节通道的大小 。 每块板的四个角上, 各开一个圆
孔, 其中有一对圆孔和一组板间流道相通, 另外一对圆孔
则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通
道 。 这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的以分别形成两
流体的通道 。 冷热流体交错地在板片两侧流过, 通过板片
进行换热 。 板片厚度约为 0.5~3mm,通常压制成凹凸地波
纹状 。 例如人字形波纹板 。 增加了板的刚度以防止板片受
压时变形, 同时又使流体分布均匀, 增强了流体湍动程度
和加大了传热面积, 有利于传热 。
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平板式换热器的优点是：
1） 传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽
,可在低雷诺数 （ Re=200左右 ） 下即达到湍流 。 而且板片
厚度又小, 故传热系数大 。 例如水对水的传热系数可达
1500~4700W/（ m2.℃ ） 。
2） 结构紧凑：一般板间距为 4~6mm,单位体积设备可提
供的传热面为 250~1000m2/m3（ 列管式换热器只有 40~150
m2/m3） 。 平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上 。
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3） 具有可拆结构：可根据需要, 用调节板片数目的方法增
减传热面积 。 操作灵活性大, 检修, 清洗也都比较方便 。
平板式换热器的主要缺点是允许的操作压强和温度都比较低
。 通常操作压强低于 1.5Mpa,最高不超过 2.0Mpa,压强过高
容易泄露 。 操作温度受垫片材料的耐热性限制, 一般不超过
250℃ 。 另外由于两板的间距仅几毫米, 流通面积较小, 流
速又不大, 处理量较小 。
螺旋板式换热器和平板式换热器都具有结构紧凑, 材料消耗
低, 传热系数大的特点, 都属于新型的高效紧凑式换热器 。
这类换热器一般都不耐高温高压, 但对于压强较低, 温度不
高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合, 则显示出更大的优越
性, 目前已广泛应用于食品, 轻工和化学等工业 。
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3,翅片式换热器
1） 翅片管换热器
翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成, 翅片与管表面的
连接应紧密无间, 否则连接处的接触热阻很大, 影响传热效
果 。 常用的连接方法有热套, 镶钳, 张力缠绕和焊接等方法
。 此外, 翅片管也可采用整体轧制, 整体铸造或机械加工等
方法制造 。
当两种流体的对流传热系数相差较大时, 在传热系数较小的
一侧加翅片可以强化传热 。
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例如用水蒸气加热空气, 该过程的主要热阻是空气侧对流
传热热阻 。 在空气侧加装翅片, 可以起到强化换热器传热
的效果 。 当然, 加装翅片会使设备费提高, 但一般, 当两
种流体的对流传热系数之比超过 3,1,采用翅片管换热器
经济上是合算的 。 近年来用翅片管制成的空气冷却器 （ 简
称空冷器 ） 在化工中应用很广 。 用空冷代替水冷, 不仅在
缺水地区适用, 而且在水源充足的地方, 采用空冷也可取
得较大的经济效果 。
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1,2)板翅式换热器
板翅式换热器是一种更为高效, 紧凑, 轻巧的换热器, 过去
由于制造成本较高, 仅用于宇航, 电子, 原子能等少数部门
。 现在已逐渐用于石油化工及其它工业部门, 取得良好效果
。
板翅式换热器的结构形式很多, 但是基本结构元件相同,
即在两块平行的薄金属板之间, 加入波纹状或其它形状的金
属翅片, 将两侧面封死, 即成为一个换热基本元件 。 将各基
本元件进行不同的叠积和适当的排列, 并用钎焊固定, 即可
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制成并流, 逆流或错流的板束 （ 或称芯部 ）, 然后再将带由
流体进出口的接管的集流箱焊在板束上, 即成为板翅式换热
器 。 我国目前常用的翅片形式有光直型翅片, 锯齿型翅片和
多孔型翅片三种
板翅式换热器的优点是：结构高度紧密, 轻巧, 单位体积设
备所提供的传热面一般能达到 2500 m2/m3,最高可达 4300
m2/m3。 通常用铝合金制造, 故重量轻, 在相同的传热面下
,其重量约为列管式的十分之一 。 由于翅片促进了流体的湍
动并破坏了热边界层的发展, 故其传热系数较高；另外
