热交换器传热计算的基本方法学习教案.pptx

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1、会计学1热交换器传热计算热交换器传热计算(j sun)的基本方法的基本方法第一页，共80页。热交换器热计算热交换器热计算(j sun)的基本原理的基本原理1.1 热计算(j sun)基本方程1.2平均温差法1.3 效率传热单元数法（传热有效度）1.4热交换器热计算(j sun)方法的比较1.5流体流动方式的选择第1页/共81页第二页，共80页。1.1 1.1 热计算热计算热计算热计算(j sun)(j sun)基本方基本方基本方基本方程式程式程式程式热交换器的换热面积(min j)F热流体(lit)1冷流体2进口温度流量比热容出口温度进口温度流量比热容出口温度 两流体的进口温差两流体的出口温差

2、第2页/共81页第三页，共80页。1、传热(chun r)方程式：工程(gngchng)上热交换器任一微元传热(chun r)面处的传热(chun r)系数，w/（m2）微元传热面积，m2在此微元传热面处两种流体之间的温度差，整个传热面上的平均传热系数，w/（m2）传热面积，m2两种流体之间的平均温差，热交换器的热负荷，W想求得 ，必须已知 、Q。第3页/共81页第四页，共80页。2、热平衡方程(fngchng)：适用于任何(rnh)流体适用(shyng)于无相变流体分别为热流体与冷流体的质量流量，Kg/s分别为热流体与冷流体的焓，J/Kg分别为两种流体的定压质量比热，J/(Kg)第4页/共8

3、1页第五页，共80页。热流体(lit)在热换器内的温降值，也称冷却度，冷流体在热交换器内的温升值(shngzh)，也称加热度，分别(fnbi)为热、冷流体的热容量，W/K 对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率分别为热、冷流体在进、出口温度范围内的平均定压质量比热，J/(Kg)第5页/共81页第六页，共80页。讨论讨论(toln)：1 考虑热损失(snsh)的情况下：或以放热热量(rling)为准的对外热损失系数，通常为0.97-0.982 由式可以知道 可见：两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比3 由 =Q，还可以知道，在

4、热交换器内，热容量越大的流体，温度变化值越小，热容量越小的流体，温度变化值越大4 计算流体的热容量时，M与c的单位必须一致 5 已知热交换器热负荷的条件下，热平衡方程可用于确定流体的流量第6页/共81页第七页，共80页。2.2热交换器传热计算的基本方法：平均温差法 效率(xio l)（效能）传热单元数法（NTU）一、平均温差法第7页/共81页第八页，共80页。流体流体流体流体(lit)1(lit)1(lit)1(lit)1的放热量的放热量的放热量的放热量流体流体(lit)2(lit)2的的吸热量吸热量热交换器的传热热交换器的传热(chun(chun r)r)热量热量不考虑热交换器向外界散热热量

5、不考虑热交换器向外界散热热量流体1的放热量流体2的吸热量热交换器的传热热量第8页/共81页第九页，共80页。W：流体热容量意义：单位(dnwi)温度变化下产生的流动流体的能量储存 速率。微元传热(chun r)面传递的热流量：dt1dt2t1t2第9页/共81页第十页，共80页。工程工程(gngchng)上：上：平均平均(pngjn)传热系数传热系数Km平均平均(pngjn)温差温差tm第10页/共81页第十一页，共80页。12二、二、二、二、平均平均平均平均(pngjn)(pngjn)(pngjn)(pngjn)温差温差温差温差流体的温度分布流体的温度分布1 1、等温有相变的传热、等温有相变

6、的传热 2 2、热流体等温冷凝、冷流体温度不断上升、热流体等温冷凝、冷流体温度不断上升 冷流体等温沸腾、热流体温度不断下降。冷流体等温沸腾、热流体温度不断下降。3 3、没有相变顺流逆流、没有相变顺流逆流4 4、冷凝器（蒸发器）内温度变化情况、冷凝器（蒸发器）内温度变化情况5 5、可凝蒸气和非凝结、可凝蒸气和非凝结(nngji)(nngji)气体组成的热流体气体组成的热流体.第11页/共81页第十二页，共80页。1 1 简单顺流及逆流换热器的对数简单顺流及逆流换热器的对数(du sh)(du sh)平均温差平均温差传热方程传热方程(fngchng)的的一般形式：一般形式：流动形式流动形式(xng

