换热器的传热及阻力计算PPT课件

1、传热计算的基本参数和方程传热计算的基本参数和方程1111111ttWttcqm2222222ttWttcqmdAttKA21热流体热流体1放热热流量放热热流量冷流体冷流体2吸热热流量吸热热流量换热器的传热热流量换热器的传热热流量间壁式换热器间壁式换热器的基本参数的基本参数第1页/共37页热容量热容量 流体的质量流量 与其比热容 的乘积 对应单位温度变化产生的流动流体的能量储存速率，单位为W/K 较小者为 较大者为mqWcqmcminmincqWmmaxmaxcqWm第2页/共37页平均温差定义平均温差定义dAttKd21微元传热面的传热热流量微元传热面的传热热流量AKdAttd21AtKmmA

2、mKdAAK12111ttdtmAtKmAmdAttAt211平均温差的定义式平均温差的定义式第3页/共37页换热器的传热热阻换热器的传热热阻KAtm1RUI间壁传热过程简图第4页/共37页换热器的传热热阻换热器的传热热阻2121RRRttw22221111RttRttRttwwwww211RRRKARw通路中忽略污垢热阻后通路中忽略污垢热阻后第5页/共37页间壁的导热热阻间壁的导热热阻AttttAwwww2121ARwLddRiw2ln0第6页/共37页流体与洁净光壁的对流换热热阻流体与洁净光壁的对流换热热阻AttA1AR1第7页/共37页流体与结垢表面的热阻流体与结垢表面的热阻 污垢系数（

3、污垢热阻）：壁面上附有污垢后的导热热阻dddrAArttdw1污垢的形成及性质与流体的性质、壁污垢的形成及性质与流体的性质、壁面的材料和形状、流体的速度及运行面的材料和形状、流体的速度及运行的时间有关，准确选值比较困难。的时间有关，准确选值比较困难。第8页/共37页考虑污垢热阻后的典型间壁传热热阻考虑污垢热阻后的典型间壁传热热阻2211111AKAKKA2211AKAK211111ddwrrAKA21112ln111doiodirLdLddrLdKA平壁平壁圆管壁圆管壁第9页/共37页翅片效率翅片效率 翅片效率用来表征因翅片内部存在导热热阻，沿翅片高度上的温度梯度降低了翅片表面的传热效率，相对

4、于翅根（或基壁），翅片传热效率的降低。mhmhftanhfffffbm2120基温度下的散热量假设整个肋表面处于肋实际散热量肋片效率第10页/共37页几种常用扩展表面的翅片效率几种常用扩展表面的翅片效率 对流表面传热系数越大，翅片高度越大，翅片效率会越高吗？ 为什么说有翅片一侧的热阻包含了流体对翅片表面的对流换热热阻及翅片的导热热阻？第11页/共37页常用的翅片形状常用的翅片形状第12页/共37页流体与洁净带翅片壁面间的对流换热热阻流体与洁净带翅片壁面间的对流换热热阻流体通过带翅片的壁面换热流体通过带翅片的壁面换热pfAAAttAttAAttAttAwefwffpwffwppf第13页/共37

5、页流体与洁净带翅片壁面间的对流换热热阻流体与洁净带翅片壁面间的对流换热热阻表面效率：有效传热面积与总传热面积之比表面效率：有效传热面积与总传热面积之比ffefAAAA110AttAttttAwww1100第14页/共37页考虑污垢热阻后典型带翅片间壁的传热热阻考虑污垢热阻后典型带翅片间壁的传热热阻211111ddwrrAKA21112ln111doiodirLdLddrLdKA201112ln111ArLddrLdKAdiodi201011111ArAArKAdwd平壁平壁圆管壁圆管壁平壁两侧平壁两侧带翅片带翅片圆筒壁外圆筒壁外侧带翅片侧带翅片第15页/共37页换热器传热计算方法换热器传热计算

