传热过程与换热器的热计算简化版.ppt

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1、第10章传热过程分析与换热器热计算10.1传热过程分析与计算10.2换热器的类型10.3换热器中的传热计算10.4间壁式换热器的热设计10.5热量传递过程的控制10.1传热过程分析与计算10.1.1通过平壁传热过程传热方程传热系数10.1.2通过圆筒壁的传热过程传热方程传热系数【引申思考】增加保温层是否一定会起到减少散热的作用？临界热绝缘直径传热热阻dxdxRRλxRhoRΣRhi+Rλdodcrdodcr临界热绝缘直径【物理意义】添加保温层后，增加还是降低散热的判据。管道外表面Bi【例1】试分析如下情形的散热do

2、cr>1加肋换热效果>1肋化原则肋片应加在表面传热系数小侧肋化基本原则10.2换热器的类型10.2.1换热器的分类（工作原理）间壁式混合式蓄热式套管式管壳式交叉流式板式螺旋板式10.2.2间壁式换热器的主要型式套管式换热器顺流逆流1-1型1-2型2-4型管壳式换热器交叉流换热器管流叉流带肋片，内外侧流体均不混合管流叉流不带肋片，单侧流体混合板式换热器螺旋板式换热器10.3换热器中的传热计算A能量守恒方程传热方程10.3.1换热器计算基本公式能量守

3、恒方程传热方程10.3.2换热器传热平均温差无相变顺流问题dxAxxdA对数平均温差理论推导【1】传热方程角度【2】能量守恒角度【3】温差分布dxAxxdA【4】对数平均温差dxAxxdA无相变逆流问题与顺流问题的异同顺逆流式换热器对数平均温差通式xT【1】12xT【2】21tc,o可以超过th,otlm,CF>tlm,PF【例题】要求某套管式换热器热流体从120℃冷却到60℃，而冷流体由40℃加热到80℃，试分析其对数平均温差。【分析】关键是判断换热器的流动方向特殊运行情况【1】qm,hcp,h>>qm,c,cp,c或者qm,hcp,

4、h【2】qm,ccp,c>>qm,h,cp,h或者qm,ccp,c【3】逆流，qm,ccp,c=qm,h,cp,ht1=t2=tlmxT【1】12xT【2】21xT【3】12复杂布置污垢热阻考虑污垢和肋片的总传热系数10.3.3换热器总传热系数威尔逊图解法【步骤解析】管壳式换热器，常物性，管内为旺盛湍流。【1】hi的确定【2】ho的确定【3】Rf的确定10.4间壁式换热器的热设计10.4.1设计类型与设计方法设计计算校核计算k、A、qm1c1、qm2c2、t1’、t1”、t2’、t2”热计算参量设计类型设计方法平均温差法-N

5、TU法10.4.2平均温差法设计计算步骤确定未知温度；初步布置换热面，确定tlm;确定k；确定A；核算流动阻力。直接应用传热方程和热平衡方程进行热计算方法。校核计算步骤假设一侧流体出口温度，根据热平衡方程确定另一个出口温度；计算tlm；确定相应工况下的k；根据传热方程计算ht；根据热平衡方程计算hb；计算hb与ht相对偏差，并重复上述步骤，直至满足精度要求。10.4.3效能-传热单元法相关定义理论最大换热量max效能根据与NTU间的关系来进行热计算的方法。热容量比C传热单元数NTU与C、NTU之间的关系参见P486-49

6、0设计计算校核计算由热平衡式确定待定的温度；初步布置换热面并计算k；由4个进出口温度确定；根据计算NTU，进而获得kA，确定A；核算换热面流体的流动阻力,修正与优化换热器布置与型式。设计计算步骤假定一出口温度并根据热平衡式确定另一温度；根据进出口温度确定流体物性参数；结合换热器结构，计算k；根据kA，计算NTU；根据NTU确定；根据’=(qmc)min(t1’-t2’)计算’；根据传热方程式计算出传热量”；计算hb与ht相对偏差，并重复上述步骤，直至满足精度要求。校核计算步骤10.5传热强化与隔热保温技术10.5.1传热的

7、强化专注于主要矛盾即热阻大的环节进行强化。强化传热主要集中在对流及辐射区域，尤其是对流区域。本节重点探讨减小对流换热热阻，强化对流区域换热的途径从影响对流换热的因素来考虑改变流体流动状况，破坏边界层或增加扰动；改变换热面的几何形状、尺寸及表面状况；改变流体物性。从对流换热实验规律来考虑（以管内湍流换热为例）从影响对流换热过程的物理机制来考虑无相变的对流换热沸腾换热凝结换热从是否有附加驱动力来考虑无源技术(被动技术)①涂层表面；②粗糙表面(图10-37)；③扩展表面(图10-38，10-39)；④扰流元件；⑤涡流发生器(图10-41)；⑥螺旋

8、管(图10-40)；⑦添加物；⑧射流冲击换热有源技术(主动式技术)①对换热介质做机械搅拌；②使换热表面振动；③使换热流体振动；④将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混合；⑤