换热器的设计基本原理优秀PPT.ppt

你现在浏览的是第一页，共94页魏高升魏高升动力工程系工程热物理教研室动力工程系工程热物理教研室动力工程系工程热物理教研室动力工程系工程热物理教研室 传热传质研究所传热传质研究所传热传质研究所传热传质研究所 办公：教办公：教4 4楼楼C209C209房间房间电话：电话：电话：电话：8079862780798627，5197131851971318Email：你现在浏览的是第二页，共94页参考书参考书1.1.换热器原理与设计，余建祖换热器原理与设计，余建祖 编著，北京航空航编著，北京航空航天大学出版社，天大学出版社，200520052.2.换热器换热器，秦叔经，秦叔经，叶文邦等编叶文邦等编，北京，北京-化学业化学业出版社出版社 2003 2003 3.3.电站锅炉空气预热器，国家电力公司电力机械局电站锅炉空气预热器，国家电力公司电力机械局编编，中国电力出版社中国电力出版社，2002 2002 4.4.换热器设计换热器设计，毛希澜主编毛希澜主编，上海科学技术出版上海科学技术出版社社 1988 1988 5.发电厂空冷技术，丁尔谋主编，水利电力出版社，发电厂空冷技术，丁尔谋主编，水利电力出版社，198819886.6.传热学第四版，杨世铭、陶文铨传热学第四版，杨世铭、陶文铨 编著，高等教编著，高等教育出版社，育出版社，20062006年年你现在浏览的是第三页，共94页第一章第一章 绪绪 论论你现在浏览的是第四页，共94页换热器换热器换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、交换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领域。通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能利用的主要设备。收和节能利用的主要设备。换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种介质的设备介质的设备介质的设备介质的设备你现在浏览的是第五页，共94页1.换热器的分类换热器的分类按照换热器的工作原理分类按照换热器的工作原理分类按照换热器的工作原理分类按照换热器的工作原理分类 间壁式间壁式间壁式间壁式 混合式（直接接触式）混合式（直接接触式）混合式（直接接触式）混合式（直接接触式）回热式（蓄热式）回热式（蓄热式）回热式（蓄热式）回热式（蓄热式）你现在浏览的是第六页，共94页 混混合合式式（直直直直接接接接接接接接触触触触式式式式）：换换换换热热热热器器器器内内内内冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体直直直直接接接接接接接接触、互相混合来实现热量交换。触、互相混合来实现热量交换。触、互相混合来实现热量交换。触、互相混合来实现热量交换。典型应用：典型应用：典型应用：典型应用：电厂中的水冷塔电厂中的水冷塔 海勒式间接空冷凝汽器海勒式间接空冷凝汽器 你现在浏览的是第七页，共94页你现在浏览的是第八页，共94页 蓄蓄热热式式：冷冷、热热两两种种流流体体依依次次交交替替地地流流过过换换热热器器的的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。你现在浏览的是第九页，共94页优点：结构紧凑，以单位传热面积计算，优点：结构紧凑，以单位传热面积计算，价格比较便宜。不存在永久性的流动停价格比较便宜。不存在永久性的流动停止区域，因此表面具有自清扫功能；缺止区域，因此表面具有自清扫功能；缺点：主要是泄漏和携带，还存在密封困点：主要是泄漏和携带，还存在密封困难等问题。难等问题。你现在浏览的是第十页，共94页 间间间间壁壁壁壁式式式式(表表表表面面面面式式式式换换换换热热热热器器器器)：其其中中冷冷热热流流体体被被一一个个固固体体壁壁面面隔隔开开，热热量量通通过过固固体体壁壁面面传传递递。这这种种换换热热器器要要发发生生热热流流体体与与壁壁面面间间的的对对流流换换热热、壁壁的的导导热热、壁壁面面与与冷冷流流体体间的对流换热三个环节组成的传热过程。间的对流换热三个环节组成的传热过程。在在在在以以以以上上上上三三三三种种种种类类类类型型型型的的的的换换换换热热热热器器器器中中中中间间间间壁壁壁壁式式式式换换换换热热热热器器器器的的的的用用用用量量量量最最最最大大大大，是占主导地位的换热器型式。