热交换器原理与设计―第1章 热交换器热计算的基本原理课件.ppt

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1、第1章热交换器热计算的基本原理1.0概述热（力）计算是换热器设计的基础。以间壁式换热器为基础介绍换热器的热（力）计算，其他形式的换热器计算方法相同。设计性计算校核性计算设计新换热器，确定其面积。但同样大小的传热面积可采用不同的构造尺寸，而不同的构造尺寸会影响换热系数，故一般与结构计算交叉进行。针对现有换热器，确定流体的进出口温度。了解其在非设计工况下的性能变化，判断其是否能满足新的工艺要求。1.1热计算基本方程式传热方程式和热平衡方程式1.1.1传热方程式Q—热负荷k、Δt—微元面上的传热系数和温差。K—总传热系数Δtm—对数平均温差。1.1热计算基本方程式1.1.1传热方

2、程式工艺计算的目的是求换热面积，即需要先求出Q，K，Δtm1.1热计算基本方程式1.1.2热平衡方程式如不考虑热损失，则下标1代表热流体。下标2冷流体；上标1撇代表进口，上标2撇代表出口。如无相变，则或1.1热计算基本方程式1.1.2热平衡方程式Mc称为热容，用W表示，则，考虑热损失时，ηL—对外热损失系数，取0.97~0.981.2平均温差1.2.1流体的温度分布右图为流体平行流动时温度分布假设：(1)冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2,c1是常数；(2)传热系数是常数；(3)换热器无散热损失；(4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。下标1、2分别代表热冷

3、流体。上标1撇和2撇分别代表进出口1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差简单顺流时的对数平均温差1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差简单顺流时的对数平均温差分析微元面dA的换热：温差：两种流体的换热量为:对于热流体和冷流体:1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差简单顺流时的对数平均温差可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为：1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差简单顺流时的对数平均温差对数平均温差1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差简单逆流时的对数平均温差逆流时：其他过程和公式与顺流是完全

4、一样，因此，最终仍然可以得到：1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差简单逆流时的对数平均温差顺流和逆流的区别：将对数平均温差写成如下统一形式(顺流和逆流都适用)顺流：逆流：1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差算术平均温差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％。平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即1.2平均温差1.2.2顺流和逆流情况下的平均温差1.2平均温差1.2.3其他流动方式时的平均温差纯顺流和纯逆流情况比较少，实际换热器一般都是处

5、于顺流和逆流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流，流动情况非常复杂。是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTD。纯逆流的平均温差最大，一般通过对纯逆流的对数平均温差进行修正来获得其他情况下的平均温差。是小于1的修正系数。图9-15～9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的。关于的注意事项式中：下标1、2分别表示冷热两种流体，上角标1撇表示进口，2撇表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。（2）P的物理意义：（1）值取决于无量纲参数P和R表示冷流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升之比，所以只能小于1。1.2平均温差1.2.3其他流动方式时的平均温差

6、关于的注意事项1.2平均温差1.2.3其他流动方式时的平均温差（3）R的物理意义：两种流体的热容量之比（4）对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数1.3.1传热有效度的定义既“传热学”中的效能-传热单元数法。传热有效度的定义是基于如下思想：当换热器无限长，对于一个逆流换热器来讲，则会发生如下情况：但实际情况的传热量总是小于可能的最大传热量max，将/max定义为传热有效度，并用表示，即a当qm1c1≤qm2c2时，则b当qm2c2≤qm1c1时，则于是可得：1.3传热有效度如果已知则实际传热量为：式①，②相加：①②1.3.2顺流和逆流时的传热有效度顺流

7、时，假设根据热平衡式则有1.3传热有效度1.3.2顺流和逆流时的传热有效度1.3传热有效度当时，同样的推导过程可得：两个公式合并，可得：1.3.2顺流和逆流时的传热有效度1.3传热有效度定义传热单元数NTU(NumberofTransferUnit)则顺流时，1.3.2顺流和逆流时的传热有效度1.3传热有效度逆流时1.3.2顺流和逆流时的传热有效度1.3传热有效度即当冷热流体之一发生相变时当两种流体的热容相等时顺流：逆流：相当于罗必塔法则1.3.2顺流和逆流时的传热有效度1.3传热有效度由顺流和逆流的传热有效度推导