第1章-热交换器热计算的基本原理...ppt

第一章热交换器热计算的基本原理,1.1热计算基本方程式,1.1.1传热方程式,式中：Q热负荷，W；k微元传热面的换热系数，W/(m2）dF微元传热面积面积，m2t微元面积处的传热温差,简化计算式中：K传热面上的平均传热系数F传热面积tm-两种流体之间的平均温差,1.1.2热平衡方程式,式中：M传热流体的质量流量，kg/si热流体与冷流体的焓值，J/kg下标1，2分别表示热、冷流体；上标“”,“”分别表示流体的进口和出口状态此公式在有无相变情况下都是正确的,在无相变情况下还可结合比热的定义，改写为,简化计算,取在t与t温度范围内平均比热,Mc称为热容量(W/)，用W表示,C1、C2-两流体的定压比热,J/(kg),即：流体在热交换器内的温度变化与它们的热容量成反比,考虑热损失时的情况时,以放热热量为准的对外热损失系数，通常为0.97-0.98,1.2平均温差,冷热流体发生相变,热流体冷凝,冷流体沸腾,顺流，无相变,逆流，无相变,热流体冷却，相变，冷却,1.2.1流体的温度分布,冷流体加热，相变，加热,热流体部分相变,一般情况，传热温差处处不等，所以需要计算在整个换热面积内的平均温差。分为算术平均温差、对数平均温差、积分平均温差等。,1.2.2顺流和逆流的平均温差(先看P10页知识点),对数平均温差（LMTD）,式中：,若,算术平均温差,传热过程中涉及多种换热方式时，需要分段计算平均温差.,当时，两者的差别小于4；当时，两者的差别小于2.3。,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。(P11),当流体的温度沿传热面变化不大时，可以代替对数平均温差，其误差在工程计算允许误差范围之内。,1.2.3其他流动方式的平均温差,混合流与非混合流,温差计算方法：先按照逆流计算LMTD，再乘以一个修正系数,温度效率,冷、热流体的热容量比,推导修正系数与P，R的关系例1、热流体管外一个流程，冷流体管内先逆流后顺流(P1315页推导过程),的注意事项,P：温度效率，其值恒小于1。R：冷热流体热容量之比，值不确定实际中,有现成的值曲线,根据P、R值可查,P18/19,:修正系数1,为1时-与逆流换热相同.一般0.9，若0.75则不合理，须采用多壳程或多台串联的方式代替，以提高值，使之更接近逆流,关于P、R以及,1.2.4流体比热或传热系数变化时的平均温差,（1）流体的比热随温度变化,（2）传热系数变化一般工程计算可将换热器中各部分的传热系数视为常量，如传热系数确变化较大，仍可采用分段法,分段计算,1.3传热有效度,最大可能传热量Qmax,式中：Wmin为热容量小的流体热容量,面积无穷大，且流体流量、进口温度与实际换热器相同的逆流换热器所能达到的传热量极限值。(P24)热流体冷却至t2、或冷流体加热至t1。只有热容量小的流体能实现这一变化,传热有效度实际传热量与最大可能传热量之比无因次参数，小于1,热流体容量小时,冷流体容量小时,1.3.2顺流和逆流时的传热有效度,顺流时的传热有效度(P24和25),定义传热单元数NTU（numberoftransferunit）,反映热交换器传热能力大小，无因次量,Rc，无因次量,令,当一流体在相变时传热，Wmax无穷大，Rc=0,两流体的热容量相等时,顺流时(查图1.18,P26),逆流时(查图1.19,P27),两流体的热容量相等时,当一流体在相变时传热，Rc=0,应用-NTU关系时,同样的NTU时，逆流交换器的大于顺流，随NTU增加而增大。顺流时,随NTU增加趋于定值。(P26),逆流,顺流,1.4热交换器计算方法的比较,须事先给出其中5个量方可进行计算-采用平均温差法或传热单元数法均可,设计性热计算时，最好采用平均温差法，通过值的大小判定拟定的流动方式与逆流的差距，有利于流动型式的比较。(由P、R值查P18和19页曲线),校核性热计算时，传热单元数法更优越。,1.5流动方式的选择,给定温度时，获得较大的平均温差，较少材料消耗.使流体本身的温度变化值尽可能大，减小流体热量消耗量，节约泵与风机耗能。,使传热面温度均匀，并使之在较低的温度下工作。应用最好的传热工况，以获得较高的传热系数，减小传热面积。,1.5.1顺流和逆流的选择(P36)了解,逆流平均温差最大，顺流最小逆流减少所需传热面，或传热面相同逆流时传递更多热量温度条件：逆流允许更大的温变范围，减少流体耗量，逆流更佳，工业上换热器多数为逆流，或尽量接近逆流,逆流缺点：高温在同一侧，受热面温差大，壁温均匀性差，热应力大材料寿命；如高温下化学反应须用顺流。措施：分段串联低温段逆流、高温段顺流流体有相变的传热无顺流和逆流之别；两流体热容量相差大(W1/W210或W1/W20.05)时，顺流和逆流相差不大,1.5.2混流和错流(P36-38)了解,