7、sh)(xngsh)不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同.换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却流体的局换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却流体的局部换热温差也是沿程变化的。部换热温差也是沿程变化的。三、换热器中传热过程对数平均温差的计算三、换热器中传热过程对数平均温差的计算第12页/共81页第十三页，共80页。以顺流情况以顺流情况(qngkung)(qngkung)为例，作如为例，作如下假设：下假设：（1 1）冷热流体的质量流量）冷热流体的质量流量qm2qm2、qm1qm1以及比热容以及比热容C2,C1C2,C1是常数

8、；是常数；（2 2）传热系数是常数；）传热系数是常数；（3 3）换热器无散热损失；）换热器无散热损失；（4 4）换热面沿流动方向的导热量可）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。以忽略不计。要想计算要想计算(j sun)(j sun)沿整个换热面的平均沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温差随换热面温差，首先需要知道当地温差随换热面积的变化积的变化,然后再沿整个换热面积进行平然后再沿整个换热面积进行平均。均。dt1dt2t1t2第13页/共81页第十四页，共80页。在假设的基础在假设的基础(jch)(jch)上，并已知冷上，并已知冷热流体的进出口温度，现在来看图中热流体的进出口温度，现在来

9、看图中微元换热面微元换热面dAdA一段的传热。温差为：一段的传热。温差为：在固体微元面在固体微元面dAdA内，两种流体内，两种流体(lit)(lit)的换的换热量为热量为:dt1dt2t1t2对于热流体对于热流体:对于冷流体对于冷流体:第14页/共81页第十五页，共80页。可见，当地温差随换热面呈可见，当地温差随换热面呈(min chn)指数变化，则沿整指数变化，则沿整个换热面的平均温差为：个换热面的平均温差为：第15页/共81页第十六页，共80页。(1)(1)(2)(2)(3)(3)(2)(2)、(3)(3)代入代入(1)(1)中中对数平均(pngjn)温差第16页/共81页第十七页，共80

10、页。顺流顺流(shn li)(shn li)时：时：表明：热流体(lit)从进口到出口方向上，两流体(lit)间的温差总是不断降低的。第17页/共81页第十八页，共80页。逆流逆流(nli)(nli)时：时：当 ：不断(bdun)升高，当 ：不断(bdun)降低。第18页/共81页第十九页，共80页。对数平均温差统一(tngy)表示方法LMTD(logarithmic-mean temperature difference)表示(biosh)始端和终端的最大的和最小的温度差。式中：第19页/共81页第二十页，共80页。平均温差的另一种更为简单平均温差的另一种更为简单(jindn)的形式是的形式

11、是算术平均温差，即算术平均温差，即使用条件：如果流体的温度沿传热使用条件：如果流体的温度沿传热(chun r)(chun r)面变面变化不大，范围在化不大，范围在 内可以使用算数平内可以使用算数平均温差。均温差。第20页/共81页第二十一页，共80页。算术平均算术平均(pngjn)(pngjn)与对数平均与对数平均(pngjn)(pngjn)温差温差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

12、时，两者的差别小于2.32.3。第21页/共81页第二十二页，共80页。2 2 复杂布置时换热器平均复杂布置时换热器平均(pngjn)(pngjn)温差的温差的计算计算非混合非混合(hnh)(hnh)流与混合流与混合(hnh)(hnh)流的区别：流的区别：以错流为例，带翅片的管束，在管外侧流过的气体被限制在肋片之间形成(xngchng)各自独立的通道，在垂直于流动的方向上（横向）不能自由流动，也就不可能自身进行混合，称该气体为非混合流。第22页/共81页第二十三页，共80页。混合流：管子混合流：管子混合流：管子混合流：管子(gu(gu n zi)n zi)不带翅片，管外的气流可不带翅片，管外的

13、气流可不带翅片，管外的气流可不带翅片，管外的气流可以在横向自由的随意的运动，称为混合流。但是以在横向自由的随意的运动，称为混合流。但是以在横向自由的随意的运动，称为混合流。但是以在横向自由的随意的运动，称为混合流。但是管内的流体属于非混合流。管内的流体属于非混合流。管内的流体属于非混合流。管内的流体属于非混合流。第23页/共81页第二十四页，共80页。3、其他流动方式(fngsh)时的平均温差 按逆流方式计算的对数(du sh)平均温差温度(wnd)修正系数在相同的流体进出口温度条件下，按某种流动形式工作时的平均温差 与逆流工作时的对数平均温差 的比值在相同的流体进出口温度条件下，按逆流工作所