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铝合金不仅导热系数高, 而且在零度以下操作时, 其延性和
抗拉强度都很高, 适用于低温和超低温的场合, 故操作范围
广, 可在 200℃ 至绝对零度范围内使用 。 同时因翅片对隔板
有支撑作用, 板翅式换热器允许操作压强也比较高, 可达
5MPa。
这种换热器的缺点是设备流道很小, 易堵塞, 且清洗和检修
困难, 故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板
的翅片均由薄铝板制称成, 故要求介质对铝不腐蚀 。
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4,热管
热管是 60年代中期发展起来堵塞一种新型传热元件 。 它
是由一根抽除不凝性气体的密封金属管内充以一定量的某种
工作液体而成 。 工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化, 产生
的蒸汽流至冷端冷凝放出潜热, 冷凝液回至热端, 再次沸腾
汽化 。 如此反复循环, 热量不断从热端传至冷端 。 冷凝液的
回流可以通过不同的方法 （ 如毛细管作用, 重力, 离心力 ）
来实现, 目前应用最广的方法是奖具有毛细结构的吸液芯装
在管的内壁, 利用毛细管的作用是冷凝液由冷端回流至热端
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采用不同的工作液体 （ 氨, 水, 汞等 ） 。 热管可以在很宽的温
度范围内使用 。
热管的传热特点是热管中的热量传递通过沸腾汽化, 蒸汽
流动和蒸汽冷凝三步进行, 由于沸腾和冷凝的对流传热强度都
很大, 两端管表面比管截面大很多, 而蒸汽流动阻力损失又较
小, 因此热管两端温差可以很小, 即能在很小的温差下传递很
大的热流量 。 与热管截面相同的金属壁面的导热能力比较, 热
管的导热能力可达最良好的金属导热体的 103~104倍 。 因此它
特别适用于低温差传热以及某些等温性要求较高的场合 。
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热管的这种传热特性为器 （ 或室 ） 内外的传热强化提供了极
有利的手段 。 例如器两侧均为气体的情况, 通过器壁装热管
,增加热管两端的长度, 并在管外装翅片, 就可以大大加速
器内外的传热 。
此外, 热管还具有结构简单, 使用寿命长, 工作可靠, 应用
范围广等优点 。
热管最初主要应用于宇航和电子工业部门, 近年来在很多领
域都受到了广泛的重视, 尤其在工业余热的利用上取得了很
好的效果 。
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二、换热器传热过程的强化
1,传热过程的强化途径
换热器的强化, 就是提高换热器中冷, 热流体间的传
热速率 。
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, 而是要从设备的结构
入手, 提高单位体积的传热面积 。 如采用小直径管, 用螺旋
管, 波纹管代替光滑管, 采用翅片式换热器等都是增大传热
面积的有效方法 。
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2） 增大平均温差
平均温差的大小主要取决与两流体的温度条件 。 物料的温度
由生产工艺所决定, 一般不能随意变动, 而加热介质或冷却
介质温度由于所选介质不同, 可以有很大差异, 如化工中常
用的加热介质是饱和水蒸气, 提高蒸汽的压强就可以提高蒸
汽的温度 。 但提高介质的温度必须考虑到技术上的可能和经
济上的合理 。 当换热器中两流体均无相变时, 应尽可能从结
构上采用逆流或接近逆流的流向以得到较大的传热温差 。
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3） 增大传热系数
增大 K值是在强化过程中应该着重考虑的方面 。 由于换热器
中的传热过程是稳态的串联传热过程, 欲提高 K值, 就必须
减小对流传热热阻, 污垢热阻和管壁热阻 。 由于各项热阻所
占比重不同, 故应设法减小其中较大的热阻 。
在换热设备中, 金属壁面比较薄且导热系数高, 一般不会成
为主要热阻 。
污垢热阻是一个可变因素, 在换热器投入使用时, 污垢热阻
很小, 不会成为主要矛盾 。 但随着使用时间加长, 便可能
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成为阻碍传热的主要因素 。 因此, 应通过增大流速等手段设
法减弱垢层的形成和发展, 并注意及时清除污垢 。
对流传热热阻经常是传热过程的主要矛盾, 也应是着重研究
的内容 。 当换热器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小的一侧的换热 。
提高对流传热系数, 减小对流传热热阻的主要途径是减小层
流边界层或层流底层的厚度, 通常采用的具体手段有：
(1） 提高流速, 加大 Re数, 以减薄层流底层, 例如增加列管