是占主导地位的换热器型式。是占主导地位的换热器型式。是占主导地位的换热器型式。你现在浏览的是第十一页，共94页 套管式换热器示意图套管式换热器示意图套管式换热器示意图套管式换热器示意图 间壁式间壁式换热器的主要型式：换热器的主要型式：（1）套管式换热器套管式换热器 特特特特点点点点：结结结结构构构构简简简简单单单单、牢牢牢牢固固固固可可可可靠靠靠靠、可可可可串串串串并并并并联联联联使使使使用用用用，传传传传热热热热面面面面积有限，传热量小。积有限，传热量小。积有限，传热量小。积有限，传热量小。你现在浏览的是第十二页，共94页 （2 2）管壳式换热器管壳式换热器管壳式换热器管壳式换热器 由管子和外壳构成。由管子和外壳构成。由管子和外壳构成。由管子和外壳构成。2 2 2 2壳程、壳程、壳程、壳程、4 4 4 4管程换热器管程换热器管程换热器管程换热器 管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。你现在浏览的是第十三页，共94页 （3 3）肋片管式换热器肋片管式换热器 由带肋片的管束构成的换热装置。由带肋片的管束构成的换热装置。由带肋片的管束构成的换热装置。由带肋片的管束构成的换热装置。肋肋肋肋片片片片管管管管式式式式换换换换热热热热器器器器适适用用于于管管内内液液体体和和管管外外气气体体之之间间的的换换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。你现在浏览的是第十四页，共94页 （4）板翅式换热器板翅式换热器板翅式换热器板翅式换热器 由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。你现在浏览的是第十五页，共94页 （5）板式换热器板式换热器 由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。你现在浏览的是第十六页，共94页你现在浏览的是第十七页，共94页你现在浏览的是第十八页，共94页 （6）螺旋板式换热器螺旋板式换热器 由两块金属板卷制而成。由两块金属板卷制而成。螺螺旋旋板板式式换换热热器器传传热热性性能能较较好好、制制造造工工艺艺简简单单，但承压、密封性能较差但承压、密封性能较差 。你现在浏览的是第十九页，共94页空气空气 烟气烟气 热管式空气预热器示意图热管式空气预热器示意图 （7 7）热管式换热器热管式换热器 由多根热管构成。由多根热管构成。热热热热管管管管式式式式换换换换热热热热器器器器具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的传传传传热热热热性性性性能能能能，但但但但热热热热管管管管的的的的制制制制造造造造工工工工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。你现在浏览的是第二十页，共94页 间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向 在在冷冷、热热流流体体进进口口温温度度相相同同、流流量量相相同同、换换热热面面面面积积相相同同的的情情况况下下，流流动动型型式式影影响响冷冷、热热流流体体的的出出口口温温度度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。你现在浏览的是第二十一页，共94页2 换热器设计概述换热器设计概述2.12.1换热器的合理设计要求换热器的合理设计要求在给定的工作条件（流体流量，进口温度等）在给定的工作条件（流体流量，进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度。下，达到要求的传热量和流体出口温度。