热交换器算及设计.pptVIP

Ψ函数形式求取实例 热流体在管外一个流程，冷流体在管内先逆后顺两个流程1-2型热交换器 附加条件： 管外流体横向充分混合 管内两流程面积相等 联立热平衡方程和传热方程，由于已经假设换热系数恒定，流体热容量无变化，可以通过换热量解得精确的平均温度Δtm 1-2型Ψ函数线算图 其他类型Ψ函数线算图 流体比热或传热系数变化对温差影响 流体比热不变，则温度的变化与热量的吸放量成正比线性关系 实际上比热一般随着温度变化而变化，呈非线性关系 如果在换热器工作范围内，比热随温度显著变化时，对数平均温差推出的条件不能满足，误差变大 此时用积分平均温差计算 积分平均温差 出发点：虽然流体比热在整个温度范围内变化，但是若把温度分为若干小区域，每个小段内的比热变化并不大时，就可以把比热当作常数处理。在每一个小段中的传热温差可采用对数或者算术平均温差 该思路也可用于发生相变的热交换过程，一种流体处于冷凝、过冷，或者加热并沸腾、过热时，相当于比热发生剧烈变化的情况，可以分段处理。 如果流体是可凝气体与不凝气体的混合物，也就是说放出的热量和温度的变化不成比例，此时分段计算平均温差的思路依然可行 传热系数的影响 对数传热温差的推导中应用了传热系数不变的条件，实际在整个传热过程中它也是变化的 但是工程中大多数情况下由于物性变化不大，反映到传热系数上变化更小，所以一般工程计算中可以把热交换器各部分的传热系数视为常数。若确实变化较大，分段计算的思路依然可用 传热有效度法的提出 利用平均温差和Ψ对换热器进行设计计算是比较方便的，两种流体的进出口温度已知。温差可以直接求得。但是对于校核性工作，流体出口温度未知，此时需要大量的试算迭代，不方便。 利用P，R值查线算图时，有时存在Ψ=f(P,R)函数在某些范围内dΨ/dP值很大，P稍有偏差，Ψ相差很多。 针对这些问题提出了传热有效度－传热单元数的方法，简称NTU法。 传热有效度定义 对一个换热器提出最大可能传热量Qmax的概念，Qmax是指一个面积为无穷大且流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值 在这个虚拟热交换器中，热流体可以被冷却到t2’(冷流体进口温度)或者冷流体被加热到t1’(热流体进口温度)，由于两种流体中只有热容量较小的那种才有可能达到最大温度变化 实际传热量和Qmax之比称为传热有效度ε 最大可能传热量可表达为： Qmax=Wmin(t1’-t2’) 实际传热量和Qmax之比称为传热有效度ε 如果W1是Wmin，就是如下左图， ε＝(t1’-t1”)/(t1’-t2’) 如果W2是Wmin，就是如下右图， ε＝(t2”-t2’)/(t1’-t2’) 可以统一写成ε＝δtmax/(t1’-t2’),是无量纲小于1数 如果知道传热有效系数和两种流体的入口温度，可以很容易得到热交换器的实际换热量，从而得到其他各参数。 逆流情况 t1’ t1” 吸热 放热 t2” t2’ t1’ t1” 吸热 放热 t2” t2’ 引入了ε后，校核换热器的任务就归结到求ε上 对于顺流情况可以理论推导得到 将KF/Wmin定义为传热单元数NTU,它代表热交换器传热能力的大小，同时定义Rc=W1/W2,则顺流时 顺流时ε＝Ф（NTU,Rc） 逆流时ε＝Ф（NTU,Rc） 2-4型热交换器ε＝Ф（NTU,Rc） 传热有效度法小结 平均温差法和传热有效度法推出的基础一样，都是热平衡和传热方程，无本质区别，只是整理成不同的线算图而已。 同样的传热单元数，逆流的ε总是要大于顺流的，且随着NTU增大而增大； 应用传热有效度法时注意，在顺流中ε随着NTU增大到一定程度后趋于定值，所以设计时需注意，ε达到一定程度后没必要增加传热单元数。 热交换器热力计算方法比较 设计计算和校核计算的基础都是传热方程和热平衡方程，二个方程，共有7个基础量：KF、W1、W2和4个温度，必须知道5个才封闭 平均温差法和有效传热度法本质相同、结果相同，但是解决问题步骤不同。 对于设计计算两种方法繁简程度类似，但是采用平均温差法时可以通过Ψ的大小判断和标准逆流之间的差距，有利于流动形式的比较 在校核计算时，两种方法都要试算，但是有时K可以套用经验数据，此时传热单元法更方便些 换热器流动方式选择 给定温度状况下，尽量获得较大的平均温差，以减少传热面积，降低金属消耗量 使流体本身的温度变化值尽可能大，使流体的热量得到合理利用，减少损失，也节省风机泵的消耗和投资 尽可能使传热面的温度比较均匀，并使之工作在较低温度下，以便选材 争取获得较高的传热系数，同样可以减小传热面积 以上各点往往互相矛盾，需要通盘考虑，综合权衡 顺流和逆流 在进出口温度相同的情况下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，其他流动