式换热器中的管程数和壳体中的挡板数, 可分别提高管程和
壳程的流速 。
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(2） 增加流体的人工扰动, 以减薄层流底层 。 例如采用管式
或螺旋板式换热器；采用各种异形管或管内加装麻花铁, 螺
旋圈或金属卷片等添加物；采用波纹状或粗糙的换热面等等
都可提高对流传热强度 。 在列管式换热器的壳程中安装折流
挡板, 使流体流动方向不断改变, 增加流体的扰动, 是提高
壳程对流传热系数的重要方法 。
(3） 利用传热进口段换热较强的特性, 采用短管换热器, 如
锯齿形翅片的板翅式换热器, 不仅增加了流体的扰动, 而且
由于流道短, 边界层厚度小, 因而使对流传热强度加大
第四章
传热
一、换热器的类型
二、列管式换热器的基本
型式
三、新型换热器
四、各种间壁式换热器的
比较和传热的强化途径
第七节
换热器
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一、换热器的类型
根据传热原理和
实现热交换的方法
间壁式
混合式
蓄热式
换热面的型式
管式
板式
翅片式
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1,管式换热器
1） 沉浸式换热器
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状
（ 多盘成蛇形, 常称蛇管 ）, 并沉浸在容器内的液体中 。
蛇管内, 外的两种流体进行热量交换 。 几种常见的蛇管形
式如图所示 。
优点, 结构简单, 价格低廉, 能承受高压, 可用耐腐蚀材
料制造
缺点, 容器内液体湍动程度低, 管外对流传热系数小 。
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2） 喷淋式换热器
喷淋式换热器也为蛇管式换热器, 多用作冷却器 。 这种
换热器是将蛇管成行地固定在钢架上, 热流体在管内流
动, 自最下管进入, 由最上管流出 。 冷水由最上面的淋
水管流下, 均匀地分布在蛇管上, 并沿其两侧逐排流经
下面的管子表面, 最后流入水槽而排出, 冷水在各排管
表面上流过时, 与管内流体进行热交换 。 这种换热器的
管外形成一层湍动程度较高的液膜, 因而管外对流传热
系数较大 。 另外, 喷淋式换热器常放置在室外空气
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流通处, 冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量, 提高了
冷却效果 。 因此, 和沉浸式相比, 喷淋式换热器的传热效果
要好得多 。 同时它还便于检修和清洗等优点 。 其缺点是喷淋
不易均匀 。
3） 套管式换热器
套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管, 并
由 U型弯头连接而成 。 每一段套管称为一程, 每程有效长度
约为 4~6m,若管子过长, 管中间会向下弯曲 。
在套管式换热器中, 一种流体走管内, 另一种流体走环隙
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适当选择两管的管径, 两流体均可得到较高的流速, 且两
流体可以为逆流, 对传热有利 。 另外, 套管式换热器构造
较简单, 能耐高压, 传热面积可根据需要增减, 应用方便
缺点：管间接头多, 易泄露, 占地较大, 单位传热面消
耗的金属量大 。 因此它较适用于流量不大, 所需传热面积
不多而要求压强较高的场合 。
4） 列管式换热器
优点, 单位体积所具有的传热面积大, 结构紧凑, 紧固传
热效果好 。 能用多种材料制造, 故适用性较强, 操作弹性
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较大, 尤其在高温, 高压和大型装置中多采用列管式换热
器 。
在列管式换热器中, 由于管内外流体温度不同, 管束
和壳体的温度也不同, 因此它们的热膨胀程度也有差别 。
若两流体的温差较大, 就可能由于热应力而引起设备变形
,管子弯曲, 甚至破裂或从管板上松脱 。 因此, 当两流体
的温差超过 50℃ 时, 就应采用热补偿的措施 。 根据热补偿
方法的不同, 列管式换热器分为以下几种主要形式：
（ 1） 固定管板式
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固定管板式 的两端管板和壳体制成一体 。 因此它具有结构
简单和成本低的优点 。 但是壳程清洗和检修困难, 要求壳
程流体必须是洁净而不易结垢的物料 。 当两流体的温差较
大时, 应考虑热补偿 。 即在外壳的适当部位焊上一个补偿
圈, 当外壳和管束热膨胀不同时, 补偿圈发生弹性变形 （
拉伸或压缩 ）, 以适应外壳和管束不同的热膨胀程度 。 这
种补偿方法简单, 但不宜应用两流体温差过大 （ 应不大于
70℃ ） 和壳程流体压强过高的场合 。