流体压降要小，以减少运行中的能量消耗；流体压降要小，以减少运行中的能量消耗；满足外形尺寸和重量的要求；满足外形尺寸和重量的要求；安全可靠，满足最高工作压力、工作温度以及防安全可靠，满足最高工作压力、工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面的要求；腐、防漏、工作寿命等方面的要求；制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；少初投资；安装、运输以及维护方便等安装、运输以及维护方便等你现在浏览的是第二十二页，共94页2.22.2换热器的设计过程换热器的设计过程换热器换热器设计指标设计指标总体布置：总体布置：选定类型、结构及材料选定类型、结构及材料流动形式流动形式传热表面传热表面热设计热设计传热计算传热计算流阻计算流阻计算优化分析优化分析传热表面的传热表面的工作特性工作特性几何参数几何参数流体及材料流体及材料的热物理的热物理性质性质结构设计：结构设计：构造、强度、振动、构造、强度、振动、密封、工艺、维修等密封、工艺、维修等可可供供选选择择的的方方案案评价和抉择评价和抉择评价依据评价依据择优条件择优条件最最佳佳设设计计你现在浏览的是第二十三页，共94页第二章第二章 换热器的传热及阻力计算换热器的传热及阻力计算你现在浏览的是第二十四页，共94页一、基本参数和方程一、基本参数和方程2.1 换热器的传热计算的基本参数换热器的传热计算的基本参数流体流体1 1的放热热流量的放热热流量 换热器的传热热流量换热器的传热热流量 流体流体2 2的吸热热流量的吸热热流量 你现在浏览的是第二十五页，共94页 二、二、换热器的传热热阻换热器的传热热阻 换热器的污垢热阻换热器的污垢热阻k0 0、k k 分分别别为为结结垢垢前后的传热系数前后的传热系数 你现在浏览的是第二十六页，共94页Ko为为以管外壁面积为基准计算的传热系数。以管外壁面积为基准计算的传热系数。以管外壁面积为基准计算的传热系数。以管外壁面积为基准计算的传热系数。你现在浏览的是第二十七页，共94页你现在浏览的是第二十八页，共94页你现在浏览的是第二十九页，共94页间壁式换热器的总传热热阻间壁式换热器的总传热热阻 热流体侧对流换热热阻热流体侧对流换热热阻间壁的导热热阻间壁的导热热阻污垢热阻污垢热阻冷流体侧对流换热热阻冷流体侧对流换热热阻流体与洁净肋片间的对流换热热阻流体与洁净肋片间的对流换热热阻你现在浏览的是第三十页，共94页典型间壁的传热热阻典型间壁的传热热阻 平壁平壁 圆管壁圆管壁 圆管壁外侧带肋片圆管壁外侧带肋片平壁两侧带肋片平壁两侧带肋片你现在浏览的是第三十一页，共94页几种常见扩展表面的肋片效率：几种常见扩展表面的肋片效率：对于等截面直肋：对于等截面直肋：肋片效率的影响因素：肋片效率的影响因素：你现在浏览的是第三十二页，共94页等厚度环肋：（工程上常用的，简化的）等厚度环肋：（工程上常用的，简化的）管束外整体肋（制冷装置的蒸发器，空冷凝汽器）管束外整体肋（制冷装置的蒸发器，空冷凝汽器）顺排（矩形肋片）：顺排（矩形肋片）：叉排，三角形（六边形肋）：叉排，三角形（六边形肋）：你现在浏览的是第三十三页，共94页rbabrbab你现在浏览的是第三十四页，共94页三、对数平均温差三、对数平均温差 你现在浏览的是第三十五页，共94页顺流与逆流的比较：顺流与逆流的比较：顺流顺流逆流逆流 （1 1）顺顺流流时时冷冷流流体体的的终终温温永永远远低低于于热热流流体体的的终终温温，而而逆逆流流时时冷冷流流体体的的终终温温可可以以超超过热流体的终温；过热流体的终温；（2 2）计计计计算算算算证证证证明明明明，当当当当冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体进进进进出出出出口口口口温温温温度度度度相相相相同同同同时时时时，逆逆逆逆流流流流的的的的平平平平均均均均温温温温差大于顺流差大于顺流差大于顺流差大于顺流；（3 3）逆逆流流时时换换热热面面的的温温度度变变化化大大，容容易易造造成成热热应应力力破坏破坏；你现在浏览的是第三十六页，共94页 对对于于如如图图所所示示的的简简单单多多程程交交叉叉流流，只只要要折折流流一一方方的的折折流流次次数数多多于于4 4次次，就就可可以以按按纯逆流或纯顺流来计算。纯逆流或纯顺流来计算。