第十章-传热过程分析及换热器计算ppt课件.ppt
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1、 河海大学常州校区u复合传热问题的分析计算复合传热问题的分析计算u对数平均温压的概念及计算对数平均温压的概念及计算u传热过程的强化与削弱措施传热过程的强化与削弱措施u换热器的基本知识和计算过程换热器的基本知识和计算过程第十章第十章 传热过程分析与换热器热计算传热过程分析与换热器热计算重点内容重点内容 河海大学常州校区10-1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算10-2 换热器的类型换热器的类型 10-3 换热器中传热过程平均温差的计算换热器中传热过程平均温差的计算10-4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计 10-5 传热的强化和隔热保温技术传热的强化和隔热保温技术 河海大学常州校
2、区10-1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 河海大学常州校区 河海大学常州校区传热方程式传热方程式 12()ffkA ttkA t (1-11) 传热系数(量纲同传热系数(量纲同 h, 2()Wm )一、通过平壁的传热一、通过平壁的传热1、通过单层壁的传热、通过单层壁的传热 如图如图 传热系数:传热系数: 12111khh(10-1)即()即(1-12) 河海大学常州校区二、通过圆管壁的传热二、通过圆管壁的传热 1、单壁、单壁 如图如图 三个传热环节三个传热环节 ()iifiwiAh tt ()1ln()2wiwooittddl ()oowofoA h tt , , , WWW相等,
3、变形为相等,变形为 fiwiiitth Aln2owiwoidttldwofoootth A(2-28)牛顿冷牛顿冷却公式却公式 河海大学常州校区三式相加:三式相加: 111111(ln)(ln)22oooofifoiiioooiiiodAAdttAhldA hAhAldh 0000001111(ln)2iiidddAh ddhA k 0000()()fiffifkA ttk d l tt (10-3) 以管外侧面积为基准的传热系数以管外侧面积为基准的传热系数 111ln2oooiiiokdddh ddh(10-4) 1111ln2ooiiioodkAh Aldh A(10-5) 00iiAd
4、 lAd l 河海大学常州校区2、多层壁(、多层壁( j层)层) 12()ffkA tt 12121111111111lnlnlnln2joooiiijjjjokddddddh dddddh1111111lnln22ooooooiiioiiiokddddddh ddhh ddh比较单层壁:比较单层壁:(1)多层平壁:)多层平壁:12111jjjkhh(2)多层管壁:)多层管壁:()ofifokA tt 河海大学常州校区三、临界热绝缘直径三、临界热绝缘直径 1、散热量与热绝缘层外径的关系、散热量与热绝缘层外径的关系 00000000()111111lnln22iiiiiiiittl ttddAh
5、ldA hhddh d 0d 001h d(外侧面积增大,对流换热量(外侧面积增大,对流换热量 ) 01ln2idd (绝缘层厚度增大,(绝缘层厚度增大,导热热阻增加,导热热阻增加, ) 上式中:上式中: 河海大学常州校区10-2 河海大学常州校区2、临界绝缘直径、临界绝缘直径 crd的大小的大小 令令 020002000011()()20111ln2iiiil ttdh dddddhddh d 002crddh(10-8) d0dcr,利于保温利于保温d0 4,则可作为纯,则可作为纯顺流顺流或或逆流逆流处理处理修正系数,修正系数,见图见图10-23,10-242、交叉流换热器、交叉流换热器(
6、1)一次一次交叉流换热器交叉流换热器mt计算同样用计算同样用式(式(10-12), 见见图图10-25,10-26(2) 蛇形管束蛇形管束换热器(换热器(多次多次交叉)交叉)用式(用式(10-11)计算)计算ctfmmtt)( 河海大学常州校区关于关于 的注意事项的注意事项(1 1) 值取决于无量纲参数值取决于无量纲参数 P P和和 R R22111222,ttttPRtttt式中:下标式中:下标1、2分别表示两种流体,上角标分别表示两种流体,上角标 表示进口,表示进口, 表示出口,图表中均以表示出口,图表中均以P为横坐标,为横坐标,R为参量。为参量。(3 3)R R的物理意义:两种流体的热容
7、量之比的物理意义:两种流体的热容量之比1122221 1mmttqcRttq c(2 2)P P的物理意义:流体的物理意义:流体2 2的实际温升与理论上所能达到的实际温升与理论上所能达到 的最大温升之比,所以只能小于的最大温升之比,所以只能小于1 1(4 4) 对于管壳式换热器,查图时需要注意流动的对于管壳式换热器,查图时需要注意流动的“程程”数数 河海大学常州校区【例】某换热器,壳侧热流体的进出口温度分别为【例】某换热器,壳侧热流体的进出口温度分别为 300300和和150150,管侧冷流体的进出口温度分别为,管侧冷流体的进出口温度分别为3535和和8585。求该换热器分别布置为纯逆流纯顺流
8、。求该换热器分别布置为纯逆流纯顺流及一次叉流时的平均温差。及一次叉流时的平均温差。【解【解】 (1 1)逆流布置)逆流布置tm=( tmax- tmin)/ln(tmax/tmintm=( tmax- tmin)/ln(tmax/tmin) )=(300-85)-(150-35)/ln(300-85)/(150-35)=159.8 =(300-85)-(150-35)/ln(300-85)/(150-35)=159.8 (2 2) 顺流布置顺流布置tm=( tmax- tmin)/ln(tmax/tmintm=( tmax- tmin)/ln(tmax/tmin) ) = (300-35)-(
