换热器计算课件

传热过程分析与换热器热计算本章的学习目的分析实际传热问题的能力综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力了解换热器的基本知识和设计过程§

7-1传热过程的分析和计算

传热过程？基本计算式(传热方程式)？式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，K的计算公式也不同。1通过平壁的传热K的计算公式？说明：(1)h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)单相对流：膜态沸腾：(7-24)(6-23)2通过圆管的传热hiho内部对流：圆柱面导热：外部对流：其中：3通过肋壁的传热肋壁面积：稳态下换热情况：A1A2Ai肋面总效率定义肋化系数：

则传热系数为所以，只要就可以起到强化换热的效果。4带保温层的圆管传热——临界热绝缘直径圆管外敷保温层后：可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是增强还是削弱呢？这要看d/ddo2和d2/ddo22的值可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也就是说，do2在do1~dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时，降低。or§

7-2换热器的型式及平均温差换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置2换热器的分类：三种类型换热器简介3间壁式换热器的主要型式套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形顺流逆流(2)管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。增加管程进一抗步增盆加管针程和耍壳程(3要)交叉鼓流换贞热器少：间壁校式换傻热器广的又金一种虫主要傻形式急。其任主要胞特点初是冷例热流钞体呈弃交叉替状流先动。则交叉哨流换皆热器渡又分闻管束隶式、区管翅仔式和氧板翅抱式三织种。(c蒜)板翅刚式交馒叉流溜换热阁器(4毒)板式元换热诊器：由一福组几细何结羽构相略同的馆平行汽薄平鲁板叠水加所泽组成追，冷逝热流状体间胁隔地冈在每化个通构道中方流动扮，其验特点套是拆李卸清贼洗方乎便，狭故适尺用于泉含有仿易结精垢物乔的流谱体。单位溉体积也内所义包含膊的换总热面残积作贩为衡欺量换津热器宴紧凑钥程度碍的衡漠量指楼标，辰一般休将大跑于70罩0m磁2/养m3的换贪热器晚称为紧凑鬼式换芬热器，板脏翅式析换热贪器多技属于缓紧凑稻式，趟因此聪，日未益受监到重扭视。(5)螺旋溉板式缝换热雄器：换热煮表面垮由两掀块金秆属板循卷制辰而成便，有铸点：忍换热炕效果寒好；姐缺点峡：密打封比晴较困界难。4简单鸡顺流卧及逆昏流换壳热器许的对露数平吵均温固差传热量方程祖的一姑般形毕式：这个洽过程绝对于爱传热杯过程久是通周用的妈，但铜是当逐温差抹沿朴整个数壁面庭不是尺常数宴时，文比如股等壁夜温条药件下惩的管坟内对起流换鼓热，旱以及管我们团现在推遇到代的换释热器枝等。拒对于径前者贼我们幕曾经笨提到母过对唱数平泉均温棕差(L毫MT毙D)的公印式，需但是荡没有台给出浓推导库。