为为冷冷、热热流流体体进进、出出口口温温度度相相同同情情况况下下逆逆流流时时的对数平均温差；的对数平均温差；为小于为小于1 1的修正系数，的修正系数，其它复杂布置时换热器其它复杂布置时换热器平均传热温差的计算平均传热温差的计算 对于复杂的多程交叉流对于复杂的多程交叉流对于复杂的多程交叉流对于复杂的多程交叉流你现在浏览的是第三十七页，共94页壳侧壳侧1程，管侧程，管侧2，4，6，程时的温差修正系数程时的温差修正系数 你现在浏览的是第三十八页，共94页壳侧壳侧2程，管侧程，管侧4，8，12，程时的温差修正系数程时的温差修正系数 你现在浏览的是第三十九页，共94页交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数 你现在浏览的是第四十页，共94页交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数 几点说明：几点说明：几点说明：几点说明：（1 1）图图的的下下半半部部，尤尤其其R较较大大时时，曲曲线线几几乎乎竖竖直直，查查图图误误差差较较大大，这这时时可可用用PR PR 代代替替P，1/R/R代代替替R查查图图。对对任任意意一一台台换换热热器器，都都有有f(P,R)=f(PR,PR,1 1/R)，这这称称为换热器的互易性规则。为换热器的互易性规则。你现在浏览的是第四十一页，共94页（2 2 2 2）若若若若有有有有一一一一侧侧侧侧发发发发生生生生相相相相变变变变，P P、R R中中必必有有一一个个等等于于零零，此此时时 =1 1。（3 3）冷冷、热热流流体体走走管管侧侧还还是是壳壳側側不不影影响响修修正正系系数数，即即不影响传热温差。不影响传热温差。你现在浏览的是第四十二页，共94页分别指出分别指出分别指出分别指出（a)、(b)两组图中的两个图哪个正确。两组图中的两个图哪个正确。你现在浏览的是第四十三页，共94页2.2 换热器传热计算的基本方法换热器传热计算的基本方法 换热器的热计算分为两种类型：换热器的热计算分为两种类型：(1)(1)设设计计计计算算：根根根根据据据据换换换换热热热热条条条条件件件件和和和和要要要要求求求求，设设设设计计计计一一一一台台台台新新新新换换换换热器，为此需要确定换热器的类型、结构及换热面积热器，为此需要确定换热器的类型、结构及换热面积热器，为此需要确定换热器的类型、结构及换热面积热器，为此需要确定换热器的类型、结构及换热面积。换热器计算的两种方法：换热器计算的两种方法：1.1.1.1.平均温差法；平均温差法；平均温差法；平均温差法；2.2.效能效能-传热单元数法。传热单元数法。(2)(2)校校校校核核核核计计计计算算算算：核核核核算算算算已已已已有有有有换换换换热热热热器器器器能能能能否否否否满满满满足足足足换换换换热热热热要要要要求求求求，一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。你现在浏览的是第四十四页，共94页 1.1.换热器传热计算的平均温差法：换热器传热计算的平均温差法：（1 1 1 1）设计计算：）设计计算：）设计计算：）设计计算：根根据据生生产产任任务务的的要要求求，给给定定冷冷、热热流流体体的的质质量量流流量量 和和4个个进进、出出口口温温度度中中的的3个个，需需确确定定换换热热器器的的型型式式、结结构构，计计算算传传热热系系数数k、换换热热面面积积A、流流动动阻力及结构强度等。阻力及结构强度等。换热器传热计算的基本公式：换热器传热计算的基本公式：3个个个个方方方方程程程程有有有有8 8个个独独立立变变量量，只只要要知知道道其其中中5个个变变量量，可求其它可求其它3个。个。个。个。你现在浏览的是第四十五页，共94页 设计计算步骤：设计计算步骤：设计计算步骤：设计计算步骤：(a)根根据据给给定定的的换换热热条条件件，如如流流体体性性质质、流流量量、温温度度和和压压力力范范围围等等，选选择择换换热热器器类类型型，布布置置换换热热面面，计计算换热面两侧的表面传热系数算换热面两侧的表面传热系数 及总传热系数及总传热系数k；(b)根据给定条件，由式根据给定条件，由式求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量；(c)由由4个进出口温度及流动型式求平均温差个进出口温度及流动型式求平均温差 ；(d)由由式式 求求出出所所需需的的换换热热面面积积A，如如与与初选换热面积不一致，则需重新布置换热面初选换热面积不一致，则需重新布置换热面;(e)(e)计计算算换换热热器器的的流流动动阻阻力力，如如果果阻阻力力过过大大，会会加加大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。你现在浏览的是第四十六页，共94页 (2)(2)(2)(2)校核计算：校核计算：校核计算：校核计算：已已知知已已有有换换热热器器的的换换热热面面积积A、两两侧侧流流体体的的质质量量流流量量 、进进口口温温度度 等等5个个参参数数，须须计计算算热热、冷流体的出口温度冷流体的出口温度 和换热量和换热量 。