14、需的传热面积 与按某种流动形式工作所需的传热面积 之比值（传热系数相等的条件小），表示即：值的大小说明某种流动形式的换热器在给定工作条件下，接近逆流形式的程度，一般设计时要0.9，0.75时，认为设计不合理。恒不大于0或1第24页/共81页第二十五页，共80页。值的求取值的求取值的求取值的求取(qi q)(qi q)(qi q)(qi q)方法方法方法方法n n逆流时对数(du sh)平均温差为：令：P的含义：冷流体的实际(shj)吸热量与最大可能的吸热量的比例，称为温度效率。P1，R=1,或者 R1。则:可以表示(biosh)为P 和 R及 的函数第26页/共81页第二十七页，共80页。为了

15、简化 的计算，引入两辅助(fzh)参数：温度(wnd)效率热容量比的实际吸热量(rling)与最大可能的吸热量(rling)的比率，其值恒小于1冷流体的热容量与热流体的热容量之比，其值可以大于1、等于1、小于1对于某种特定的流动形式，是 、的函数，即：冷流体第27页/共81页第二十八页，共80页。例如 对于壳侧为一个(y)流程、管程为偶数流程的壳管式热交换器，其 值为：（推导得出）两种流体(lit)中只有一种横向混合的错流式热交换器，其 值为：温度修正系数与流体的流动形式(xngsh)有关，而与流体的性质无关第28页/共81页第二十九页，共80页。对于某种特定的流动形式，是辅助(fzh)参数P

16、、R的函数该函数形式因流动方式而异。对于只有一种流体有横向(hn xin)混合的错流式热交换器，可将辅助参数的取法归纳为：值的计算公式可以从表1.1查得。在工程上为了使计算方便(fngbin)，通常将求取的公式绘成线图，我们可以查图求得。第29页/共81页第三十页，共80页。管壳式换热器的管壳式换热器的 。图图1 11 2、14等多流程等多流程(lichng)(lichng)管壳式换热器的修管壳式换热器的修正系数正系数 第30页/共81页第三十一页，共80页。交叉交叉交叉交叉(jioch)(jioch)(jioch)(jioch)流式换热器的流式换热器的流式换热器的流式换热器的 图图2 22

17、4、28等多流程管壳式换热器的修正等多流程管壳式换热器的修正(xizhng)(xizhng)系数系数 第31页/共81页第三十二页，共80页。对于其它的叉流式换热器，其传热公式对于其它的叉流式换热器，其传热公式(gngsh)(gngsh)中的平均中的平均温度的计算关系式较为复杂，工程上常常采用修正图表来温度的计算关系式较为复杂，工程上常常采用修正图表来完成其对数平均温差的计算。具体的做法是：完成其对数平均温差的计算。具体的做法是：（a a）由换热器冷热流体的进出口温度，按照逆流方式）由换热器冷热流体的进出口温度，按照逆流方式计算计算(j sun)(j sun)出相应的对数平均温差；出相应的对数

18、平均温差；（b b）从从 修修 正正(xizhng)(xizhng)图图 表表 由由 两两 个个 无无 量量 纲纲 数数 查查 出出 修修 正正(xizhng)(xizhng)系数系数(c)(c)最后得出叉流方式的对数平均温差最后得出叉流方式的对数平均温差第32页/共81页第三十三页，共80页。图图3 3 交叉流，两种流体交叉流，两种流体(lit)(lit)各自都不混合时的修正系数各自都不混合时的修正系数 第33页/共81页第三十四页，共80页。图图4 4 一次交叉流，一种流体混合一次交叉流，一种流体混合(hnh)(hnh)、一种流体不混合、一种流体不混合(hnh)(hnh)时的修正系数时的修

19、正系数 第34页/共81页第三十五页，共80页。练习练习(linx)：第35页/共81页第三十六页，共80页。关于的注意事项（1）值取决于无量(wling)纲参数 P和 R式中：下标式中：下标1 1、2 2分别表示两种流体分别表示两种流体(lit)(lit)，上角标，上角标 表示进表示进口，口，表示出口，图表中均以表示出口，图表中均以P P为横坐标，为横坐标，R R为参量。为参量。（3）R的物理意义(yy)：两种流体的热容量之比（2）P的物理意义：流体2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1（4）对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数第36页/共81页第三十七页，共