下垦面我犁们就讽来看梦看LM乓TD的推达导过乡丰程dthdtcthtc以顺流情况而为例登，并右作如虎下假金设：（1）冷危热流酸体的呀质量赖流量qm暗2、qm我1以及籍比热廊容c2尊,c居1是常揉数；(2改)传热更系数箱是常揉数；变（3）换牺热器体无散服热损死失；瞧（4）换社热面栗沿流丛动方降向的奸导热门量可雕以忽言略不电计。要想堵计算鸭沿整怠个换奴热面孔的平成均温雀差，硬首先天需要后知道箭当地熄温差嘴随换释热面貌积的抄变化俭，即插，然钢后再铅沿整葵个换艺热面痒积进音行平丙均在前石面假兽设的稍基础酬上，刷并已衔知冷掀热流惨体的采进出送口温乱度，萌现在消来看退图7-黑13中微尼元换泡热面dA一段厌的传禾热。侮温差决为：在固蜂体微砍元面dA内，度两种裳流体齐的换陪热量未为:对于翁热流偏体和蛾冷流院体:可见冰，当遣地温去差随日换热闲面呈层指数米变化冠，则软沿整摇个换澡热面钢的平分均温矿差为咸：(1胳)(2絮)(3杏)(1飘)+青(2普)+骂(3务)对数枯平均默温差顺流刚：逆流令时：其他牧过程悄和公念式与月顺流岗是完娘全一体样，布因此烂，最爪终仍波然可雾以得到碎：顺流排和逆捧流的搜区别缎在于区：顺流画：逆流映：或者矿我们度也可粘以将盆对数涉平均呈温差毁写成内如下垃统一棍形式(顺流竖和逆靠流都栋适用)5算术雕平均句温差平均基温差摊的另依一种影更为掘简单如的形昏式是两算术介平均泄温差趣，即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％。6其他疤复杂们布置公时换熊热器买平均航温差瘦的计黄算以上忧所讨闹论的锤对数晨平均禾温差(L垮MT乖D)只是扣针对缎纯顺撒流和难纯逆鹿流情钞况，拐而这掩种情留况的延出现誓是比芹较少六的，霞实际龙换热裳器一黑般都菊是处间于顺绒流和丸逆流解之间成，或某者有谊时是跳逆流织，有汗时又毙是顺染流。留对于帮这种薯复杂续情况桃，我还们当碎然也境可以道采用虾前面炼的方斩法进计行分梨析，情但数裳学推股导将爸非常蜜复杂愈，实轧际上要，逆埋流的雾平均司温差芬最大银，因俭此，巾人们蓝想到订对纯夺逆流四的对鸟数平迷均温蚁差进利行修宋正以单获得渴其他计情况腥下的蓄平均赔温差比。是给岁定的如冷热唱流体胀的进买出口仅温度食布置巴成逆侄流时齐的LM达TD，是唱小于1的修丑正系夹数。息图7-疫15嫩~宽7晌-1秤7分别滩给出嗽了管想壳式悄换热品器和狗交叉迁流式啊换热刺器的浆蜜。关于悲的维注意秃事项（1）热值取舞决于收无量驱纲参刚数P和R式中硬：下怜标1、2分别侵表示孙两种干流体强，上受角标`表示鉴进口航，``表示伍出口拉，图翼表中恳均以P为横尘坐标娇，R为参谅量。（3）R的物判理意产义：父两种临流体粉的热慕容量晴之比（2）P的物士理意烛义：对流体2的实圣际温贪升与凡理论乡丰上所充能达眠到的最宇大温罚升之败比，扛所以针只能引小于1（4）对于缴管壳壳式换恭热器路，查红图时顺需要苏注意锦流动胖的“桃程”说数7各种致流动窗形式太的比坦较顺流拥和逆禾流是管两种丝式极端怠情况奶，在皂相同度的进锅出口猜温度榜下，沉逆流杜的层最大皱，顺起流则狸最小甜；顺流兵时段，而晒逆流熊时，篇则躁可能歇大于欢，可帆见，供逆流略布置醉时的芹换热垒最强你。InOutInOut(3喷)那么卡是不覆是所惹有的看换热禁器都猫设计棉成逆静流形礼式的告就最他好呢慌？不防是，营因为慕一台她换热存器的欠设计方要考新虑很廉多因稻素，私而不威仅仅薄是换咬热的根强弱均。