计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：(a)先先假假设设一一个个流流体体的的出出口口温温度度用用热热平平衡衡方方程程式式求求出出换换热热量量 和和另一个流体的出口温度；另一个流体的出口温度；(b)根据流体的根据流体的4个进、出口温度求平均温差个进、出口温度求平均温差 ；(c)计计算算换换热热面面两两侧侧的的表表面面传传热热系系数数 ，进进而而求得传热系数求得传热系数 k ；(d)由式由式 求出换热量求出换热量 ;(e)比比较较 与与 ，如如果果相相差差较较大大,再再重重新新假假设设流流体体出口温度，重复上述计算，直到满意为止出口温度，重复上述计算，直到满意为止。你现在浏览的是第四十七页，共94页 一一台台逆逆流流式式换换热热器器刚刚投投入入工工作作时时的的运运行行参参数数如如下下：热热流流体体的的质质量量流流量量与与比比热热容容的的乘乘积积 W/K，热热流流体体的的进进、出出口口温温度度分分别别为为 、，冷冷流流体体的的进进、出出口口温温度度分分别别为为 、，传传热热系数系数k=800 W/m2K。运行一年后发现，在。运行一年后发现，在 、及及 、保保持持不不变变的的情情况况下下，由由于于结结垢垢使使得得冷冷流体只能被加热到流体只能被加热到 oC，试计算：，试计算：（1 1）结垢后热流体的出口温度；）结垢后热流体的出口温度；（2 2）结垢后换热器的传热系数；）结垢后换热器的传热系数；（3 3）换热器单位面积的污垢热阻。）换热器单位面积的污垢热阻。你现在浏览的是第四十八页，共94页 解解：（1 1）如如果果忽忽略略换换热热器器的的散散热热损损失失，根根据据冷冷、热热流体的热平衡，流体的热平衡，解得解得解得解得 结垢后的传热量为结垢后的传热量为你现在浏览的是第四十九页，共94页解得解得 （2）结垢前的对数平均温差结垢前的对数平均温差 结垢后的对数平均温差结垢后的对数平均温差结垢后的对数平均温差结垢后的对数平均温差 你现在浏览的是第五十页，共94页结垢前结垢前结垢后结垢后 结垢后的传热系数结垢后的传热系数 （3 3）结垢后结垢后换热器单位面积的污垢热阻换热器单位面积的污垢热阻 结垢后结垢后结垢后结垢后换热器总污垢热阻换热器总污垢热阻你现在浏览的是第五十一页，共94页 2.效能效能 传热单元数方法传热单元数方法 效效能能传传热热单单元元数数方方法法（EffectivenessNumber of Transfer Units method），简写为，简写为 -NTU方法。方法。方法。方法。（1 1）基本定义）基本定义 换热器效能：换热器效能：换热器效能：换热器效能：分分母母为为换换热热器器中中可可能能的的最最大大温温差差，而而分分子子为为较较小小热热容容流流体体的的温温度度变变化化的的绝绝对对值值。换换热热器器效效能能表表示示换换热热器器中中的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。你现在浏览的是第五十二页，共94页 传热单元数：传热单元数：传热单元数传热单元数传热单元数传热单元数NTUNTU反映换热器传热能力大小反映换热器传热能力大小 。（2 2）-NTU 关系式关系式 以顺流为例，假定热流体热容较小，即以顺流为例，假定热流体热容较小，即根据效能的定义，根据效能的定义，你现在浏览的是第五十三页，共94页根据冷、热流体的热平衡，根据冷、热流体的热平衡，你现在浏览的是第五十四页，共94页NTU你现在浏览的是第五十五页，共94页该该该该式式式式为为为为顺顺顺顺流流流流时时时时换换换换热热热热器器器器效效效效能能能能、传传传传热热热热单单单单元元元元数数数数和和和和热热热热容容容容比比比比三三三三者者者者之之之之间间间间的的的的函数关系式。可以证明，若函数关系式。可以证明，若函数关系式。可以证明，若函数关系式。可以证明，若q qm2m2c c2最小时也可得出同样的结果。最小时也可得出同样的结果。最小时也可得出同样的结果。最小时也可得出同样的结果。