传热-第10章-3

1、(3)-热交换器热计算的NTU方法，a .设计计算：计算步骤：根据生产任务的要求，给定冷、热流体的质量流量和四个入口、出口温度中的三个，有必要确定热交换器的类型和结构，并计算传热系数k、热交换面积a、流动阻力和结构强度等。(a)根据给定的传热条件，如流体性质、流量、温度和压力范围，选择换热器的类型，布置换热面，并计算换热面两侧的表面传热系数和总传热系数k；(b)根据给定的条件，通过公式计算未知的入口和出口温度以及热交换量；(c)根据入口和出口温度，计算热交换器的效率和：两侧流体的热容比；(d)根据换热器的结构和流动方式，选择相应的函数关系或图，计算NTU值，然后计算换热面积a；(e)如果与主要

2、区域不一致，修改设计方案并重新计算，直到两者基本一致；计算热交换器的流动阻力和强度。如果不合适，就改变方案，重新设计。检查计算：需要计算冷热流体的出口温度和热交换量，了解现有换热器的五个参数，如换热面积、两侧流体的质量流量和入口温度。(a)假设热容量小的流体的出口温度，并通过使用热平衡方程计算另一种流体的出口温度；(c)根据已知的传热面积、总传热系数和小侧热容量，可以直接计算换热器的传热单元数NTU:(e)小热容侧的流体的出口温度可以直接从效率计算，然后从能量守恒关系可以获得另一个出口温度；(2)计算换热面两侧的表面传热系数，得到传热系数k；(d)根据换热器的结构和流动方式，选择相应的函数关系

3、或图来计算换热器的效率；(e)如果与假设的出口温度有很大差异，重新假设并重复上述计算，直到满意为止。流体出口温度确定后，可使用热平衡方程计算热传递量。比较平均温差法和有效传热单元数法对换热器的校核计算，只要总传热系数没有给出，迭代计算过程是不可避免的。然而，-NTU方法需要很少的迭代，这是-NTU方法的优点。用线图计算虽然方便，但精度较低，所以应尽可能用公式计算。换热器传热阻力，换热器污垢热阻，k0和k为结垢前后的传热系数，Ko为根据管道外壁面积计算的传热系数。使用温度为60、流量为32 t/h的地热水。使用115/115逆流锯齿板换热器。如果冷水流量为27 t/h，入口温度为15，试着找出热

4、交换量和冷热水的出口温度。众所周知，换热器单板的换热面积等于0.193 m2，单通道流的截面积为0.00134 m2，当量直径为0.0096 m，不锈钢板厚度为0.8 mm，两侧允许压降为50千帕。对流传热的关联式为：摩擦系数关联式：f=16.8/re0.2945，NUF=0.31 Ref 0.61 pf 0.3(0.4)，参考文献1000，60，解：1。平均温差法的假设：(1)物理性质不变；(2)沿线总传热系数恒定；(3)不考虑散热损失。假设冷水侧出口温度为45，从热平衡关系可以得到热水出口温度，热水平均温度为51.6。根据物性表，1=987.3 kg/m3，1=0.65 W/(mK)，1=

5、0.544 m2/s，Pr1=3.452，热水流量为，热水雷诺数为。冷水平均温度为35，即2=994 kg/m3，2=0.626 5 W/(mK)，2=0.732 106 m2/s，Pr2=4.865，冷水流速和雷诺数，冷水侧对流传热的表面传热系数和不锈钢板在50附近的导热系数为16.3 W/(mK)，导热阻力为RP=/p=0.8103m/16.3W/(m2k) 取两侧水的总污垢热阻Rf=0.7104 m2K/W，换热器的总传热系数，换热器的对数平均温差，分别用以下两个公式计算两个传热量。 1=qm2 C2(t2t 2)=27103kg/3 600s 4.174 kj/(kgk)(4525)6

6、26.1 kw，2=katm=2 475 w/(m2k)5.597 m2 16.51 228.7 kw，它们之间的差异太大，显然t245的假设是不正确的。有必要修改t2的假设值并重复上述计算过程：假设t231，并重复上述计算过程。结果如下：U2=0.373 4 m/s，T2M28，2=996.2 kg/m3，2=0.614 2 W/(mK)，2=0.845 106 m2/s，PR 2 T1m57.5，1=986.8 kg/m3，1=0.651 W/(mK)，1=0.497 5106 m2/s，Pr1=3.13，u1=0.446 8 m/s用这个t2值重复上述计算过程，可以得到1=344.4千瓦

7、，2=343.0千瓦，它们彼此非常接近，表明36是正确的t2值。最终的热传递量可以是1和2的算术平均值，即343.7千瓦.最后，对换热器的流动阻力进行了校核计算：热水侧：f1=16.8/re0.2945=16.8/7448 0.2945 1.216，冷水侧：F2=16.8/re0.2945 16.8/4242 0.2945 1.435，两侧压降远低于允许值2。-NTU方法仍然假设冷流体的出口温度为t2=45。通过与平均温差法相同的计算步骤计算总传热系数K，并计算相应的传热单元数和两侧流体的热容比。以上两个数据被逆向代入NTU关系。根据效率的定义，t2=35.99，这与假设的45非常不同。该值被视为新值。然后，根据热平衡关系，计算热水出口温度t150.7和热交换量334千瓦。两种设计方法的比较： (1)两者都需要迭代。(2)迭代次数少，计算量小。当通过增加流速来增强传热时，阻力将以高得多的速率增加，而通过增加流速来改善传热。第十章是总结，主要内容如下：(1)熟