比趴如，熊逆流碎时冷撞热流膊体的等最高导温度仙均出煎现在荷换热还器的速同一尤侧，岁使得件该处风的壁唱温特终别高抖，可殖能对罪换热看器产我生破丘坏，炎因此瘦，对升于高孕温换盗热器担，又度是需舍要故虫意设匪计成奏顺流(4限)对于箩有相哪变的越换热番器，门如蒸四发器着和冷册凝器杠，发希生相送变的孔流体懂温度敌不变严，所龄以不获存在耍顺流扯还是势逆流蔑的问宴题。xTInOutxTInOut冷凝蒸发§7-创3换热酸器的尾热计悠算换热莫器热毅计算龙分两聋种情朝况：设计手计算和校核镰计算(1熔)设计健计算摆：设计涨一个塞新的挂换热在器，彼以确安定所采需的手换热鸣面积校核顺计算用：对已张有或笨已选护定了渗换热辉面积拌的换托热器册，在模非设计工跨况条虫件下简，核浩算他凤能否惕胜任康规定灵的新映任务勤。换热撇器热宪计算识的基嫌本方爸程式旷是传热雕方程胆式及热平踪蝶衡式式中书，井不是静独立扇变量裂，因果为它沉取决拆于螺以议及换泛热器叹的布餐置。默另外收，根宋据公辰式(7雨-1横5)可是扣，一浆旦和螺以艳及调中的傻三个乌已知防的话列，我们就极可以萝计算饼出另轿外一出个温顿度。涂因此替，上页面的镇两个财方程中共波有7个未嘉知数题，即需要水给定露其中末的5个变虾量，辨才可牙以计丸算另绩外三淋个变绒量。对于设计剖计算而言址，给滚定的剥是称，以究及进赴出口温度洋中的泛三个赚，最公终求对于校核蜻计算而言壶，给虫定的消一般荒是些，桑以及2个进商口温度诉，待百求的随是换热口器的唉热计思算有泊两种雹方法乌：平均什温差胜法效能-传热瓶单元赚数(-笑NT狗U)法平均启温差堵法：就是桃直接钳应用呢传热稻方程丽和热齿平衡机方程倦进行戒热计算淡，其烦具体肤步骤弦如下只：对于设计夸计算解（已穿知捎，刺及进华出口呢温度怠中的堆三个窗，求命）初步泛布置威换热嘉面，忧并计字算出砍相应跪的总溪传热月系数k根据坦给定征条件印，由急热平碧衡式绢求出粪进、静出口朝温度竿中的永那个令待定溪的温尤度由冷津热流墙体的4个进箱出口汪温度遣确定纤平均哈温差由传线热方幸程式碑计算卡所需茅的换更热面付积A，并闭核算握换热你面流池体的集流动他阻力如果泽流动遥阻力晚过大至，则匠需要贪改变壁方案匀重新延设计滥。对于校核博计算矮（已姻知乏，及授两个跃进口勾温度瞒，求哲）先假截设一梦个流鸣体的侨出口挽温度拜，按脏热平扬衡式陶计算诞另一携个出似口温穗度根据4个进路出口离温度晕求得卸平均龟温差根据卵换热爆器的狭结构先，算盟出相瓦应工捕作条间件下持的总衰传热弓系数k已知kA和予，按勇传热采方程间式计察算在自假设览出口稿温度窝下的根据4个进羊出口绩温度芹，用瞒热平番衡式伏计算登另一物个象，香这个价值和轮上面初的逼，乓都是私在假充设出柿口温宏度下只得到贤的，反因此绍，都区不是配真实抓的换默热量比较宅两个丽值，语满足末精度绢要求柳，则勒结束活，否宜则，勾重新心假定款出口意温度隐，重仙复(1逗)~够(6佩)，直寒至满沙足精给度要却求。2效能-传热陷单元靠数法(1规)换热洋器的苏效能充和传塘热单拔元数换热些其效弱能的检定义扣是基今于如吊下思隔想：凶当换踪蝶热器示无限促长，防对于垫一个逆流旗换热崖器来讲训，则固会发垒生如撞下情余况a当鞋时谨，运，则b当盲时肯，策，则于是斑，我痕们可匠以得乳到然而丛，实揉际情掠况的斥船热垫量q总是呼小于悲可能怎的最企大传伤热量qma牲x，我根们将q/隙qma缓x定义祝为换纳热器槽的效沉能，装并用压表示殃，即对于叶一个墓已存酸在的际换热阁器，乔如果仆已知诱了效词能鼻和冷恰热流调体的婚进口钱温差妖，则米实际晶传热邮量可谁很方通便地旋求出那么草在未翼知传绸热量塌，之夜前，经县又皮如何幕计算姓？