对对对对于于于于逆逆逆逆流流流流换换换换热热热热器器器器，同同同同样样样样可可可可以以以以导导导导出出出出效效效效能能能能、传传传传热热热热单单单单元元元元数数数数和和和和热热热热容比三者之间的函数关系式：容比三者之间的函数关系式：容比三者之间的函数关系式：容比三者之间的函数关系式：若若一一侧侧发发生生相相变变，热热容容比比等等于于零零，不不管管流流动动方方式式如如何，均有何，均有 你现在浏览的是第五十六页，共94页若若若若qm2c c2 qm2c2，顺流：，顺流：，顺流：，顺流：逆流：逆流：逆流：逆流：你现在浏览的是第五十七页，共94页以上两式也可以化成以上两式也可以化成NTUNTU表达式：表达式：表达式：表达式：顺流：顺流：逆流：逆流：逆流：逆流：无无无无论论论论是是是是顺顺顺顺流流流流换换换换热热热热器器器器还还还还是是是是逆逆逆逆流流流流换换换换热热热热器器器器，效效效效能能能能、传传传传热热热热单单单单元元元元数和热容比三者之间存在函数关系式：数和热容比三者之间存在函数关系式：数和热容比三者之间存在函数关系式：数和热容比三者之间存在函数关系式：你现在浏览的是第五十八页，共94页你现在浏览的是第五十九页，共94页你现在浏览的是第六十页，共94页你现在浏览的是第六十一页，共94页你现在浏览的是第六十二页，共94页你现在浏览的是第六十三页，共94页你现在浏览的是第六十四页，共94页 不不不不同同同同流流流流动动动动形形形形式式式式换换换换热热热热器器器器的的的的效效效效能能能能-传传传传热热热热单单单单元元元元数数数数关关关关系系系系具具具具有有有有以以以以下下下下特征：特征：特征：特征：（1 1）效效能能一一般般随随传传热热单单元元数数的的增增大大而而增增大大，且且趋趋于于平缓；平缓；（2 2）效能随热容比的减小而增加；）效能随热容比的减小而增加；（3 3）逆逆流流换换热热器器的的效效能能始始终终随随传传热热单单元元数数的的增增大大而而增增大大，而而顺顺流流换换热热器器的的效效能能当当NTU达达到到2.5以以以以后后后后曲曲曲曲线线线线就就就就几几几几乎乎乎乎不不不不再再再再向向向向上上上上升升升升，这这这这说说说说明明明明顺顺顺顺流流流流换换换换热热热热器器器器的的的的面面面面积积积积（即即即即NTU值值值值）过分增大没有意义。说明逆流优于顺流。过分增大没有意义。说明逆流优于顺流。过分增大没有意义。说明逆流优于顺流。过分增大没有意义。说明逆流优于顺流。你现在浏览的是第六十五页，共94页 （3 3）换热器热计算的换热器热计算的换热器热计算的换热器热计算的 -NTU 方法方法方法方法 A A.设计计算：设计计算：设计计算：设计计算：计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：根根据据生生产产任任务务的的要要求求，给给定定冷冷、热热流流体体的的质质量量流流量量 和和4个个进进、出出口口温温度度中中的的3个个，需需确确定定换换热热器器的的型型式式、结结构构，计计算算传传热热系系数数k、换换热热面面积积A、流流动动阻力及结构强度等。阻力及结构强度等。(a)根根据据给给定定的的换换热热条条件件，如如流流体体性性质质、流流量量、温温度度和和压压力力范范围围等等，选选择择换换热热器器类类型型，布布置置换换热热面面，计计算换热面两侧的表面传热系数算换热面两侧的表面传热系数 及总传热系数及总传热系数k；(b)(b)根据给定条件，由式根据给定条件，由式求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量；你现在浏览的是第六十六页，共94页 (c)根根据据进进出出口口温温度度求求出出换换热热器器的的效效能能以以及及两两侧侧流流体的热容比体的热容比:(d)(d)根根根根据据据据换换换换热热热热器器器器的的的的结结结结构构构构和和和和流流流流动动动动方方方方式式式式选选选选择择择择相相相相应应应应的的的的函函函函数数数数关关关关系系系系式或图线，式或图线，式或图线，式或图线，求出求出求出求出NTUNTU值，进而根据值，进而根据 求出换热面积求出换热面积A A；你现在浏览的是第六十七页，共94页 (e)与与初初选选面面积积比比较较，若若不不一一致致，修修改改设设计计方方案案并并重新计算，直到两者基本一致为止重新计算，直到两者基本一致为止;(f)(f)计计计计算算算算换换换换热热热热器器器器的的的的流流流流动动动动阻阻阻阻力力力力和和和和强强强强度度度度，如如如如果果果果不不不不合合合合适适适适，须须须须改变方案，重新设计。改变方案，重新设计。改变方案，重新设计。改变方案，重新设计。