热交换器热计算的基本原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 热交换器热计算的基本原理,1.1 热计算基本方程式,1.1.1 传热方程式,式中：,Q,热负荷，W；,k,微元传热面的换热系数，W/(m,2,）,dF,微元传热面积面积，m,2,t,微元面积处的传热温差,简化计算,式中：,K,传热面上的平均传热系数,F,传热面积,t,m,-两种流体之间的平均温差,1.1.2 热平衡方程式,式中：,M,传热流体的质量流量，kg/s,i,热流体与冷流体的焓值，J/kg,下标,1,，,2,分别表示,热,、,冷,流体；上标“,”,“,”,分别表示流体的,进口,和,出口,状态,此公式在有无相变情况下都是正确的,在无相变情况下还可,结合比热的定义，改写为,简化,计算,取,在t与t温度,范围内平均比热,Mc,称为热容量(W/,),，用,W,表示,C,1,、,C,2,-两流体的定压比热,J/(kg,),即：流体在热交换器内的温度变化与它们的热容量成反比,考虑热损失时的情况时,以放热热量为准的对外热损失系数，通常为,1.2 平均温差,冷热流体发生相变,热流体冷凝,冷流体沸腾,顺流，无相变,逆流，无相变,热流体冷却，相变，冷却,1.2.1 流体的温度分布,冷流体加热，相变，加热,热流体部分相变,一般情况，传热温差处处不等，所以需要计算在整个换热面积内的平均温差。分为,算术平均温差、对数平均温差、积分平均温差,等。,1.2.2 顺流和逆流的平均温差,(先看P10页知识点),对数平均温差（,LMTD,）,式中：,若,算术平均温差,传热过程中涉及多种换热方式时，需要分段计算平均温差,.,当 时，两者的差别小于4；,当 时，两者的差别小于2.3。,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,。,(P11),当流体的温度沿传热面变化不大时，可以代替对数平均温差，其误差在工程计算允许误差范围之内。,1.2.3 其他流动方式的平均温差,混合流与非混合流,温差计算方法：,先按照逆流计算LMTD，再乘以一个修正系数,温度效率,冷、热流体的热容量比,推导修正系数与P，R的关系,例1,、热流体管外一个流程，冷流体管内先逆流后顺流,(,P1315页推导过程,),的注意事项,P：温度效率，,其值恒小于1。,R：冷热流体热容量之比,，值不确定,实际中,有现成的 值曲线,根据P、R值可查,P18/19,:,修正系数,1,为1时-与逆流换热相同,.一般,0.9，若 0.75则不合理，须采用多壳程或多台串联的方式代替，以提高 值,，使之更接近逆流,关于,P、R,以及,1.2.4 流体比热或传热系数变化时的平均温差,（1）流体的比热随温度变化,（2）传热系数变化,一般工程计算可将换热器中各部分的传热系数视,为常量，如传热系数确变化较大，仍可采用分段法,分段计算,1.3 传热有效度,最大可能传热量,Q,max,式中：,W,min,为,热容量小,的流体热容量,面积无穷大，且流体流量、进口温度与实际换热器相同的逆流换热器所能达到的传热量极限值。,(P24),热流体冷却至t,2,、或冷流体加热至t,1,。只有热容量小的流体能实现这一变化,传热有效度,实际传热量与最大可能传热量之比,无因次参数，小于1,热流体容量小时,冷流体容量小时,1.3.2 顺流和逆流时的传热有效度,顺流时的传热有效度,(P24和25),定义传热单元数,NTU,（number of transfer unit）,反映热交换器传热能力大小，无因次量,R,c,，无因次量,令,当一流体在相变时传热，,W,max,无穷大，,R,c,=0,两流体的热容量相等时,顺流时(查图1.18,P26),逆流时(查图1.19,P27),两流体的热容量相等时,当一流体在相变时传热，,R,c,=0,应用,-,NTU,关系时,同样的,NTU,时，,逆流,交换器的,大于顺流,，随,NTU,增加而增大。,顺流,时,随,NTU,增加,趋于定值,。(P26),逆流,顺流,1.4 热交换器计算方法的比较,须事先给出其中5个量方可进行计算-采用,平均温差法,或,传热单元数法,均可,设计性热计算时，最好采用平均温差法,，通过 值的大小判定拟定的流动方式与逆流的差距，有利于流动型式的比较。,(由P、R值查P18和19页曲线),校核性热计算时，传热单元数法更优越,。,1.5 流动方式的选择,给定温度时，获得较大的平均温差，较少材料消耗.,使流体本身的温度变化值尽可能大，减小流体热量消耗量，节约泵与风机耗能。,使传热面温度均匀，并使之在较低的温度下工作。,应用最好的传热工况，以获得较高的传热系数，减小传热面积。,1.5.1 顺流和逆流的选择(P36)了解,逆流平均温差最大，顺流最小,逆流减少所需传热面，或传热面相同逆流时传递更多热量,温度条件：,逆流允许更大的温变范围,，减少流体耗量，,逆流更佳，工业上换热器多数为逆流，或尽量接近逆流,逆流缺点：高温在同一侧，受热面温差大，壁温均匀性,差，热应力大材料寿命；如高温下化学反应须用顺,流。措施：分段串联低温段逆流、高温段顺流,流体有相变的传热无顺流和逆流之别；两流体热容量,相差大,(,W,1,/,W,2,10 或,W,1,/,W,2,0.05)时，顺流和逆流相差不大,1.5.2 混流和错流(P36-38)了解,纯粹的逆流和混流较少，工业上多数为混流或错流(结构,决定)。,管内程数为偶数的简单混流：逆、顺排列先后-平均温差,恒,管内程数为奇数的简单混流：增加逆流程数，平均温差,多次混流：,可提高,平均温差,严格垂直的错流换热器较少,