和著那些淡因素良有关介？以顺流换热海器为煮例，稍并假诞设廊，签则有根据识热平摊衡式很得：于是式①，催②相加纯：热容邻比①②式①代入筝下式勉得：++当础时，娇同样列的推遍导过过程可赌得：上面的推导过程得到如下结果，对于顺流：当时上面骂两个夕公式率合并静，可侦得：换热驼器效绣能公痒式中碑的抖依赖余于换归热器辉的设组计，雄则依型赖于蓄换热工器的出运行狗条件出，因语此，郊在敲一定祸程度渠上表陵征了糕换热而器综佣合技谨术经校济性敬能，纳习惯股上将后这个员比值像（无荡量纲哥数）独定义淘为传吓热单疮元数NT求U，即因此在，与顺愿流类战似，逆流时：当冷热流体之一发生相变时，相当于，即，于是上面效能公式可简化为当两掩种流剩体的牺热容扮相等锯时，阀即公式烦可以纪简化睬为顺流硬：逆流严：（糖，岗及两豆个进刚口温饥度，甘求喂）(2庭)用效暂能-传热任单元年数法甩计算纠换热费器的欲步骤a设计贵计算显然触，利棵用已摸知条层件可邀以计妙算出杨，而谅带求饼的k，A则包滋含在NT询U内，唉因此酿，对宰于设剩计计醋算是妙已知网歼，求NT扒U，求币解过版程与香平均假温差距法相骆似，互不再愁重复b校核萝计算由于k事先狱不知纠，所产以仍碌然需丛要假舌设一竿个出跟口温仰度，剧具体秋如下抚：①假设宁一个菜出口神温度什，利新用热拉平衡休式计咐算另负一个②利用盛四个挺进出尿口温驾度计卫算定丸性温烫度，咏确定兆物性升，并司结合堆换热扯器结跃构，碍计算奏总传柏热系踢数k③利用k,摄A计算NT练U（，及进出口温度中的三个，求）④利用NT固U计算⑤利用(7僻-1主7)计算，黑利用(7检-1项4)计算殖另一荷个⑥比较问两个，邻是否宾满足驰精度荷，否攀则重刚复以问上步听骤从上股面步杯骤可溪以看唱出，恋假设弦的出商口温粥度对逐传热据量的头影响献不是住直接洞的，巷而是短通过工定性绕温度末，影钻响总筋传热序系数恰，从浩而影书响NT给U，并薄最终俯影响饱接值颜。而君平均杏温差争法的制假设页温度御直接携用于保计算哀核值，傻显然麻-N扰TU法对滋假设己温度赠没有哥平均晋温差选法敏恐感，飞这是辫该方壮法的泼优势朗。3换热糟器设护计时懂的综会合考隔虑换热乏器设理计是镇综合冤性的钞课题庭，必删须考疗虑出轻投资纤，运滥行费盲用，世安全麦可靠硬等诸铸多因戏素。4换热蒜器的局结垢竞及污培垢热庄阻污垢北增加领了热振阻，揉使传烦热系艇数减塘小，励这种灵热阻誉成为蚁污垢洪热阻禾，用Rf表示机，式中蔬：k为有矩污垢务后的喘换热爱面的异传热限系数嗽，k0为洁占净换伟热面的传如热系帆数。对于防两侧双均已膀结构品的管熊壳式辨换热谈器，叫以管孩子外仆表面艳为计石算依井据的哈传热腊系数缘瑞可以驼表示吵成：如果颤管子丸外壁踢没有远肋化倘，则我肋面勉总效伯率o=颜1。管壳臭式换种热器甲的部栽分污获垢热贱阻可背以在锡表7-寒1种查土得。§7-慌4传热辜的强尊化和汪隔热峡保温侧技术强化扑传热目的目迫的：缩小伙设备叠尺寸欺、提剑高热旷效率而、保画证设台备安开全削弱奇传热负的目条的：减少杰热量震损失根据费不同仿的需添求，恳对于茫实际柳传热鸣的传录热过愧程，挽有时爆需要谱强化梁，有巧时则残需要范削弱暂。显涂然，劳根据束不同溜的传造热方晶式，起强化芝和削喘弱传枣热的候手段纸应该渔不同壳，本缸节主胃要针屈对对流蛮换热址过程嘴的强皮化和询削弱1强化沫传热艺的原白则和称手段(1山)强化故换热缎的原污则：哪个庙环节锣的热终阻大锋，就誉对哪落个环逆节采误取强球化措未施。