第十五章 传热过程及换热器的热计算

传热学篇第十五章传热过程及换热器的热计算

本章讲解传热过程的分析与计算方法，换热器的分类，以及基于对数平均温差法（LMTD法）的换热器热设计（设计计算与校核计算）。15.1

传热过程分析与计算

通过平壁的传热说明:（1）h1和h2为复合换热表面传热系数

（2）两侧面积相等15.1

传热过程分析与计算通过圆筒壁的传热15.1

传热过程分析与计算

临界绝缘直径有保温层时热阻：临界热绝缘直径：对一般动力保温管道来说，其管道外径都大于临界热绝缘直径，所以很少有必要考虑临界热绝缘直径的问题。只有当管道外径很小，保温材料导热系数较大时，才需考虑临界热绝缘直径的影响。15.1

传热过程分析与计算

通过肋的传热肋化系数以Ai作为计算总传热系数及热流量的面积：15.2

换热器的种类

按工作原理分类混合式换热器：15.2

换热器的种类

按工作原理分类回热式换热器15.2

换热器的种类

按工作原理分类间壁式换热器

间壁式换热器又称表面式换热器。

原理：冷、热流体被固体壁面相间隔开分别从壁面两侧流过，热流体通过壁面向冷流体传热。

优点：冷、热流体互不混合，运行和维修简便，因而对流体的适应性较强，且可用于高温高压场合。

缺点：单位容积内所能布置的换热面积较小。15.2

换热器的种类

按工作原理分类间壁式换热器——套管式换热器15.2

换热器的种类

按工作原理分类间壁式换热器——壳管式换热器15.2

换热器的种类

按工作原理分类间壁式换热器——交叉流换热器15.2

换热器的种类

按工作原理分类间壁式换热器——板式换热器15.1

换热器的种类

按工作原理分类间壁式换热器——按流动方式分类15.3换热器的热设计

换热器平均温差的计算顺流与逆流换热器平均温差的计算逆流：顺流：15.3换热器的热设计

换热器平均温差的计算顺流与逆流换热器平均温差的计算工程上，

时，可用算术平均温差计算，其误差不超过2.3%。在进出口温度相同的情况下，算术平均温差值总是比对数平均温差值略大一些。算术平均温差可表示为15.3换热器的热设计

换热器平均温差的计算交叉流换热器平均温差的计算(△tm)ctf是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTDΨ是小于1的修正系数书中图给出了管壳式换热器和交叉流换热器的Ψ

15.3换热器的热设计

换热器平均温差的计算各种流动形式的比较（1）顺流和逆流①顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小；②顺流时，

，而逆流时，

则可能大于

，可见，逆流布置时的换热最强；③逆流时，冷热流体的最高温度集中在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高。15.3换热器的热设计

换热器平均温差的计算各种流动形式的比较

(2)蛇行管只要管内流体流动方向改变5次以上这时候就可以作为顺流和逆流处理15.3换热器的热设计

换热器平均温差的计算各种流动形式的比较

(3)

其中一种流体发生相变这时候没有顺流和逆流之分15.3换热器的热设计换热器的热设计两种类型的设计设计计算:设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积校核计算:对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算它传递多少热量基本公式15.3换热器的热设计换热器的热设计——设计计算

最常见的情况有如下几种：(1)未知量为冷、热流体的进口温度或出口温度。(2)未知量为Φ和4个进出口温度中的任一个。(3)未知量为任一个qm和另一侧进出口温度中的任一个。15.3换热器的热设计换热器的热设计——设计计算

设计计算步骤：(1)根据给定条件，由热平衡方程式求出φ或qm，或进、出口温度中的那个未知温度。

(2)确定流动方式及平均温差△tm。(3)选定传热面的形状和尺寸，结合质量流量，求出两侧表面传热系数，并计算出相应的传热系数k。(4)由传热方程式求出所需传热面积A，进一步求得管长或板长l。(5)计算换热器流动阻力△p,若流阻过大，则应改变方案重新设计。15.3换热器的热设计换热器的热设计——校核计算

换热器面积A已知。3个未知量集中在热平衡方程式中，无法只用热平衡方程式求解，必须与传热方程联立求解。现以未知量为t"1、t"2和φ为例，说明求解过程。其余情况可依次类推。15.3换热器的热设计换热器的热设计——校核计算

(1)假定一种流体的出口温度t"1(或t"2)，用热平衡方程式求出另一种流体的出口温度t"2(或t"1)。(2)由4个进、出口温度，利用热平衡方程式求传热热流量Φ'。(3)根据流动方式，由4个进、出口温度求得平均温差△tm。(4)根据换热器的结构，算出h和k。(5)求传热热流量Φ"=kA△tm。一般认为如果Φ"与步骤2求得的Φ'相等或偏差不超过±5%，则表明假定的流体出口温度与事实相符或相近，计算结束。否则重复上述步骤(1)至(5)，直到用步骤(2)和(5)求得的传热热流量差值小于允许偏差为止。15.4传热的强化与削弱强化传热——增大传热温差△tm

（1）增大传热的动力，提高热流体温度或降低冷流体温度都可增大传热温差△tm，但是流体温度的改变往往会受到工艺条件及客观环境的限制。

（2）应尽量采用逆流式换热器。在复杂流的情况下应尽量选用ψ接近于1的流动方式也是增大传热温差的有效措施