你现在浏览的是第六十八页，共94页 B B.校核计算：校核计算：校核计算：校核计算：已已知知已已有有换换热热器器的的换换热热面面积积A、两两侧侧流流体体的的质质量量流流量量 、进进口口温温度度 等等5个个参参数数，须须计计算算热热、冷冷流体的出口温度流体的出口温度 和换热量和换热量 。计算步骤：计算步骤：(a)先先先先假假假假设设设设热热热热容容容容量量量量较较较较小小小小流流流流体体体体的的的的出出出出口口口口温温温温度度度度，用用用用热热热热平平平平衡衡衡衡方方方方程式求出另一个流体的出口温度；程式求出另一个流体的出口温度；程式求出另一个流体的出口温度；程式求出另一个流体的出口温度；你现在浏览的是第六十九页，共94页 (c)(c)根根根根据据据据已已已已知知知知传传传传热热热热面面面面积积积积、总总总总传传传传热热热热系系系系数数数数和和和和较较较较小小小小侧侧侧侧热热热热容容容容可可可可直直直直接求出换热器的传热单元数接求出换热器的传热单元数接求出换热器的传热单元数接求出换热器的传热单元数NTU：(e)由由由由效效效效能能能能直直直直接接接接求求求求出出出出小小小小热热热热容容容容侧侧侧侧流流流流体体体体的的的的出出出出口口口口温温温温度度度度，再再再再由由由由能量守恒关系式得到另一个出口温度能量守恒关系式得到另一个出口温度能量守恒关系式得到另一个出口温度能量守恒关系式得到另一个出口温度；(b)计计算算换换热热面面两两侧侧的的表表面面传传热热系系数数 ，进进而而求得传热系数求得传热系数 k ；(d)(d)根根根根据据据据换换换换热热热热器器器器的的的的结结结结构构构构和和和和流流流流动动动动方方方方式式式式选选选选择择择择相相相相应应应应的的的的函函函函数数数数关关关关系式或图线，求出换热器效能系式或图线，求出换热器效能系式或图线，求出换热器效能系式或图线，求出换热器效能你现在浏览的是第七十页，共94页 (e)与与假假设设的的出出口口温温度度比比较较，如如果果相相差差较较大大,再再重重新新假设，重复上述计算，直到满意为止假设，重复上述计算，直到满意为止。(f)流流体体的的出出口口温温度度确确定定后后，就就可可以以用用热热平平衡衡方方程程式求出换热量：式求出换热量：对对对对比比比比换换换换热热热热器器器器校校校校核核核核计计计计算算算算的的的的平平平平均均均均温温温温差差差差法法法法和和和和效效效效能能能能传传传传热热热热单单单单元元元元数数数数法法法法，只只只只要要要要总总总总传传传传系系系系数数数数未未未未给给给给定定定定，迭迭迭迭代代代代计计计计算算算算过过过过程程程程就就就就不不不不可可可可避避避避免免免免。但但但但是是是是 -NTU方方法法所所需需迭迭代代次次数数很很少少，这这正正是是 -NTUNTU方方方方法的优越性。法的优越性。法的优越性。法的优越性。利利用用线线算算图图计计算算虽虽然然方方便便，但但精精度度较较低低，因因此此应应尽尽量应用公式计算。量应用公式计算。你现在浏览的是第七十一页，共94页你现在浏览的是第七十二页，共94页你现在浏览的是第七十三页，共94页 用用用用温温温温度度度度为为为为6060、流流流流量量量量为为为为32 t/h 的的地地热热水水采采暖暖供供热热。使使用用一一台台115/115115/115的的的的逆逆逆逆流流流流锯锯锯锯齿齿齿齿型型型型板板板板式式式式换换换换热热热热器器器器。若若若若冷冷冷冷水水水水流流流流量量量量为为为为27 27 t/ht/h，入口温度为，入口温度为15，试求换热量和热、冷水的出口温度。，试求换热量和热、冷水的出口温度。，试求换热量和热、冷水的出口温度。，试求换热量和热、冷水的出口温度。已已知知换换热热器器的的单单板板片片换换热热面面积积等等于于0.193 m2，单单通通道道流流通通截截面面积积为为0.00134 m2 2，当当量量直直径径为为0.0096 m，不不锈锈钢钢板板片片的的厚厚度度为为0.8 0.8 mmmm。两两侧侧允允许许压压降降均均为为50 kPa。对流换热关联式为对流换热关联式为 摩擦系数关联式：摩擦系数关联式：摩擦系数关联式：摩擦系数关联式：f=16.8/Re 0.294 5Nuf=0.31 Ref0.61 Prf0.3(0.4)，Ref 1000 你现在浏览的是第七十四页，共94页60你现在浏览的是第七十五页，共94页 解解：1.1.1.1.