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（ 2） 浮头式换热器
浮头式换热器 的特点是有一端管板不与外壳连为一体,
可以沿轴向自由浮动 。 这种结构不但完全消除了热应力的影
响, 且由于固定端的管板以法兰与壳体连接, 整个管束可以
从壳体中抽出, 因此便于清洗和检修 。 故浮头式换热器应用
较为普遍, 但它的结构比较复杂, 造价较高 。
（ 3） U型管式换热器
U型管式换热器 每根管子都弯成 U型, 进出口分别安装
在同一管板的两侧, 封头用隔板分成两室 。 这样, 每根管子
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可以自由伸缩 。 而与其他管子和壳体均无关 。 这种换热器
结构比浮头式简单, 重量轻, 但管程不易清洗, 只适用于
洁净而不易结垢的流体, 如高压气体的换热 。
2,板式换热器
1） 夹套式换热器
夹套式换热器式最简单的板式换热器, 它是在容器外
壁安装夹套制成, 夹套与容器之间形成的空间为加热介质
或冷却介质的通路 。 这种换热器主要用于反应过程的加热
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或冷却 。 在用蒸汽进行加热时, 蒸汽由上部接管进入夹套
,冷凝水由下部接管流出 。 作为冷却器时, 冷却介质 （ 如
冷却水 ） 由夹套下部接管进入, 由上部接管流出 。
夹套式换热器 结构简单, 但其加热面受容器的限制, 且传
热系数也不高 。 为提高传热系数, 可在器内安装搅拌器,
为补充传热面的不足, 也可在器内安装蛇管 。
2） 螺旋板式换热器
螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而
成, 在其内部形成两个同心的螺旋形通道 。 换热器中央
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设有隔板, 将螺旋形通道隔开, 两板之间焊有定距柱以维
持通道间距 。 在螺旋板两侧焊有盖板 。 冷热流体分别通过
两条通道, 在器内逆流流动, 通过薄板进行换热 。
螺旋板式换热器的优点：
1） 传热系数高：螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用
和定距柱的干扰, 在较低的雷诺数 （ 一般 Re=1400~1800或
更低些 ） 下即达到湍流, 并且允许选用较高的流速 （ 对液
体为 2m/s,气体为 20m/s）, 故传热系数较高 。 如水对水的
换热, 其传热系数可达 2000~3000W/（ m2.K）, 而列管式换
热器一般为 1000~2000 W/（ m2.K） 。
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2） 不易结垢和堵塞：由于流体的速度较高, 又有惯性离心
力的作用, 流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而
受到流体本身的冲刷, 故螺旋板换热器不易结垢和堵塞,
适合处理悬浮液及粘度较大的介质 。
3） 能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和
两流体可进行完全逆流, 故可在较小的温差下操作, 能充
分利用温度较低的热源 。
4） 结构紧凑：单位体积的传热面积为列管式的 3倍, 可节
约金属材料 。
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螺旋板换热器的主要缺点是：
（ 1） 操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过
2Mpa,温度不超过 300~400℃ 。
（ 2） 不易检修：因整个换热器被焊成一体, 一旦损坏, 修理
很困难 。
1,3） 平板式换热器
平板式换热器简称板式换热器, 是由一组长方形的薄金
属板平行排列, 加紧组装于支架上而构成 。 两相邻板片的边
缘衬有垫片, 压紧后板间形成密封的流体通道, 且可用垫片
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的厚度调节通道的大小 。 每块板的四个角上, 各开一个圆
孔, 其中有一对圆孔和一组板间流道相通, 另外一对圆孔
则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通
道 。 这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的以分别形成两
流体的通道 。 冷热流体交错地在板片两侧流过, 通过板片
进行换热 。 板片厚度约为 0.5~3mm,通常压制成凹凸地波
纹状 。 例如人字形波纹板 。 增加了板的刚度以防止板片受
压时变形, 同时又使流体分布均匀, 增强了流体湍动程度
和加大了传热面积, 有利于传热 。
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平板式换热器的优点是：
