换热器的传热计算.doc

《换热器的传热计算.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、.换热器的传热计算换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热面积；另一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器，核算其传热量、流体的流量或温度。这两种计算均以热量衡算和总传热速率方程为基础。换热器热负荷Q值一般由工艺包提供，也可以由所需工艺要求求得。Q=WcpΔt，若流体有相变，Q=cpr。热负荷确定后，可由总传热速率方程（Q=KSΔt）求得换热面积，最后根据《化工设备标准系列》确定换热器的选型。其中总传热系数K=（1）在实际计算中，总传热系数通常采用推荐值，这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的，可以从有关手

2、册中查得。在选用这些推荐值时，应注意以下几点：1.设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致。2.设计中流体的性质（粘度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和状态相一致。3.设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致。4.总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。若需降低设备费可选取较大的K值；若需降低操作费用可取较小的K值。5.为保证较好的换热效果，设计中一般流体采用逆流换热，若采用错流或折流换热时，可通过安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowman）图算法对Δt进行修正。虽然这些推荐值给设计

3、带来了很大便利，但是某些情况下，所选K值与实际值出入很大，为避免盲目烦琐的试差计算，可根据式（1）对K值估算。式（1）可分为三部分，对流传热热阻、污垢热阻和管壁导热热阻，其中污垢热阻和管壁导热热阻可查相关手册求得。由此，K值估算最关键的部分就是对流传热系数h的估算。..影响对流传热系数的因素主要有：1.流体的种类和相变化的情况液体、气体和蒸气的对流传热系数都不相同。牛顿型和非牛顿型流体的也有区别，这里只讨论牛顿型对流传热系数。流体有无相变化，对传热有不同的影响。2.流体的性质对h影响较大的流体物性有比热、导热系数、密度和粘度等。对同一种流体，这些物

4、性又是温度的函数，而其中某些物性还和压强有关。3.流体的流动状态当流体呈湍流时，随着Re数的增加，滞流内层的厚度减薄，故h就增大。而当流体呈滞流时，流体在热流方向上基本没有混杂流动，故h就较湍流时为小。4.流体流动的原因自然对流是由于流体内部存在温度差，因而各部分的流体密度不同，引起流体质点的相对位移。设ρ1和ρ2分别代表温度为t1和t2两点的密度，则流体因密度差而产生的升力为（ρ1-ρ2）g。若流体的体积膨胀系数为β，单位为1/℃，并以代表Δt温度差（t2-t1），则可得ρ1=ρ2（1+βΔt），于是每单位体积的流体所产生的升力为：（ρ1-ρ2）

5、g=[ρ2（1+βΔt）-ρ2]g=ρ2βgΔt或（ρ1-ρ2）/g=βΔt强制对流是由于外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体的流动。5.传热面的形状、位置和大小传热管、板、管束等不同的传热面的形状；管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的高度等，都影响h值。目前解决对流传热问题的方法主要有量纲分析法和类比法。常用的量纲分析法有雷莱法和伯金汉法（BuckinghamMethod），前者适合于变量数目较少的场合，而当变量数目较多时，后者较为简便，由于对流传热过程的影响因素较多，故需采用伯金汉法。²强制对流（无相变）传热过程根据理论分析及实验研究

6、，对流传热系数h的影响因素有传热设备的尺寸l、流体密度ρ、粘度μ、定压质量热容cp..、导热系数k及流速u等物理量，可用h=f（l，ρ、μ、cp、k、u）表示，式中涉及到的基本量纲只有四个。最后可得强制对流（无相变）传热时的无量纲数群关系式Nu=φ（Re，Pr）。²自然对流传热过程同样可得，自然对流传热时准数关系式为Nu=φ（Gr，Pr）。各准数名称、名称和含义列于表1。表1准数的名称、符号和含义准数名称符号准数式含义努塞尔数（Nusseltnumber）Nu表示对流传热系数的准数雷诺数（Reynoldsnumber）Re表示惯性力与粘性力之比，是

7、表征流动状态的准数普兰德数（Prandtlnumber）Pr表示速度边界层和热边界层相对厚度的一个参数，反映与传热有关的流体物性格拉斯霍夫数（Grashofnumber）Gr表示由于温度差引起的浮力与粘性力之比各准数中的物理量的意义为：h—对流传热系数，W/（m2℃）；u—流速，m/s；ρ—流体的密度，kg/m3；l—传热面特性尺寸，可以是管径（内径、外径或平均直径）或平板长度，m；k—流体的导热系数，W/（m2℃）；μ—流体的粘度，Pas；cp—流体的定压比容，J/（kg℃）；Δt—流体与壁面间的温度差，℃；β—流体的体积膨胀系数，1℃/或1/K

8、；g—重力加速度，m/s2。..上述关系式仅为Nu与Re、Pr或Gr、Pr的原则关系式，而各种不同情况下的具体关系式则需通