热交换器原理与设计热交换器热计算的基本原理研讨.ppt

第1章 热交换器热计算的基本原理 1.0 概述 热（力）计算是换热器设计的基础。 1.1 热计算基本方程式 1.1 热计算基本方程式 1.1 热计算基本方程式 1.1 热计算基本方程式 1.2 平均温差 上节回顾 1.1 热计算基本方程式 顺流时： 逆流时： 混合流：管子不带翅片，管外的气流可以在横向自由的随意的运动，称为混合流。但是管内的流体属于非混合流。 ?值的求取方法 逆流时对数平均温差为 ： R的含义：冷流体的热容量与热流体的热容量之比，R1，R=1,或者 R1。 交叉流式换热器的? 例题 1 10-9、已知 ， 试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差： （1） 逆流布置； （2）一次交叉，两种流体均不混合； （3） 1－2型热交换器； （4） 2－4型热交换器； （5） 顺流布置。 三、流体比热或传热系数变化时的平均温差 积分平均温差的计算出发点： 在每个小段中的传热温差可以采用对数平均温差或者算数平均温差的方法计算。 逆流时 1.3.2 顺流和逆流时的传热有效度 1.3 传热有效度 即 当冷热流体之一发生相变时 相当于 1.3.2 顺流和逆流时的传热有效度 1.3 传热有效度 顺流时： 逆流时： 顺流： 当两种流体的热容相等时 顺流时： 逆流时： 由顺流和逆流的传热有效度推导结果可知： 1.3.2 顺流和逆流时的传热有效度 1.3 传热有效度 设计计算时，ε、Rc已知，由关系式或图求NTU进而求换热面积。 『例2』 温度为99℃的热水进入一个逆流热交换器， 将4℃的冷水流量为4680KJ/h加热到32℃。热水流量 为9360Kg/h,传热系数为830W/(m2℃),试计算该传热 面积和传热有效度。 解：方法一（ε－NTU） 热水的热容量 冷水的热容量 由比较知道： 热平衡关系： 方法二：平均温差法 代入 『练习题』 温度为90℃的热水进入一个逆流热交换器，将10℃的冷水流量为3000KJ/h加热到40℃。热水流量为8000Kg/h,传热系数为830W/(m2℃),试计算该传热面积和传热有效度。 解：方法一（ε－NTU） 图2 2－4、2－8等多流程管壳式换热器的修正系数 对于其它的叉流式换热器，其传热公式中的平均温度的计算关系式较为复杂，工程上常常采用修正图表来完成其对数平均温差的计算。具体的做法是： （a）由换热器冷热流体的进出口温度，按照逆流方式计算出相应的对数平均温差； （b）从修正图表由两个无量纲数查出修正系数 (c) 最后得出叉流方式的对数平均温差 图3 交叉流，两种流体各自都不混合时的修正系数 图4 一次交叉流，一种流体混合、一种流体不混合时的修正系数 练习： 关于?的注意事项 （1）? 值取决于无量纲参数 P和 R 式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标 ` 表示进口，`` 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。 （3）R的物理意义：两种流体的热容量之比 （2）P的物理意义：流体2的实际温升与理论上所能达到 的最大温升之比，所以只能小于1 （4） 对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数 （5）Ψ值总是小于或者等于1。从Ψ值的大小可以看得出来某种流动方式在给定的工况下接近逆流的程度。 （6）Ψ设计中最好使Ψ0.9 ，若Ψ0.75就认为不合理。出于降低壁温的目的，除外。 （7）当R超过线图所表示的范围或者当某些区域的Ψ值不易读准时，可以用P’和R’查图。 P’和R’的含义为：把热交换器中的两种流体交换后，即下标1改成冷流体，下标2改成热流体后， 以P和R以P’和R’表示。 各种流动形式的比较 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的 最大，顺流则最小； 顺流时 ，而逆流时， 则可能大于 ，可见，逆流布置时的换热最强。 In Out In Out (3) 一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流。 x T In Out x T In Out 冷凝 蒸发 (4) 对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。 1、算术平均与对数平均温差 算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于4％；当 时，两者的差别小于2.3％。 上节回顾 适用于纯逆