举例却：以乱圆管坦内充傅分发刑展湍眉流换押热为去例，防其实榴验关恳联式犁为：(2化)强化恒手段:东a无源腹技术(被动炭技术)；b有源帆技术(主动往式技腿术)a无源臂技术(被动让技术)：除算了输若送传伤热介顷质的虏功率诞消耗吐外，派无需习附加怜动力其主菊要手宿段有根：①再涂层认表面沉；②蛋粗糙想表面(图7-指27斩)；③喘扩展话表面(图7-盖27宣)；④躁扰流止元件(图7-迫30乡丰a)；⑤刘涡流域发生掏器(图7-慨30蜻b)；⑥痰螺旋崖管(图7-这30瓣c)；⑦峡添加链物；祝⑧肤射流杏冲击荡换热b有源买技术(主动悄式技往术)：需悦要外赢加的驶动力其主队要手吗段有爸：①坏对换丈热介对质做超机械念搅拌逆；②静使换务热表膜面振箩动；斤③使缩慧换热依瘤体般振动懂；④设将电箭磁场父作用算于流瞎体以已促使策换热哀表面钓附近篇流体更的混品合；呢⑤将软异种甲或同亭种流芹体喷司入换战热介屋质或曾将流顿体从愈换热圆表面粱抽吸暑走。对换携热器足而言畅，随剖着强括化措贯施的饿完善浸，污足垢热岂阻有广时会作成为胡传热讯过程屯的主柏要热东阻，鲁因此衰，需驴要给骂换热微器的胃设计夕提供汁哈里逼的污假垢热榜阻的铺数据裳，这紫就需惊要实蹈验测缴定，企可是慕实验姥测出理来的坊是总描表面幕传热义系数摧，那蜡么如脖何将缸总的朵传热瞧系数舅分成阅各个叶环节疫的热技阻呢裁？下器面的膝威尔堤逊图欧解法举提供浮了一崭种有笨效途缓径2确定咏传热汽过程腿分热泉阻的贡威尔魄逊图因解法利用吨数据炮采集执系统沉可以参测定肝壁面拥和流衔体的绍温度后，从靠而获阁得平仁均温退差，仆利用怨热平鞭衡方隙程式羡获得这热流皇量，世换热歼面积预可以彼根据茫设计货情况象获得钞，这弓样就蛾可以词通过透传热梯方程滔式计教算出沾总表眯面传屯热系驰数。惑这是威尔初逊图德解法的基姜础。我们梁已管装壳式翻换热陕器为勿例，公说明坦如何宏应用已威尔乱逊图召解法推获得捉各个盖分热秩阻。征总表蜻面传稿热系虫数可选以表绸示成现：工业追换热桥器中经的管烂内流葡体的捕流动饺一般返都是峰处于车旺盛瞧湍流蕉状态旷，hi与流糟速u0际.7成正篮比，赚因此母，可鸣以写伍成策的形矮式，偿带入钟上式辅：如果盟能保惊持ho不变沿，Rw壁面严的导保热热赵阻不籍会变代化，Rf在短钉时间扒内不迷会有舅大的理改变枣，因拌此，可上式候右边库的前赢三项竖可认艰为是拐常数恩，用b表示搁，物锤性不羊变的掀情况扣下，撞可第以认灭为是常数召，用m表示下，于洲是上厚式可欣变为改变补管内证流速u，则直可以嘴测得竭一系依列的杯总表之面传违热系瓦数，达然后诱绘制土成图峡，则毒是一葬条直宽线，刚如图(7吹-3绑1)所示从这梢个图抽中可蚁以获权得b，m，和ci，从精而，仙管子衰内侧禾的对闲流换绵热系探数这样休就将右内部啄热阻离从总湖传热啊系数月中分淋离出脱来，案然后丸，当怕换热低器运卖行一输段时氏间后挖，再煌进行顶同样禾过程惜的测鸦量，辈可以薪获得爸另外雅一条懂曲线福，则帜两条套曲线慌截距尿之差遗就是诉污垢思热阻子，这哲样又地把污填垢热柴阻分处离出馆来了汪。威尔暴逊图些解法岁的前有提是种有一嫩侧的溪换热趟热阻巩基本润保持坐不变星，有扬时候允这格太条件脉很难指被满潜足，经因此刑，后昨来人批们提吗出了存一种逃修正你威尔献逊图银解法北。3隔热械保温孩技术(1琴)需求归背景(2碍)高于或环境皱温度俯的热艘力设灵备的缠保温盛多采占用无庄机的私绝热植材料(