22 操作型计算.ppt

一、操作型计算问题的引出二、传热单元数(NTU)法四、壁温的估算三、-NTU法的数学描述小结七、强化传热的途径五、非定态传热六、变系数的传热过程计算1/23/20231传热计算传热计算操作型计算操作型计算对数平均推动力对数平均推动力(LMTD)法的数学描述小结法的数学描述小结热量衡算式传热速率式并流、逆流折流、错流等复杂流式中热量衡算式和传热速率式共涉及9个独立变量，它们是Q、A、K、ms1、ms2、t1、t2、T1、T2。上述9个独立变量由3个独立方程约束，因此需给出其中的6个变量，才能计算出另外3个变量。中间组合变量有P、R、NTU、等可通过组合关联式联系，属于非独立变量。一、操作型计算问题的引出一、操作型计算问题的引出1/23/20232传热计算传热计算操作型计算操作型计算在设计型问题中，4个温度由工艺确定和人为选定，因此 、Q 及其它参数很容易算出。而对于常见的两类操作型问题：(1)对指定的生产任务，校核现有换热器是否适用。通常是已知 A、K、ms1、ms2、t1、T1，校核 Q（或 T2,或 t2）；(2)考察某一操作条件改变时，传热量及冷、热流体出口温度的变化情况；或为达到指定生产任务可采取的调节措施。如对给定的换热器，ms1、ms2、t1不变，而T1增高，分析Q、t2、T2的变化；或ms1、t1不变，而T1增高，为维持T2不变，ms2该作如何调节。对类型(2)，原则上进出口温度的变化会使流体的物性发生改变，但一般而言，其变化幅度不大，其影响可忽略。1/23/20233传热计算传热计算操作型计算操作型计算二、传热单元数二、传热单元数(NTU)法法以逆流操作为例T1 T2 t2 t11/23/20234传热计算传热计算操作型计算操作型计算令热容流量比热容流量比传热单元数传热单元数传热效率传热效率1/23/20235传热计算传热计算操作型计算操作型计算值得注意的是，据热力学原理，上面定义式中的 应是 中较小的，否则会出现另一流体的温差必然大于 ，这在热力学上是不可能的。T1T2t1t21/23/20236传热计算传热计算操作型计算操作型计算复杂流并流逆流1/23/20237传热计算传热计算操作型计算操作型计算1/23/20238传热计算传热计算操作型计算操作型计算-NTU关系关系(1)逆流(2)并流复杂流复杂流三、三、-NTU法的数学描述小结法的数学描述小结（有相变时）（有相变时）热量衡算热量衡算简单流简单流1/23/20239传热计算传热计算操作型计算操作型计算四、壁温的估算四、壁温的估算wwtT=稳定传热有稳定传热有若不考虑管壁热阻若不考虑管壁热阻若考虑管壁热阻若考虑管壁热阻1/23/202310传热计算传热计算操作型计算操作型计算总传热系数总传热系数传热温度差传热温度差变温差传热时1/23/202311传热计算传热计算操作型计算操作型计算五、非定态传热过程的拟定态处理五、非定态传热过程的拟定态处理对于间歇操作的夹套式换热器，考虑到物料的分批加热，夹套内通饱和蒸汽，釜内液体因充分混合，物料温度处处保持一致，因此任何时刻的热流密度q与加热位置无关。在d时段内作微分热量衡算在时段内的累积传热量1/23/202312传热计算传热计算操作型计算操作型计算解：解：（1）设在某一时刻 ，槽内液体的温度为t，经过时间 ，槽内液体的温度上升了 ，在微元时段 内作微分热量平衡槽内盛有10吨某有机物，拟用图示装置加热，加热介质为120的饱和水蒸气，在加热过程中，传热系数的平均值为320W/(m2 K)。加热器的换热面积为12m2，泵的输送量为4000kg/h，有机物的比热容2.1kJ/(kg K)。试求：（1）若将槽内有机物从20加热至80，需多长时间？（2）若泵的输送量增加至5000kg/h，传热系数 ，则将槽内有机物从20加热至80，需多长时间？（槽内液体因搅拌而温度均一，忽略热损失）对混合槽：对换热器：（1）（2）1/23/202313传热计算传热计算操作型计算操作型计算将式（2）化简得：（3）由式（1）得：（4）将式（3）和题给已知数据代入式（4）有1/23/202314传热计算传热计算操作型计算操作型计算（2）输送能力改变时，传热系数亦发生改变，由（1）知1/23/202315传热计算传热计算操作型计算操作型计算在定态传热计算中，一般均设流体的物性及传热系数K为某一平均数值而在全换热器内保持定值。当加热或冷却黏度较高的流体或流体进、出口温度变化范围较大时，温度变化对流体物性的影响比较显著，此时作为常数处理将导致明显误差。减少这一误差的简单处理方法是假定传热系数K与温差成线性关系(也就是与T或t成线性关系)。这样，对不计热损失的定态传热过程可导出如下的方程六、变系数的传热过程计算六、变系数的传热过程计算可以看出，由于假定传热系数K和温差t一样都是与流体温度成线性关系，故同样可用两端数值Kl和K2代表换热器内K值的连续变化，使问题大为简化。但是，假定传热系数与温差成线性关系的做法过于简单化，有时并不能很好地反映实际情况。对于定态变系数的传热过程，最妥善的方法是逐段计算，即将换热器分成许多微段，每一微段上的传热系数分别计算并视为常数。具体计算时，可将传热面分段，也可将流体进、出口温度的变化范围分段，微段的大小可视传热系数随流体温度的变化程度而定。逐段计算可借助计算机进行。1/23/202316传热计算传热计算操作型计算操作型计算（一）增大传热推动力（一）增大传热推动力传热温差传热温差 尽可能使两流体接近逆流操作，不要使温差校正系数低于允许值(0.8)。当温差校正系数太低时，采用两个小换热器串联代替一个大换热器是一种解决方法。（二）增大单位体积传热面积（二）增大单位体积传热面积通过采用翅片管，螺纹管，小直径管等都可达到目的，即使单位体积换热器的传热面提高。另外像板式，板翅式等新型换热器也很有效。（三）增大传热系数（三）增大传热系数 K 抓住主要矛盾；清除污垢；增强流体的湍动使层流底层减薄或受到破坏。例如在管内插入金属带扭成的麻花铁、有意加工成粗糙表面、在气相中喷入少量水雾等都是强化传热的有效方法。七、强化传热的途径七、强化传热的途径1/23/202317传热计算传热计算操作型计算操作型计算1/23/202318传热计算传热计算操作型计算操作型计算1/23/202319传热计算传热计算操作型计算操作型计算作业：作业：5-17，5-25，5-26，5-27，5-281/23/202320传热计算传热计算操作型计算操作型计算