20、80页。（5）值总是小于或者等于(dngy)1。从值的大小可以看得出来某种流动方式在给定的工况下接近逆流的程度。（6）设计中最好使0.9，若0.75就认为(rnwi)不合理。出于降低壁温的目的，除外。（7）当R超过线图所表示的范围或者(huzh)当某些区域的值不易读准时，可以用P和R查图。第37页/共81页第三十八页，共80页。P和R的含义为：把热交换器中的两种流体(lit)交换后，即下标1改成冷流体(lit)，下标2改成热流体(lit)后，以P和R以P和R表示。第38页/共81页第三十九页，共80页。各种流动各种流动(lidng)(lidng)形式的比较形式的比较(1)(1)顺流和逆流是两种

21、极端情况顺流和逆流是两种极端情况(qngkung)(qngkung)，在相同的进，在相同的进出口温度下，逆流的出口温度下，逆流的 最大，顺流则最小；最大，顺流则最小；(2)(2)顺流时顺流时 ，而逆流时，而逆流时，则可能大于则可能大于 ，可见，可见，逆流布置时的换热最强。逆流布置时的换热最强。InOutInOut第39页/共81页第四十页，共80页。(3)(3)一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度(wnd)(wnd)均出现在换均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温

22、特别高，可能对换热器产生热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流。破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流。xTIn OutxTIn Out冷凝冷凝(lngnng)蒸发蒸发(zhngf)(4)(4)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。第40页/共81页第四十一页，共80页。(1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定(qudng)所需的换热面积校核计算：对已有或已选定了换热面积的

23、换热器，在非设 计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务。换热器热计算换热器热计算(j sun)的基本方程式是传热方程式及热平衡式的基本方程式是传热方程式及热平衡式换热器的热计算(j sun)两种类型的设计和两种设计方法两种类型的设计和两种设计方法1.两种类型的设计和两种设计方法第41页/共81页第四十二页，共80页。独立独立(dl)变量：变量：需要给定需要给定(i dn)(i dn)其中的其中的5 5个变量，才可以计算另外三个变量。个变量，才可以计算另外三个变量。2 2、两种设计方法、两种设计方法平均温差法平均温差法、效能效能-传热单元数传热单元数(-NTU-NTU)法法对于对于校核计算校核

24、计算而言，给定的一般是而言，给定的一般是 ，A A，以及，以及2 2个个进口温度，待求的是进口温度，待求的是对于设计计算(j sun)而言，给定的是 ，以及进出口温度中的三个，最终求A第42页/共81页第四十三页，共80页。(1)(1)初步布置换热面，并计算出相应的总传热初步布置换热面，并计算出相应的总传热(chun r)(chun r)系数系数k k(2)(2)根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度度(3)(3)由冷热流体的由冷热流体的4 4个进出口温度确定平均温差个进出口温度确定平均温差 (4)(4)由传热由传热(

25、chun r)(chun r)方程式计算所需的换热面积方程式计算所需的换热面积A A，并核算换热面流，并核算换热面流体的流动阻力体的流动阻力(5)(5)如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。1 1、设计、设计(shj)(shj)计算计算平均平均(pngjn)(pngjn)温差法：温差法：直接应用传热方程和热平衡方程进行热计算。直接应用传热方程和热平衡方程进行热计算。第43页/共81页第四十四页，共80页。（1）先假设一个流体的出口(ch ku)温度，按热平衡式计算另一个出口(ch ku)温度；（2）根据4个进出口(ch ku)温度求得平均温差 ；（

26、3）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k；（4）已知kA和，按传热方程计算在假设出口(ch ku)温度下的传热量；（5）根据4个进出口(ch ku)温度，用热平衡式计算另一个，这个值和上面的，都是在假设出口(ch ku)温度下得到的，因此，都不是真实的换热量；（6）比较两个值，满足精度要求则结束，否则，重新假定出口(ch ku)温度，重复(1)-(6)，直至满足精度要求。2 2、校核、校核(xio h)(xio h)计算计算第44页/共81页第四十五页，共80页。1 1、等温有相变的传热、等温有相变的传热(chun r)(chun r)第45页/共81页第四十六页，共80页。2

