传热学_12-2.ppt

* Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 12-4 对数平均温差法 考虑到冷热流体的温差随换热过程的进行而变化 引入平均温差： ΔTm= UAΔTm 1. 平均温差的确定ΔTm 顺流套管式换热器 冷热流体的温差在入口处较大，在出口处则会呈指数级的减小。 Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 冷流体的温度不会超过热流体温度。 每个流体在换热器的不同区域都遵循能量守恒。 热流体在某个区域散失热量的速率就等于冷流体在这一区域吸收热量的速率。 Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 热流体的温度变化为负数，所以方程前加了一负号。 得： Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 换热器不同区域的换热率： 整理方程得： 对上式积分，范围从入口到出口: Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 这就是对数平均温差 ΔT1 、 ΔT2 分别代表两流体入口和出口处的温差。 可以使用算术平均温差 ΔTam= 0.5(ΔT1+ΔT2) 作为平均温差 ΔTlm ΔTam. Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 当 ΔT1 和 ΔT2 之间的差值不超过40%, 使用算术平均温差的误差不会超过1%。 逆流换热器 考虑到冷热流体温度的变化，对数平均温差适用于逆流换热器，但是ΔT1 、 ΔT2 将会是变化的。 FIGURE 12-13 The variation of the fluid temperatures in a counter-flow double-pipe heat exchanger. ?T1 ?T2 ΔT1 = Th,in - Tc,out ΔT2 = Th,out - Tc,in Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 对于指定进出口温度，逆流换热器中的对数平均温差通常要比顺流中的要大一些。 ΔTlm,CF ΔTlm,PF, 达到指定的换热速率，在逆流换热器中，要求的换热面积较小（因此换热器也较小）。 当量流体的热容量相等时，换热过程中的温差会保持恒定 (就是说, ΔT = 定值 ， 当 Ch = Cc 或 hCph = cCpc). Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 多通道 和交叉流换热器 : 利用修正系数 交叉流换热器和多通道壳管式换热器 其温差与逆流换热器的对数平均温差之间的关系式： ΔT1m=FΔT1m,CF F 为修正因子, 取决于换热器的几何形状和流体进出口的温度。 Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University F ≤ 1. 逆流换热器时 F = 1 。 换热器的修正系数是对其平均温差相对于逆流换热器的对数平均温差偏离程度的一个估量。 图中给出了普通交叉流换热器和壳管式换热器的修正系数，图中P、R表示如下： Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University R = 0 当壳侧发生相变时 (冷凝或沸腾) R →∞ 当管侧发生相变时， 对于这些极限情况修正系数 F = 1 。 不管是哪个种类的换热器，当换热器中有冷凝或沸腾发生时，修正系数F = 1。 Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 例 12-2 冷凝器中蒸汽的冷凝 蒸汽发电厂的冷凝器中，蒸汽在冷凝其中被冷却，在30°C 时凝结成液态水，冷却水来自附近的湖泊，进出冷凝器的温度分别为14°C 、22°C， 管道表面积为 45 m2, 总传热系数为 2100 W/m2 · °C. 确定冷却水的质量流率和蒸汽的冷凝速率。 Figure 12-15 Schematic for Example 12-2. Heat Transfer 12-2 Beijing Jiaotong University 解： 蒸汽发电厂的冷凝器中的蒸汽发生冷凝，冷却水的质量流率和蒸汽冷凝速率可以确定。 假设 1 运行工况稳定； 2 换热器的隔热较好，向周围环境散热量可忽略，因此热流体的散热量就等于冷流体的吸热量； 3 蒸汽的动能势能的变化可忽略； 4 没有污垢； 5 流体物