1） 传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽
,可在低雷诺数 （ Re=200左右 ） 下即达到湍流 。 而且板片
厚度又小, 故传热系数大 。 例如水对水的传热系数可达
1500~4700W/（ m2.℃ ） 。
2） 结构紧凑：一般板间距为 4~6mm,单位体积设备可提
供的传热面为 250~1000m2/m3（ 列管式换热器只有 40~150
m2/m3） 。 平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上 。
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3） 具有可拆结构：可根据需要, 用调节板片数目的方法增
减传热面积 。 操作灵活性大, 检修, 清洗也都比较方便 。
平板式换热器的主要缺点是允许的操作压强和温度都比较低
。 通常操作压强低于 1.5Mpa,最高不超过 2.0Mpa,压强过高
容易泄露 。 操作温度受垫片材料的耐热性限制, 一般不超过
250℃ 。 另外由于两板的间距仅几毫米, 流通面积较小, 流
速又不大, 处理量较小 。
螺旋板式换热器和平板式换热器都具有结构紧凑, 材料消耗
低, 传热系数大的特点, 都属于新型的高效紧凑式换热器 。
这类换热器一般都不耐高温高压, 但对于压强较低, 温度不
高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合, 则显示出更大的优越
性, 目前已广泛应用于食品, 轻工和化学等工业 。
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3,翅片式换热器
1） 翅片管换热器
翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成, 翅片与管表面的
连接应紧密无间, 否则连接处的接触热阻很大, 影响传热效
果 。 常用的连接方法有热套, 镶钳, 张力缠绕和焊接等方法
。 此外, 翅片管也可采用整体轧制, 整体铸造或机械加工等
方法制造 。
当两种流体的对流传热系数相差较大时, 在传热系数较小的
一侧加翅片可以强化传热 。
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例如用水蒸气加热空气, 该过程的主要热阻是空气侧对流
传热热阻 。 在空气侧加装翅片, 可以起到强化换热器传热
的效果 。 当然, 加装翅片会使设备费提高, 但一般, 当两
种流体的对流传热系数之比超过 3,1,采用翅片管换热器
经济上是合算的 。 近年来用翅片管制成的空气冷却器 （ 简
称空冷器 ） 在化工中应用很广 。 用空冷代替水冷, 不仅在
缺水地区适用, 而且在水源充足的地方, 采用空冷也可取
得较大的经济效果 。
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1,2)板翅式换热器
板翅式换热器是一种更为高效, 紧凑, 轻巧的换热器, 过去
由于制造成本较高, 仅用于宇航, 电子, 原子能等少数部门
。 现在已逐渐用于石油化工及其它工业部门, 取得良好效果
。
板翅式换热器的结构形式很多, 但是基本结构元件相同,
即在两块平行的薄金属板之间, 加入波纹状或其它形状的金
属翅片, 将两侧面封死, 即成为一个换热基本元件 。 将各基
本元件进行不同的叠积和适当的排列, 并用钎焊固定, 即可
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制成并流, 逆流或错流的板束 （ 或称芯部 ）, 然后再将带由
流体进出口的接管的集流箱焊在板束上, 即成为板翅式换热
器 。 我国目前常用的翅片形式有光直型翅片, 锯齿型翅片和
多孔型翅片三种
板翅式换热器的优点是：结构高度紧密, 轻巧, 单位体积设
备所提供的传热面一般能达到 2500 m2/m3,最高可达 4300
m2/m3。 通常用铝合金制造, 故重量轻, 在相同的传热面下
,其重量约为列管式的十分之一 。 由于翅片促进了流体的湍
动并破坏了热边界层的发展, 故其传热系数较高；另外
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铝合金不仅导热系数高, 而且在零度以下操作时, 其延性和
抗拉强度都很高, 适用于低温和超低温的场合, 故操作范围
广, 可在 200℃ 至绝对零度范围内使用 。 同时因翅片对隔板
有支撑作用, 板翅式换热器允许操作压强也比较高, 可达
5MPa。
这种换热器的缺点是设备流道很小, 易堵塞, 且清洗和检修
困难, 故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板
的翅片均由薄铝板制称成, 故要求介质对铝不腐蚀 。
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4,热管
热管是 60年代中期发展起来堵塞一种新型传热元件 。 它