平均温差法平均温差法平均温差法平均温差法 假设：（假设：（1 1）常物性；）常物性；（2 2）沿程的总传热系数是常量；）沿程的总传热系数是常量；（3 3）不计散热损失。）不计散热损失。假假设设冷冷水水侧侧的的出出口口温温度度为为4545 ，由由由由热热热热平平平平衡衡衡衡关关关关系系系系式式式式可可可可以以以以得得得得热水的出口温度为热水的出口温度为热水的出口温度为热水的出口温度为 热水的平均温度为热水的平均温度为51.6 ，查物性表得，查物性表得，查物性表得，查物性表得 1 1 =987.3 987.3 kg/mkg/m3 3，1 1=0.65 W/(mK)，1 =0.544 0.544 mm2 2/s/s，Pr1 1=3.452 你现在浏览的是第七十六页，共94页 热水的流速为热水的流速为 热水的雷诺数热水的雷诺数热水的雷诺数热水的雷诺数 热水側对流换热的表面传热系数热水側对流换热的表面传热系数你现在浏览的是第七十七页，共94页 冷水的平均温度为冷水的平均温度为冷水的平均温度为冷水的平均温度为35 ，查物性表得，查物性表得 2=994 kg/m=994 kg/m3 3，2=0.626 5 W/(mK)K)，2=0.732=0.732 10 106 m2/s，Pr2=4.865 冷水的速度冷水的速度 冷水的雷诺数冷水的雷诺数冷水的雷诺数冷水的雷诺数你现在浏览的是第七十八页，共94页 冷水側对流换热的表面传热系数冷水側对流换热的表面传热系数冷水側对流换热的表面传热系数冷水側对流换热的表面传热系数 不不锈锈钢钢板板片片在在5050 附附近近的的导导热热系系数数为为16.3 16.3 W/(mW/(mK)，其其其其导热热阻为导热热阻为导热热阻为导热热阻为R Rp p=/p=0.8=0.8103 3 m/16.3 W/(m2 2K)=0.491 m =0.491 m2 2 K/W查表，取两侧水的总污垢热阻为查表，取两侧水的总污垢热阻为查表，取两侧水的总污垢热阻为查表，取两侧水的总污垢热阻为 Rf f =0.7104 4 m m2K/WK/W你现在浏览的是第七十九页，共94页 换热器的总传热系数换热器的总传热系数换热器的总传热系数换热器的总传热系数 换热器的换热器的对数平均温差对数平均温差你现在浏览的是第八十页，共94页 由以下两式分别求出两个换热量由以下两式分别求出两个换热量 1=qm2c2(t2 t2)=27103 kg/3 600 s 4.174 kJ/(kg K)(4525)626.1 kW2=kA tm =2 475 W/(m2K)5.597 m2 16.51 228.7 kW二二二二者者者者相相相相差差差差太太太太大大大大，显显显显然然然然该该该该假假假假设设设设t2 2 45 45 不不正正确确，必必须须修修改改t2 的假设值并重复上述计算过程：的假设值并重复上述计算过程：你现在浏览的是第八十一页，共94页 假设假设假设假设t t2 2 3131 ，重复上述计算过程，结果如下：，重复上述计算过程，结果如下：u2=0.373 4 m/s,t2m28，2 =996.2 996.2 kg/mkg/m3 3，2 2=0.614 2 W/(m K)K)，2 2=0.845 10 106 6 m2/s，Pr 2=5.74 冷水：冷水：热水：热水：t1m57.5 57.5，1 1 =986.8 986.8 kg/mkg/m3 3，1=0.651 W/(m K)，1=0.497 5 10106 mm2/s/s，Pr1 1=3.13你现在浏览的是第八十二页，共94页 u u1=0.446 8 m/s，总传热系数：总传热系数：又一次得到两个不同的换热量值又一次得到两个不同的换热量值 ：1 1=q qm2c2 2(t t2t t2 )=187.92 kW 2 2=kAkA tm=405.3 kW 根据两次得到的两个不同换热量值作图根据两次得到的两个不同换热量值作图 ：你现在浏览的是第八十三页，共94页两两两两条条条条直直直直线线线线的的的的交交交交点点点点可可可可查查查查到到到到比比比比较较较较接近于实际的接近于实际的接近于实际的接近于实际的t2 36。用用此此t t2 值值值值重重重重复复复复上上上上述述述述计计计计算算算算过程，可得过程，可得过程，可得过程，可得 1=344.4 kW,2=343.0 kW这这这这两两两两个个个个换换换换热热热热量量量量非非非非常常常常接接接接近近近近，说说说说明明明明36 是是正正确确的的t2 2 值值值值。