9、150-85)/ln(300-35)/(150-85) = (300-35)-(150-85)/ln(300-35)/(150-85) =142.3 =142.3 河海大学常州校区(3) (3) 叉流布置叉流布置P=(t2”-t2)/ (t1-t2)=(85-35)/(300-35)=0.19R=(t1-t1”)/(t2”-t2)=(300-150)/(85-35)=3从图从图10-2510-25(P P480480)查得修正系数)查得修正系数=0=0.97.97,所以,所以tm= ( tmax- tmin)/ln(tmax/tmintm= ( tmax- tmin)/ln(tmax/tmin
10、) ) =0.97 =0.97159.8=155 159.8=155 由上述计算可知,逆流布置的对数温差最大,即由上述计算可知,逆流布置的对数温差最大,即若换热量相同传热系数相同时,逆流式换热器所需若换热量相同传热系数相同时,逆流式换热器所需的换热面积最小。的换热面积最小。t1t2t2”t1” 河海大学常州校区例:为了得到热水,例:为了得到热水,0.361 MPa (ts=140) 的水蒸气在管的水蒸气在管外凝结(如图所示),冷却水在盘管内流动,冷水进换热外凝结(如图所示),冷却水在盘管内流动,冷水进换热器时的温度为器时的温度为25,加热到,加热到95,画出换热器冷热流体,画出换热器冷热流体的
11、温度变化曲线,并求其对数平均温差。的温度变化曲线,并求其对数平均温差。 )C(6 .7445115ln709514025140ln)95140()25140(mt 河海大学常州校区10-410-4间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计换热器热计算换热器热计算 设计计算设计计算(全新设计,求换热面积(全新设计,求换热面积 A) 校核计算校核计算 (已有设备,求出口温度(已有设备,求出口温度 1t, 2t) 河海大学常州校区一、换热器热计算的基本方程式一、换热器热计算的基本方程式 1、传热方程式、传热方程式 mkA t (10-14) 2、热平衡方程式、热平衡方程式 1 111( )mq c t
12、t (10-15) maxminmaxminlnmttttt(10-12) 2222( )mq c tt 共共4个方程式个方程式 河海大学常州校区2)设计计算(设计工况)设计计算(设计工况)1 1mq c已知, 22mq c, 任意任意3个端温个端温 kA3)校核计算(非设计工况,即变工况)校核计算(非设计工况,即变工况) kA已知, 1 1mq c, 22mq c, 1t, 2t 1t, 2t1)变量数)变量数 kA, 1 1mq c, 22mq c, , mt9个个 1t, 1t2t, , 2t(给出(给出5个已知数,有个已知数,有4个方程,可求解)个方程,可求解)分析:分析: 河海大学常
13、州校区二、设计计算二、设计计算平均温差法平均温差法步骤步骤:1、由、由式(式(10-15)求求 2t, 2、确定换热器型式、布置换热面、确定换热器型式、布置换热面由由式(式(10-12)求求 mt注意修正系数注意修正系数 (0.9)3、计算、计算 k,(,( h已知,) 4、由、由式(式(10-14)求出求出 kAA 5、核算两侧流体的流阻,若流阻太大(流体力学的、核算两侧流体的流阻,若流阻太大(流体力学的知识),知识), 改设计方案改设计方案1 1mq c已知, 22mq c, kA2t1t1t, , 1 1112 222( )( )mmq c ttq c tt mkA t maxminma
14、xminlnmttttt 河海大学常州校区对于对于校核计算(已知校核计算(已知 ,及两个进口温度,及两个进口温度,求求 )(1)(1)先假设一个流体的出口温度,按热平衡式计算先假设一个流体的出口温度,按热平衡式计算另一个出口温度另一个出口温度(2 2)根据)根据4 4个进出口温度求得平均温差个进出口温度求得平均温差(3 3)根据换热器的结构,算出相应工作条件下的总传热系)根据换热器的结构,算出相应工作条件下的总传热系数数k k(4 4)已知)已知kAkA和和 ,按传热方程式计算在假设出口温度下的,按传热方程式计算在假设出口温度下的(5 5)根据)根据4 4个进出口温度,用热平衡式计算另一个个进
15、出口温度,用热平衡式计算另一个 ,这,这个值和上面的个值和上面的 ,都是在假设出口温度下得到的,因此,都是在假设出口温度下得到的,因此,都不是真实的换热量都不是真实的换热量(6 6)比较两个)比较两个 值,满足精度要求,则结束,否则,重新假定出口温值,满足精度要求,则结束,否则,重新假定出口温度,重复度,重复(1)(6)(1)(6),直至满足精度要求。,直至满足精度要求。1 122,mmA qc qc12tt,mtmt1211 111( )mq c tt 2222( )mq c tt mkA t maxminmaxminlnmttttt三、校核计算三、校核计算(变工况计算)(变工况计算) 河海
16、大学常州校区二、传热单元数(二、传热单元数(-NTU法)法) 1、定义换热器的效能、定义换热器的效能 1122max1212max ,tttttttttt(10-16) 则则 minmaxmq ctt 注意注意式(式(10-15)热平衡热平衡 121 122mmttq cq c 12minmq ctt(10-17) 表示换热器的实际换热效果与最大可能的表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比换热效果之比 河海大学常州校区 2、推导、推导的表达式的表达式 以纯顺流为例以纯顺流为例 设设 1 122mmq cq c,则,则 12tt 1112tttt(a) 根据热平衡根据热平衡式(式(9-
17、15) 1 1112222( )( )mmq c ttq c tt1 1221122( )mmq cttttqc( b )(a)()(b)相加:)相加: 1 112121222( )( )1( )mmq cttttttq c1 112122211mmq cttttq c (c) max12tttt1112tttt(a) 河海大学常州校区1 12211mmttq cq c顺流顺流 1212exp()kAtttekAttt其中其中 1 12211mmq cqc,代入上式得:,代入上式得: 1 11 1221 1221 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c(e) 河海大学常州校区
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