换热器的传热计算论述.pdf

换热器的传热计算 换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件， 确定换热面积；另一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器，核算其传热 量、流体的流量或温度。这两种计算均以热量衡算和总传热速率方程为基础。 换热器热负荷 Q 值一般由工艺包提供，也可以由所需工艺要求求得。Q=W cp Δt，若流体有相变，Q=cp r。 热负荷确定后，可由总传热速率方程（Q=K SΔt）求得换热面积，最后根据 《化工设备标准系列》确定换热器的选型。 1 其中总传热系数 K= （1） d0 d bd0 1 ? Rsi ? ? Rso ? hidi di kdm h0 在实际计算中，总传热系数通常采用推荐值，这些推荐值是从实践中积累或 通过实验测定获得的，可以从有关手册中查得。在选用这些推荐值时，应注意以 下几点： 1. 设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致。 2. 设计中流体的性质（粘度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和 状态相一致。 3. 设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致。 4. 总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的 某一数值。若需降低设备费可选取较大的 K 值；若需降低操作费用可取 较小的 K 值。 5. 为保证较好的换热效果，设计中一般流体采用逆流换热，若采用错流或 折流换热时，可通过安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowman）图算法 对Δt 进行修正。 虽然这些推荐值给设计带来了很大便利，但是某些情况下，所选 K 值与实 际值出入很大，为避免盲目烦琐的试差计算，可根据式（1）对 K 值估算。 式（1）可分为三部分，对流传热热阻、污垢热阻和管壁导热热阻，其中污 垢热阻和管壁导热热阻可查相关手册求得。由此，K 值估算最关键的部分就是对 流传热系数 h 的估算。 影响对流传热系数的因素主要有： 1. 流体的种类和相变化的情况 液体、气体和蒸气的对流传热系数都不相同。牛顿型和非牛顿型流体的也有 区别，这里只讨论牛顿型对流传热系数。 流体有无相变化，对传热有不同的影响。 2. 流体的性质 对 h 影响较大的流体物性有比热、导热系数、密度和粘度等。对同一种流体， 这些物性又是温度的函数，而其中某些物性还和压强有关。 3. 流体的流动状态 当流体呈湍流时，随着 Re 数的增加，滞流内层的厚度减薄，故 h 就增大。 而当流体呈滞流时，流体在热流方向上基本没有混杂流动，故 h 就较湍流时为小。 4. 流体流动的原因 自然对流是由于流体内部存在温度差，因而各部分的流体密度不同，引起流 体质点的相对位移。设ρ1 和ρ2 分别代表温度为 t1 和 t2 两点的密度，则流体因密 度差而产生的升力为（ρ1-ρ2）g。若流体的体积膨胀系数为β，单位为 1/℃， 并以代表Δt 温度差（t2- t1），则可得ρ1=ρ2（1+βΔt），于是每单位体积的流体 所产生的升力为： （ρ1-ρ2）g=[ρ2（1+βΔt）-ρ2]g=ρ2βgΔt 或（ρ1-ρ2）/g=βΔt 强制对流是由于外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体的流动。 5. 传热面的形状、位置和大小 传热管、板、管束等不同的传热面的形状；管子的排列方式，水平或垂直放 置；管径、管长