6、方法u平均温差法由于在换热器中沿任一流体流动长度上的热、冷两流体之间的温差是变化的，需合理计算壁面两侧流体间温差对面积的平均值u效率（效能）-传热单元数（ ）法换热器的实际传热热流量 与理论上最大可能的传热热流量之比NTUmtKAmtmax第16页/共37页21WW 21WW 21WW 第17页/共37页平均温差法平均温差法顺流中的温度分布 21212121lntttttttttm顺流顺流minmaxminmaxlntttttm第18页/共37页平均温差法平均温差法逆流中的温度分布 21212121lntttttttttm逆流逆流minmaxminmaxlntttttlm第19页/共37页平均

7、温差法平均温差法lmmtt其他流动形式其他流动形式PRAAttothercounterlmm,温度修正系数温度修正系数 在相同的进口、出口温度条件下，逆流的平均温差在相同的进口、出口温度条件下，逆流的平均温差 最大。最大。2211ttttR2122ttttP第20页/共37页平均温差法平均温差法一种流体混合和另一种流体非混合的一种流体混合和另一种流体非混合的单流程叉流式换热器的修正系数曲线单流程叉流式换热器的修正系数曲线第21页/共37页平均温差法平均温差法两种流体均非混合的单流程叉流式换热器的修正系数曲线两种流体均非混合的单流程叉流式换热器的修正系数曲线第22页/共37页效率效率-传热单元数

8、法传热单元数法 换热器效率21min22221min111maxttWttWttWttW逆流式换热器中的最大温差逆流式换热器中的最大温差只能在传热面积无限大的逆流式只能在传热面积无限大的逆流式换热器内实现。换热器内实现。max第23页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法 传热单元数minWKANTU KA当换热器的平均温差为当换热器的平均温差为1时所传递的热量时所传递的热量mmmttNTUtWtKAttNTUmaxmaxminmax12122min2ttttPWW12221121min1,WWttttRWWPWW第24页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法 热容比1maxmin

9、*WWC第25页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法 效率-传热单元数关系式流动形式,*CNTUf逆流流动逆流流动*1*111CNTUCNTUeCe11ln11*CCNTU逆流式换热器的效率曲线逆流式换热器的效率曲线NTUeWWC10maxmin*NTUNTUC11*第26页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法顺流流动顺流流动*111*CeCNTU顺流式换热器的效率曲线NTUeC10*2112*NTUeC换热过程中有一种流体温度不变时，换热过程中有一种流体温度不变时，其效率值与流体流动方向无关。其效率值与流体流动方向无关。顺流式换热器的效率曲线顺流式换热器的效率曲线第27页/共

10、37页效率效率-传热单元数法传热单元数法一种流体混合和另一种流体非混合的单流程叉流流动一种流体混合和另一种流体非混合的单流程叉流流动NTUCCummeeWWWWWW*11,max2min1NTUCummeCeWWWWWW11,*min2max1*NTUeeC1*11第28页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法两种流体各自均非混合的单流程叉流流动两种流体各自均非混合的单流程叉流流动1expexp178. 0*22. 0NTUCCNTU德雷克（德雷克（Drake）近似关系式近似关系式第29页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法逆流型多流程叉流换热器效率逆流型多流程叉流换热器效率逆流

11、型三流程叉流换热器流程示意图逆流型三流程叉流换热器流程示意图第30页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法逆流型多流程叉流换热器效率逆流型多流程叉流换热器效率 假定流体在流程之间相互充分混合，总效率与单假定流体在流程之间相互充分混合，总效率与单流程效率间的关系为流程效率间的关系为*31*31*3*3*1111111111CCCCCCiiiii第31页/共37页效率效率-传热单元数法传热单元数法逆流型多流程叉流换热器效率逆流型多流程叉流换热器效率1111*nnnnCiii各类换热器的效率关系式见表各类换热器的效率关系式见表2-4第32页/共37页换热器传热计算的步骤换热器传热计算的步骤l设计计算设计计算 根据给定的工作条件及换热量，确定所需的换热面积，进而确定换热器的具体尺寸。通常已知 和 四个温度中的三个。l校核计算校核计算 对已有换热器的换热能力进行校核或变工况计算。根据给定的换热器结构参数和两侧流体的工作条件 及