27、2、热流体、热流体(lit)(lit)等温冷凝、冷流体等温冷凝、冷流体(lit)(lit)温度不断上升温度不断上升 冷流体冷流体(lit)(lit)等温沸腾、热流体等温沸腾、热流体(lit)(lit)温度不断下降温度不断下降第46页/共81页第四十七页，共80页。3 3、没有相变、没有相变 顺流顺流 逆流逆流 顺流两种流体顺流两种流体(lit)(lit)向同一方向流动向同一方向流动 逆流两种流体逆流两种流体(lit)(lit)以相反方向平行流动以相反方向平行流动第47页/共81页第四十八页，共80页。4 4、冷凝器、蒸发器内温度变化、冷凝器、蒸发器内温度变化(binhu)(binhu)情况情况

28、第48页/共81页第四十九页，共80页。5 5 5 5、可凝蒸气和非凝结、可凝蒸气和非凝结、可凝蒸气和非凝结、可凝蒸气和非凝结(nngji)(nngji)(nngji)(nngji)气体组成的气体组成的气体组成的气体组成的热流体热流体热流体热流体第49页/共81页第五十页，共80页。三、流体比热或传热系数变化时的平均三、流体比热或传热系数变化时的平均三、流体比热或传热系数变化时的平均三、流体比热或传热系数变化时的平均(pngjn)(pngjn)温温温温差差差差当流体(lit)的比热不随时间变化时，流体(lit)温度的变化与吸收或放出的热量成正比，两者表现为线性关系。1.流体比热变化(binhu

29、)时的平均温差第50页/共81页第五十一页，共80页。积分平均温差的计算出发点：在每个小段中的传热温差可以采用对数平均温差或者(huzh)算数平均温差的方法计算。如果在讨论的温度范围内，比热随温度有显著(xinzh)变化时（大于23倍）应用积分平均温差来计算。计算(j sun)步骤：(1)作Q-t图;(2)将Q-t图分段，计算(j sun)Qi。(3)求出各段的对数平均温差或者算数平均温差；(4)计算(j sun)积分平均温差。第51页/共81页第五十二页，共80页。各段的传热各段的传热(chun r)面面总传热总传热(chun r)面面第52页/共81页第五十三页，共80页。使用情况使用情况

30、（1 1）当热交换过程，一种流体处于）当热交换过程，一种流体处于(chy)(chy)冷却并冷却并冷凝，过冷，或加热并沸腾过热时，相当于比热发冷凝，过冷，或加热并沸腾过热时，相当于比热发生剧烈变化的情况，应当考虑分段计算。生剧烈变化的情况，应当考虑分段计算。（2 2）当热流体含有不凝结气体，这时所放出的热量）当热流体含有不凝结气体，这时所放出的热量不与温度的变化成正比，这时也应当分段计算平均不与温度的变化成正比，这时也应当分段计算平均温差。温差。2.2.流体传热系数变化流体传热系数变化(binhu)(binhu)时的平均温差时的平均温差如果传热系数变化确实较大，那么我们仍可以采用分段计算(j s

31、un)的方法，把每段的传热系数视作常数，分段计算平均温差和传热量。第53页/共81页第五十四页，共80页。某段传热量某段传热量(rling)(rling)某段传热系数某段传热系数 某段平均某段平均(pngjn)(pngjn)温差温差 某段传热某段传热(chun r)(chun r)面面积积第54页/共81页第五十五页，共80页。如果传热系数随温差如果传热系数随温差(wnch)t(wnch)t成线性变化，或成线性变化，或K K随随两流体中任一种流体温度成线性变化时，对于顺流或两流体中任一种流体温度成线性变化时，对于顺流或逆流都可以用下式：逆流都可以用下式：式中：式中：处的传热系数和两流体处的传热

32、系数和两流体(lit)(lit)温温差；差；处的传热系数和两流体处的传热系数和两流体(lit)(lit)温差。温差。对于其他流型，可在乘以温差修正系数对于其他流型，可在乘以温差修正系数(xsh)(xsh)，、为按逆流情况计算的端部温差。为按逆流情况计算的端部温差。第55页/共81页第五十六页，共80页。例有一蒸气加热空气的热交换器，它将质量流例有一蒸气加热空气的热交换器，它将质量流量为量为21600kg/h21600kg/h的空气从的空气从1010加热到加热到5050。空气与蒸。空气与蒸气逆流，其比热为气逆流，其比热为1.02kJ/(kg),1.02kJ/(kg),加热蒸气为压力加热蒸气为压力

