传热-第10章-2优秀课件.pptVIP

2. 效能 – 传热单元数法 * 主讲：魏高升 School of Energy and Power Engineering － NCEPU NCEPUBJ Department of Power Engineering, North China Electric Power University Beijing 102206 主讲：杜小泽 知识产权与使用权归华北电力大学（北京）动力工程系所有 NCEPUBJ Department of Power Engineering, North China Electric Power University Beijing 102206 10-4 间壁式式换热器的热设计 换热器的热计算分为两种类型： 1 设计计算：根据换热条件和要求，设计一台新换热器，为此需要确定换热器的类型、结构及换热面积。 换热器计算的两种方法： 1.平均温差法； 2. 效能-传热单元数法。 2 校核计算：核算已有换热器能否满足换热要求，一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。 1. 换热器传热计算的平均温差法： （1）设计计算： 根据生产任务的要求，给定冷、热流体的质量流量 和4个进、出口温度中的3个，需确定换热器的型式、结构，计算传热系数k、换热面积A、流动阻力及结构强度等。 换热器传热计算的基本公式： 3个方程有8个独立变量，只要知道其中5个变量，可求其它3个。 设计计算步骤： a 根据给定的换热条件，如流体性质、流量、温度和压力范围等，选择换热器类型，布置换热面，计算换热面两侧的表面传热系数 及总传热系数k； b 根据给定条件，由式 求出未知的进、出口温度，并求出换热量?； c 由4个进出口温度及流动型式求平均温差 ； d 由式 求出所需的换热面积A ，如与初选换热面积不一致，则需重新布置换热面; e 计算换热器的流动阻力，如果阻力过大，会加大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。 2 校核计算： 已知已有换热器的换热面积A、两侧流体的质量流量 、进口温度 等5个参数，须计算热、冷流体的出口温度 和换热量? 。 计算步骤： a 先假设一个流体的出口温度用热平衡方程式求出换热量 和另一个流体的出口温度； b 根据流体的4个进、出口温度求平均温差 ； c 计算换热面两侧的表面传热系数 ，进而求得传热系数 k ； d 由式 求出换热量 ; e 比较 与 ，如果相差较大,再重新假设流体出口温度，重复上述计算，直到满意为止。 一台逆流式换热器刚投入工作时的运行参数如下：热流体的质量流量与比热容的乘积 W/K，热流体的进、出口温度分别为 ℃、 ℃，冷流体的进、出口温度分别为 ℃、 ℃，传热系数k 800 W/m2?K。运行一年后发现，在 、 及 、 保持不变的情况下，由于结垢使得冷流体只能被加热到 oC，试计算： （1）结垢后热流体的出口温度； （2）结垢后换热器的传热系数； （3）换热器单位面积的污垢热阻。 解：（1）如果忽略换热器的散热损失，根据冷、热流体的热平衡， 解得 结垢后的传热量为 解得 ℃ （2）结垢前的对数平均温差 结垢后的对数平均温差 结垢前 结垢后 结垢后的传热系数 （3）结垢后换热器单位面积的污垢热阻 结垢后换热器总污垢热阻 效能－传热单元数方法（Effectiveness－Number of Transfer Units method），简写为 ? - NTU方法。 （1）基本定义 换热器效能： 分母为换热器中可能的最大温差，而分子为较小热容流体的温度变化的绝对值。换热器效能表示换热器中的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。 传热单元数： 传热单元数NTU反映换热器传热能力大小 。 （2）? - NTU 关系式 以顺流为例，假定热流体热容较小，即 根据效能的定义， 根据冷、热流体的热平衡， NTU 该式为顺流时换热器效能、传热单元数和热容比三者之间的函数关系式。可以证明，若qm2c2最小时也可得出同样的结果。 对于逆流换热器，同样可以导出效能、传热单元数和热容比三者之间的函数关系式： 若一侧发生相变，热容比等于零，不管流动方式如何，均有 若qm2c2 ＝qm2c2，顺流： 逆流： 以上两式也可以化成NTU表达式： 顺流： 逆流： 无论是顺流换热器还是逆流换热器，效能、传热单元数和热容比三者之间存在函数关系式：