是由一根抽除不凝性气体的密封金属管内充以一定量的某种
工作液体而成 。 工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化, 产生
的蒸汽流至冷端冷凝放出潜热, 冷凝液回至热端, 再次沸腾
汽化 。 如此反复循环, 热量不断从热端传至冷端 。 冷凝液的
回流可以通过不同的方法 （ 如毛细管作用, 重力, 离心力 ）
来实现, 目前应用最广的方法是奖具有毛细结构的吸液芯装
在管的内壁, 利用毛细管的作用是冷凝液由冷端回流至热端
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采用不同的工作液体 （ 氨, 水, 汞等 ） 。 热管可以在很宽的温
度范围内使用 。
热管的传热特点是热管中的热量传递通过沸腾汽化, 蒸汽
流动和蒸汽冷凝三步进行, 由于沸腾和冷凝的对流传热强度都
很大, 两端管表面比管截面大很多, 而蒸汽流动阻力损失又较
小, 因此热管两端温差可以很小, 即能在很小的温差下传递很
大的热流量 。 与热管截面相同的金属壁面的导热能力比较, 热
管的导热能力可达最良好的金属导热体的 103~104倍 。 因此它
特别适用于低温差传热以及某些等温性要求较高的场合 。
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热管的这种传热特性为器 （ 或室 ） 内外的传热强化提供了极
有利的手段 。 例如器两侧均为气体的情况, 通过器壁装热管
,增加热管两端的长度, 并在管外装翅片, 就可以大大加速
器内外的传热 。
此外, 热管还具有结构简单, 使用寿命长, 工作可靠, 应用
范围广等优点 。
热管最初主要应用于宇航和电子工业部门, 近年来在很多领
域都受到了广泛的重视, 尤其在工业余热的利用上取得了很
好的效果 。
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二、换热器传热过程的强化
1,传热过程的强化途径
换热器的强化, 就是提高换热器中冷, 热流体间的传
热速率 。
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, 而是要从设备的结构
入手, 提高单位体积的传热面积 。 如采用小直径管, 用螺旋
管, 波纹管代替光滑管, 采用翅片式换热器等都是增大传热
面积的有效方法 。
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2） 增大平均温差
平均温差的大小主要取决与两流体的温度条件 。 物料的温度
由生产工艺所决定, 一般不能随意变动, 而加热介质或冷却
介质温度由于所选介质不同, 可以有很大差异, 如化工中常
用的加热介质是饱和水蒸气, 提高蒸汽的压强就可以提高蒸
汽的温度 。 但提高介质的温度必须考虑到技术上的可能和经
济上的合理 。 当换热器中两流体均无相变时, 应尽可能从结
构上采用逆流或接近逆流的流向以得到较大的传热温差 。
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3） 增大传热系数
增大 K值是在强化过程中应该着重考虑的方面 。 由于换热器
中的传热过程是稳态的串联传热过程, 欲提高 K值, 就必须
减小对流传热热阻, 污垢热阻和管壁热阻 。 由于各项热阻所
占比重不同, 故应设法减小其中较大的热阻 。
在换热设备中, 金属壁面比较薄且导热系数高, 一般不会成
为主要热阻 。
污垢热阻是一个可变因素, 在换热器投入使用时, 污垢热阻
很小, 不会成为主要矛盾 。 但随着使用时间加长, 便可能
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成为阻碍传热的主要因素 。 因此, 应通过增大流速等手段设
法减弱垢层的形成和发展, 并注意及时清除污垢 。
对流传热热阻经常是传热过程的主要矛盾, 也应是着重研究
的内容 。 当换热器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小的一侧的换热 。
提高对流传热系数, 减小对流传热热阻的主要途径是减小层
流边界层或层流底层的厚度, 通常采用的具体手段有：
(1） 提高流速, 加大 Re数, 以减薄层流底层, 例如增加列管
式换热器中的管程数和壳体中的挡板数, 可分别提高管程和
壳程的流速 。
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(2） 增加流体的人工扰动, 以减薄层流底层 。 例如采用管式
或螺旋板式换热器；采用各种异形管或管内加装麻花铁, 螺
旋圈或金属卷片等添加物；采用波纹状或粗糙的换热面等等
都可提高对流传热强度 。 在列管式换热器的壳程中安装折流
挡板, 使流体流动方向不断改变, 增加流体的扰动, 是提高
壳程对流传热系数的重要方法 。
(3） 利用传热进口段换热较强的特性, 采用短管换热器, 如
锯齿形翅片的板翅式换热器, 不仅增加了流体的扰动, 而且
由于流道短, 边界层厚度小, 因而使对流传热强度加大