33、(yl)P=0.2MPa,(yl)P=0.2MPa,温度为温度为140140的过热蒸气，在热交的过热蒸气，在热交换器中被冷却为该压力换器中被冷却为该压力(yl)(yl)下的饱和水。试求其下的饱和水。试求其平均温差。平均温差。解：由水蒸气的热力解：由水蒸气的热力(rl)(rl)性质表得性质表得饱和温度饱和温度ts=120.23ts=120.23；饱和蒸气焓；饱和蒸气焓i=2707kJ/kgi=2707kJ/kg过热蒸气焓过热蒸气焓i=2749kJ/kg;i=2749kJ/kg;汽化潜热汽化潜热r=2202kJ/kgr=2202kJ/kg热交换器的传热量热交换器的传热量(rling)：第56页/共

34、81页第五十七页，共80页。蒸气蒸气(zhn(zhn q)q)耗量：耗量：过热(u r)蒸气的冷却段放出的热量：过热蒸气(zhn q)冷凝段放出的热量为：求取平均温度求取平均温度分段分界处的分段分界处的空气温度空气温度ta第57页/共81页第五十八页，共80页。冷却段的平均冷却段的平均(pngjn)温差温差:第58页/共81页第五十九页，共80页。冷凝段的平均冷凝段的平均(pngjn)温差为温差为:总的平均总的平均(pngjn)温差：温差：第59页/共81页第六十页，共80页。1 1、传热有效、传热有效(yuxio)(yuxio)度度的定义的定义第三节第三节 传热传热(chun r)(chun

35、 r)有效度有效度热交换器最大可能的传热量热交换器最大可能的传热量(rling)Qmax：一个面：一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量到的传热量(rling)的极限值。的极限值。传热有效度：实际传热量Q与最大可能传热量之比Qmax称为传热有效度。第60页/共81页第六十一页，共80页。如果如果(rgu)时，时，如果如果(rgu)时，时，综合综合(zngh)统一写成：统一写成：第61页/共81页第六十二页，共80页。说明说明(shumng)：

36、（1）无因次；）无因次；（2）小于小于1 1；（3 3）、）、已知已知已知已知t1 t2t1 t2热热平平衡衡方方程程(fngchng)第62页/共81页第六十三页，共80页。2、顺流和逆流、顺流和逆流(nli)时的传热有效度时的传热有效度顺流顺流假设假设 则有则有根据根据(gnj)(gnj)热热平衡式得：平衡式得：式式，相加：相加：第63页/共81页第六十四页，共80页。整理整理：由上一节知道由上一节知道第64页/共81页第六十五页，共80页。第65页/共81页第六十六页，共80页。合并合并(hbng)写成写成当当 时类似的可以时类似的可以(ky)推倒得：推倒得：第66页/共81页第六十七页

37、，共80页。令令类似的推导可得逆流类似的推导可得逆流(nli)换热器的效能（传换热器的效能（传热有效度）为热有效度）为称为称为(chn wi)传热单元数传热单元数顺流顺流(shn li)：第67页/共81页第六十八页，共80页。令令令令则：则：第68页/共81页第六十九页，共80页。当冷热流体当冷热流体(lit)(lit)之一发生相变时，即之一发生相变时，即 趋于无穷大时，趋于无穷大时，于是上面效能公式可简化为于是上面效能公式可简化为当两种流体的热容相等时，当两种流体的热容相等时，公式公式(gngsh)(gngsh)可以简化为可以简化为顺流顺流逆流3 3、用传热单元数表示、用传热单元数表示(b

38、iosh)(biosh)的效能计算公的效能计算公式与图线式与图线NTUNTU：传热单元数，换热器热设计中的一个无量纲参数，在一定意：传热单元数，换热器热设计中的一个无量纲参数，在一定意义上可看成是换热器义上可看成是换热器kAkA大小的一种度量。大小的一种度量。第69页/共81页第七十页，共80页。对于比较复杂的流动形式，可以参照教材对于比较复杂的流动形式，可以参照教材(jioci)(jioci)的线算图来计的线算图来计算效能算效能。顺流顺流(shn li)逆流逆流(nli)第70页/共81页第七十一页，共80页。4 4 4 4、使用、使用、使用、使用(shyng)(shyng)(shyng)(

