间壁式热质交换设备的热工计算优秀PPT.ppt
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1、间壁式热质交换设备的热工计算间壁式热质交换设备的热工计算第一页,本课件共有52页热质交换设备热质交换设备l在暖通空调等许多工程应用中,经常需要在在暖通空调等许多工程应用中,经常需要在系统和它的周围环境之间或在同一系统的不同系统和它的周围环境之间或在同一系统的不同部分之间传递热量和质量。部分之间传递热量和质量。l这种以在两种流体之间传递热量和质量为基本这种以在两种流体之间传递热量和质量为基本目的的设备称为目的的设备称为热质交换设备热质交换设备。l在设备中,有时仅有热量传递,有时热量传递在设备中,有时仅有热量传递,有时热量传递与质量传递同时发生。与质量传递同时发生。第二页,本课件共有52页本章主要
2、内容本章主要内容l间壁式热质交换设备的形式和结构间壁式热质交换设备的形式和结构l间壁两侧流体传热过程分析间壁两侧流体传热过程分析l总传热系数与总传热热阻总传热系数与总传热热阻l间壁式热质交换设备热工计算常用计算方法间壁式热质交换设备热工计算常用计算方法l表面式冷却器的热工计算表面式冷却器的热工计算l其他间壁式热质交换设备的热工计算其他间壁式热质交换设备的热工计算第三页,本课件共有52页6.1 热质交换设备的形式和结构热质交换设备的形式和结构表冷器、喷淋室、蒸汽加湿器、吸收吸附设备、表冷器、喷淋室、蒸汽加湿器、吸收吸附设备、转轮除湿机、风机盘管等转轮除湿机、风机盘管等蒸发器、冷凝器、冷却塔等蒸发
3、器、冷凝器、冷却塔等散热器、暖风机、蒸汽加热器、热水加热器散热器、暖风机、蒸汽加热器、热水加热器过热器、省煤器、空气预热器、除氧器等过热器、省煤器、空气预热器、除氧器等如何分类?如何分类?第四页,本课件共有52页1.按工作原理分类:按工作原理分类:l间壁式(表面式):热、冷介质在各自的流道间壁式(表面式):热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务,彼此不接触,中连续流动完成热量传递任务,彼此不接触,不掺混。不掺混。l表面式冷却器、过热器、省煤器、散热器、暖风机、表面式冷却器、过热器、省煤器、散热器、暖风机、燃气加热器、冷凝器、蒸发器燃气加热器、冷凝器、蒸发器l直接接触式(混合式):两种
4、流体直接接触相直接接触式(混合式):两种流体直接接触相互掺混,传递热量和质量后,在理论上应变成互掺混,传递热量和质量后,在理论上应变成同温同压的混合介质流出,因而传热传质效率同温同压的混合介质流出,因而传热传质效率高。高。l喷淋室、蒸汽喷射泵、冷却塔、蒸汽加湿器、热力喷淋室、蒸汽喷射泵、冷却塔、蒸汽加湿器、热力除氧器除氧器第五页,本课件共有52页按工作原理分类:按工作原理分类:l蓄热式(回热式、再生式):借助由固体构件蓄热式(回热式、再生式):借助由固体构件(填充物)组成的蓄热体传递热量。(填充物)组成的蓄热体传递热量。l炼钢厂的热风炉、锅炉的中间热式空气预热器、全炼钢厂的热风炉、锅炉的中间热
5、式空气预热器、全热回收式空调器热回收式空调器l热管换热器:以热管为换热元件的换热器。热管换热器:以热管为换热元件的换热器。l多用于各种余热回收工程中多用于各种余热回收工程中第六页,本课件共有52页水表冷器水表冷器散热器散热器间壁式(表面式):间壁式(表面式):第七页,本课件共有52页间壁式(表面式):间壁式(表面式):第八页,本课件共有52页间壁式(表面式):间壁式(表面式):第九页,本课件共有52页二二.间壁式换热器的形式与结构间壁式换热器的形式与结构l管壳式l肋片管式l板式l板翘式l螺旋板式用于显热交换的间壁式换热器,也可用于既有用于显热交换的间壁式换热器,也可用于既有显热交换又有潜热交换
6、的场合,只是考虑到换显热交换又有潜热交换的场合,只是考虑到换热设备两端流体的不同,使用的间壁式换热器热设备两端流体的不同,使用的间壁式换热器种类和型式有所不同种类和型式有所不同。如何提高换热系数呢?如何提高换热系数呢?第十页,本课件共有52页第十一页,本课件共有52页第十二页,本课件共有52页Tw6.2间壁两侧流体传热过程分析间壁两侧流体传热过程分析 tttbtwTbTT温度冷流体热流体第十三页,本课件共有52页l机理:机理:l由热流体主体以对流的方式传递到间壁内侧;由热流体主体以对流的方式传递到间壁内侧;l以导热的方式穿过间壁;以导热的方式穿过间壁;l由间壁外侧以对流的方式传递至冷流体主体。
7、由间壁外侧以对流的方式传递至冷流体主体。l温度分布曲线:温度分布曲线:l间壁内热传导只有一种分布规律;间壁内热传导只有一种分布规律;l间壁两侧呈三种分布规律:直线间壁两侧呈三种分布规律:直线曲线曲线较平较平坦曲线坦曲线l实际应用:有效膜内导热,温度分布为直线。实际应用:有效膜内导热,温度分布为直线。间壁两侧流体传热过程分析间壁两侧流体传热过程分析第十四页,本课件共有52页6.3总传热系数与总传热热阻总传热系数与总传热热阻面积为面积为A的总传热热阻:的总传热热阻:单位管长总热阻:单位管长总热阻:第十五页,本课件共有52页对外表面对外表面 对内表面对内表面 其中其中K0A0=KiAi 单位管长的内
