换热器的操作型计算

传热操作型计算1、操作型计算的命题设备（换热器类型、传热面积等）已定，操作条件操作结果第I类问题：进口条件出口条件已知：A、qm1、T1、qm2、t1、K求：T2、t2第II类问题：一种流体的条件另一种流体的结果,已知：A、qm1、T1、T2、t1、K求qm2、t2或A、qm2、t1、t2、T1、K求qm1、T2操作型计算特点：结果的唯一性。,2、计算公式和方法公式与设计型同：Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)Q=KAtm方法：以无相变逆流为例：热量衡算：（1）,速率方程(逆流)：Q=qm2Cp2(t2-t1)=KA=KA=KA,(2),对第I类操作型问题：直接联立（1）,（2）方程，求解T2，t2。,对第II类操作型问题：未知，且K=f(qm)，又方程为复杂非线性方程，只能迭代试差，求方程近似解。,典型问题：第I类问题：已知一种工况qm1、T1、T2、qm2、t1、t2、K（1，2）、A新工况qmAT1(t1)求:t2,T2,第II类问题：原工况：qm1、T1、T2、qm2、t1、t2、K（1，2）、A,新工况：t1维持qm1、T1、T2不变，采用调节qm2求：qm2，t2。,例：A=25m2列管换热器原工况：qm2=2kg/s，T1=100C，T2=50C，t1=20C，t2=40C，1=500W/m2C新工况：qm1，T1，t1不变，而qm2=1.2kg/s，n=0.8n。求：T2=?t2=?解：原工况：Q=qm2Cp2(t2-t1)=24.18103（40-20）=1.672105W,=43.3C,忽略管壁热阻=4.47110-3水=223.65W/m2C新工况：t1，T1，qm1不变，水，A改变,水=0.794223.65=177.58W/m2CK=131.04W/m2C,=1.299,联立t2=45.22CT2=62.17C,操作型问题：l逆流：l并流：,l若热流体为蒸汽冷凝，则Wr=qm2Cp2(t2-t1),例：已知：内管192mm，T1=90C，T2=50C，,t1=20C，t2=60C。管内1=100W/m2C，管隙2=5000W/m2C，,qm2=20kg/h，cp2=1kJ/kgC。求：（1）换热器长度L=?（2）将内管换成252.5mm，管隙不变，则t2=？,解：（1）tm=t1=t2=30CQ=qm2Cp2(t2-t1)=K=77.72W/m2CA=d2L=,(2)1=1W/m2CK=46.55W/m2CA=d2L=3.140.0251.6=0.13m2不变,qm2Cp2(t2-t1)=KA(T1-t2),t2=56.5C,3、传热过程的调节Q=KAtmK传热系数；A传热面积；tm平均推动力（1）可供调节的因素K=f(设备结构，qm1，qm2)其中，T2，t2为生产结果。可供调节的因素有：,设备结构、流向（不常用）qm1，qm2T1，t1（不常用）,（）调节结果流量调节的结果,原工况如图新工况qm1，T1，t1设备结构不变，使qm2则T2t2tmKQ,设T2T2,则由热量衡算（操作线），tm又qm22结构不变K由速率方程，Q=KAtmQ而与Q=qm1Cp1(T1-T2)Q矛盾T2T2再设t2t2由热量衡算：Q=qm2Cp2(t2-t1)，tm又qm22且,0n0.8,由速率方程,与矛盾，t2t2,qm2则T2t2tm不确定KQqm2若，K,KK,tm若21，K2,qm22K明显，,可能有，则tm的情况。但尽管tm可能略有下降，由于K更明显上升（或热阻下降更明显）使Q传热速率上升,调节的极限：,（）原工况T2-t1很小，tmT2-t1，qm2t,但T受平衡影响几乎不变，QQ,(2)原工况，极大如图示，t1t2，qm2,若K,t，T，Q几乎不变，,QT2tm矛盾,若K2,则Ktm将，T2亦可能有所下降，Q结论：（1）增加流体流量，热流量Q必有不同程度的增加，但其增加幅度必小于流量增加幅度。即（2）由可知,当增加小的一侧流体流量，K明显增加，即热阻明显降低，尽管推动力tm可能下降，但传热速率将上升。,当增加大的一侧流体流量，K近似不变，而推动力tm必上升，传热速率Q也上升。（3）当某侧进出口温度相近时，增加该侧流体流量，热流量不再明显增加。（该侧又较大）当某侧流体出口温度与另一侧流体温度相近时（T2t1,t2T1或T2t2），受平衡约束，传热速率不会随该侧流体流量增加而上升。,*进口温度的影响,原工况如图，现T1其它条件不变，则T2t2tmKQ,qm1,qm2不变KK，又不变T1QQ=qm2Cp2(t2-t1)t2,Q=KAtmtm显然只有T2才能使tmT2，t2，tm，K不变，Q。,*进口温度的影响,原工况如图，现T1其它条件不变，则T2t2tmKQ,qm1,qm2不变KK，又不变T1QQ=qm2Cp2(t2-t1)t2,Q=KAtmtm显然只有T2才能使tmT2，t2，tm，K不变，Q。,结论：增加热流体进口温度（或降低冷流体进口温度）都使传热推动力上升，传热速率Q上升，流体出口温度上升（或下降）,例：原为单管程，T=130C(167kPa表)，,t1=80C，t2=100C，管内流动为湍流，为提高t2改为双管程，t2=?,不改双管程，要达到同样t2，提高T至多少？解：改双管程，流速加倍，,K液u0.8,蒸汽有机液，,得t2=109.5C仍为单管程，K不变T=153.6C相当于426kPa（表）,例：一逆流套管换热器，热空气走管内，冷水走环隙，热空气一侧为传热阻力控制步骤，冷热流体进出口温度为t1=30C，t2=45C，T1=110C，T2=80C。求：当热空气流量qm1加倍时，T2=？t2=？解：qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1),新工况：qm1=2qm1,因tm=T1-t2=T2-t1Q=qm2Cp2(t2-t1)=KA(T1-t2)t2-t1=t2-30=t2=55.1CT2=T1-=84.9C,非定态传热已知：G(kg)，qm(kg/s)，Cp，t初，t终，T，K，A假定管道及换热器的滞留油量可忽略不计，槽内油品温度均匀，求：,解：取d时段进行热量衡算：换热器传热量等于槽内油品升温所需热量,练习：,1、原工况如图，现开大蒸汽阀,pTtmQt