39、shyng)NTUNTUNTUNTU的注意事项的注意事项的注意事项的注意事项 （1 1）在同样的传热单元数下，逆流热交换器的传热有效）在同样的传热单元数下，逆流热交换器的传热有效度总是大于顺流的，且随着传热单元数的增加而增加。度总是大于顺流的，且随着传热单元数的增加而增加。在顺流热交换器中则与此相反，其传热有效度一般在顺流热交换器中则与此相反，其传热有效度一般(ybn)(ybn)随着传热单元数的增加而趋于一定值。随着传热单元数的增加而趋于一定值。（2）可以将某种流动(lidng)方式在平均温差法和传热有效度传热单元数法这两种计算方法相互转换。当当W2=Wmin时时第71页/共81页第七十二页，

40、共80页。当当W1=Wmin时关系时关系(gun x)为：为：（3）传热有效度的意义实际上是以温度的形）传热有效度的意义实际上是以温度的形式反映式反映(fnyng)出冷热流体可以被利用的程出冷热流体可以被利用的程度。度。第72页/共81页第七十三页，共80页。例例2 2 温度为温度为9999的热水进入一个逆流的热水进入一个逆流(nli)(nli)热交换热交换器，器，将将44的冷水流量为的冷水流量为4680KJ/h4680KJ/h加热到加热到3232。热水流量。热水流量为为9360Kg/h,9360Kg/h,传热系数为传热系数为830W/(m2),830W/(m2),试计算该传热试计算该传热面积

41、和传热有效度。面积和传热有效度。解：方法(fngf)一（NTU）热水热水(r shu)的热容量的热容量 第73页/共81页第七十四页，共80页。冷水冷水(lngshu)的热容量的热容量 由比较由比较(bjio)知道：知道：热平衡关系热平衡关系(gun x)：第74页/共81页第七十五页，共80页。第75页/共81页第七十六页，共80页。方法方法(fngf)二：平均温二：平均温差法差法代入代入第76页/共81页第七十七页，共80页。第四节第四节第四节第四节 热交换器的计算方法的比较热交换器的计算方法的比较热交换器的计算方法的比较热交换器的计算方法的比较(bjio)(bjio)(bjio)(bji

42、o)热力热力(rl)计算的基本方程为计算的基本方程为:在热力计算的七个基本量即：（在热力计算的七个基本量即：（KA）,W1,W2,t1,t1,t2,t2，在这七个量中我们必须事先给出五个才能进行，在这七个量中我们必须事先给出五个才能进行计算。采用计算。采用(ciyng)平均温差法或传热单元数法都可平均温差法或传热单元数法都可以得到相同的结果，但是解题时的具体步骤不同。以得到相同的结果，但是解题时的具体步骤不同。第77页/共81页第七十八页，共80页。对于设计计算来说，平均温差法与传热单元数法在繁简称对于设计计算来说，平均温差法与传热单元数法在繁简称度上没有度上没有(mi yu)区别，但是在平均

43、温差法计算时，可以通区别，但是在平均温差法计算时，可以通过修正系数值的大小来判定拟订的流动方式与逆流之间的差过修正系数值的大小来判定拟订的流动方式与逆流之间的差别，有利流动形式的比较。别，有利流动形式的比较。对于校核性热计算时，平均温差法和传热效能系数对于校核性热计算时，平均温差法和传热效能系数传热单元传热单元(dnyun)数法都要进行试算，在有些情况下，数法都要进行试算，在有些情况下，如传热系数如传热系数K值已知或者可以套用经验数据时值已知或者可以套用经验数据时,采用传热采用传热单元单元(dnyun)数法更加方便。因此，在设计计算时，采数法更加方便。因此，在设计计算时，采用平均温差法，在校核性计算时，传热单元用平均温差法，在校核性计算时，传热单元(dnyun)数数法。法。第78页/共81页第七十九页，共80页。第五节第五节 流体流动流体流动(lidng)方式的选方式的选择择1、流动方式选择应该、流动方式选择应该(ynggi)从以下几个方面来考虑从以下几个方面来考虑材料(cilio)消耗量；能量消耗量；材料制造；传热工况；2 2、顺流与逆流、顺流与逆流传热面积传热面积出口温度出口温度第79页/共81页第八十页，共80页。