8、外表面积分别为单位管长的内外表面积分别为di和和d0第十六页,本课件共有52页对于平壁,考虑其两侧的污垢热阻后,总热阻为对于平壁,考虑其两侧的污垢热阻后,总热阻为 把管子内、外表面的污垢热阻包括进去之后,对于外把管子内、外表面的污垢热阻包括进去之后,对于外表面,总传热系数可表示为表面,总传热系数可表示为 注:注:Rf取决于运行温度、流体速度及换热器工作时间。取决于运行温度、流体速度及换热器工作时间。第十七页,本课件共有52页利用数据采集系统可以测定壁面和流体的温利用数据采集系统可以测定壁面和流体的温度,从而获得平均温差,度,从而获得平均温差,利用热平衡方程式获得热流量,利用热平衡方程式获得热流
9、量,换热面积可以根据设计情况获得,换热面积可以根据设计情况获得,通过传热方程式计算出总表面传热系数。通过传热方程式计算出总表面传热系数。总传热热阻中的对流换热热阻和污垢热阻通总传热热阻中的对流换热热阻和污垢热阻通过实验求得。过实验求得。确定传热过程分热阻的威尔逊图确定传热过程分热阻的威尔逊图解法解法第十八页,本课件共有52页工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于旺盛湍流工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于旺盛湍流状态,状态,h hi i 与流速与流速u u0.80.8成正比,因此,可以写成成正比,因此,可以写成 的形式,带入上式:的形式,带入上式:总表面传热系数可以表示成:总表面传热系数
10、可以表示成:第十九页,本课件共有52页威尔逊图解法可以求解分热阻威尔逊图解法可以求解分热阻l由由b求解出壳侧换热系数求解出壳侧换热系数h0;l由由m求出求出Ci,从而得到管内侧换热系数,从而得到管内侧换热系数hi;l污垢热阻污垢热阻Rf。arctanmbRf第二十二页,本课件共有52页6.4换热器热工计算常用计算方法换热器热工计算常用计算方法 l对数平均温差法(对数平均温差法(LMTD)l效能效能传热单元数法(传热单元数法(-NTU)l基本公式:基本公式:第二十三页,本课件共有52页1.平均温度差法平均温度差法 第二十四页,本课件共有52页 顺流顺流(a)和逆流和逆流(b)其中:其中:(a)顺
11、流:顺流:(b)逆流:逆流:第二十五页,本课件共有52页平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差,即平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差,即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,当同进出口温度下的对数平均温差,当 时,两者的差时,两者的差别小于别小于4 4;当;当 时,两者的差别小于时,两者的差别小于2.32.3。算术平均温差算术平均温差第二十六页,本课件共有52页壳管式及交叉流换热器的平均温壳管式及交叉流换热器的平均温差计算方法差计算方法查图求查图求值:值:l值取决于两个无量纲
12、参数值取决于两个无量纲参数P及及R。l物理意义:物理意义:l参数参数R代表两种流体热容量之比。代表两种流体热容量之比。l参数参数P代表该换热器中流体代表该换热器中流体2的实际温升与理论上所能达到的的实际温升与理论上所能达到的最大温升之比。最大温升之比。l对于壳管式换热器查图时注意流动的对于壳管式换热器查图时注意流动的“程程”数。数。l当当R接近接近4时时,用用PR和和1/R分别代替分别代替P和和R查图。查图。第二十七页,本课件共有52页设计计算:设计计算:(1)根据能量守恒算出所缺少的一个温度值。根据能量守恒算出所缺少的一个温度值。(2)如果给出了总传热系数,可以直接进入下一步;如果给出了总传
13、热系数,可以直接进入下一步;如果没有给出总传热系数,则进入迭代程序,首先如果没有给出总传热系数,则进入迭代程序,首先初选应道布置方案初选应道布置方案(包括选取管径、管数及流程数,包括选取管径、管数及流程数,确定流速等确定流速等),并计算两侧流体的表面传热系数和,并计算两侧流体的表面传热系数和总传热系数。总传热系数。(3)根据进出口温度和流道布置,求出平均传热温差。根据进出口温度和流道布置,求出平均传热温差。(4)由传热方程算出换热面积,并与初选面积比较。由传热方程算出换热面积,并与初选面积比较。若不一致,修改布局方案重新计算,直到两者基本若不一致,修改布局方案重新计算,直到两者基本一致为止。一
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