管壳式热交换器设计全 解1

第二节 热交换器传热计算的基本方法本章要求掌握的内容：传热过程的计算；对数平均温差的计算；间壁式换热器的设计计算及校核计算。热交换器热计算的基本原理1.1 热计算基本方程1.2平均温差法1.3 效率 传热单元数法（传热有效度）1.4热交换器热计算方法的比较1.5流体流动方式的选择1.1 热计算基本方程式热交换器的换热面积 F热流体 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1、传热方程式：工程上热交换器任一微元传热面处的传热系数，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 。 2、热平衡方程：适用于任何流体适用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 )热流体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，也称 加热度 ， 分别为热、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 )讨论：1 考虑热损失的情况下： 或以放热热量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3 由 = =Q， 还可以知道，在热交换器内，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2.2热交换器传热计算的基本方法：平均温差法效率（效能）传热单元数法（ NTU）一、平均温差法流体 1的放热量流体 2的吸热量热交换器的传热热量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W ： 流体热容量意义 ： 单位温度变化下产生的流动流体的能量储存速率。微元传热面传递的热流量 ：dt1dt2t1t2工程上：平均传热系数 Km平均温差 tm二、 平均温差流体的温度分布1、等温有相变的传热 2、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。3、没有相变顺流逆流4、冷凝器（蒸发器）内温度变化情况5、可凝蒸气和非凝结气体组成的热流体 .131 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差传热方程的一般形式：流动形式不同，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以 顺流 情况为例，作如下假设 ：（ 1）冷热流体的质量流量 qm2、 qm1以及比热容 C2,C1是常数；（ 2）传热系数是常数；（ 3）换热器无散热损失；（ 4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。要想计算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积的变化 ,然后再沿整个换热面积进行平均。dt1dt2t1t2在假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度， 现在来看图中微元换热面 dA一段的传热。温差为：在固体微元面 dA内，两种流体的换热量为 :dt1dt2t1t2对于热流体 :对于冷流体 :可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为：(1)(2)(3)(2)、 (3)代入代入 (1)中中 对数平均温差顺流 时：表明 ：热流体从进口到出口方向上，两流体间的温差总是不断降低的。逆流 时：当 ： 不断升高，当 ： 不断降低。对数平均温差统一表示方法LMTD(logarithmic-mean temperature difference)表示 始端 和 终端 的最大的和最小的温度差。式中：平均温差的另一种更为简单的形式是 算术平均温差 ，即使用条件 ： 如果流体的温度沿传热面变化不大，范围在 内可以使用算数平均温差。算术平均与对数平均温差算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于 4；当 时，两者的差别小于 2.3。2 复杂布置时换热器平均温差的计算非混合流与混合流的区别：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。 混合 流：管子不带翅片，管外的气流可以在横向自由的随意的运动，称为混合流。但是管内的流体属于非混合流。3 、其他流动方式时的平均温差 按逆流方式计算的对数平均温差温度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 ， 1， R=1,或者 R1。则 : 可以表示为 P 和 R及 的函数为了简化 的计算，引入两辅助参数：温度效率热容量比的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率 ，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