换热器传热计算的平均温差法课件.ppt

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1、制冷与低温技术原理(六)多媒体教学课件李文科制作第六章热交换过程及换热器第一节制冷机中热交换设备的传热过程及传热计算方法第二节蒸发器第三节冷凝器第四节蒸发器供液量的自动调节第五节制冷系统的传热强化与削弱第一节制冷机中热交换设备的传热过程及传热计算方法内容提要一、通过平壁的传热二、通过圆管的传热三、通过肋壁的传热四、平均传热温差与析湿系数五、换热器传热计算的平均温差法第一节热交换设备的传热过程及传热计算换热器是制冷机的重要设备，其特性对制冷机的性能有重要影响。换热器中包括多种热交换过程，如凝结、沸腾、强制对流、自然对流等。本章主要介绍

2、蒸发器和冷凝器的结构、传热特性以及蒸发器供液量自动调节，也适当介绍一些制冷系统传热强化与削弱的方法。热量由壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧流体的过程称为传热过程。制冷机热交换设备中的传热基本可以归结为通过平壁、圆管壁以及肋壁的传热，本节结合制冷换热器传热计算的实际需要，给以简要回顾。第一节热交换设备的传热过程及传热计算一、通过平壁的传热对于无内热源、热导率λ为常数、厚度为δ、两侧流体温度为tf1与tf2、表面传热系数为h1与h2的单层无限大平壁的稳态传热过程，通过平壁的热流量可由下式计算：(6－1)式中：φ－通过平壁的热流量，W；A－

3、传热面积，m2；K－传热系数，W/(m2·K)。式(6－1)可改写成热流密度的形式(6－2)式中：q—热流密度，W/m2。第一节热交换设备的传热过程及传热计算整个传热过程可分成三个分过程：高温流体与壁面的对流换热、平壁导热以及壁面向低温流体的对流换热。传热系数为(6－3)相应的传热热阻为(6－4)式中：R—传热过程的热阻，m2·K/W；1/hi、1/ho和δ/λ—分别为两表面的对流换热热阻与壁面的导热热阻，m2·K/W。第一节热交换设备的传热过程及传热计算对于n层平壁，当各层材料的热导率分别为λ1、λ2、…λn，且为常数，厚度分别为δ

4、1、δ2、…δn，层与层之间接触良好，无接触热阻时，热阻计算公式为(6－5)第一节热交换设备的传热过程及传热计算二、通过圆管的传热图6－1所示为一单层圆管，内、外直径分别为di和do，相应的半径为ri和ro，长度为l，热导率λ为常数，无内热源，圆管内、外两侧的流体温度分别为tf1、tf2，且tf1＞tf2，两侧的表面传热系数分别为hi、ho。与平壁传热不同，由于圆管的内、外表面积不相等，所以传热系数也有内、外之分。制冷换热器计算中，一般以圆管外表面面积Ao为基准，相应的热流量φ为(6－6)单位长度圆管的传热密度φl为(6－7)式中：k

5、l＝koπdo，为单位管长的传热系数，W/(m3·K)。第一节热交换设备的传热过程及传热计算图6－1圆管壁的传热过程第一节热交换设备的传热过程及传热计算以圆管外壁面面积为基准计算，传热系数ko为(6－8)工程计算中，当圆管的内、外径之比do/di≤2时，式(6－8)可简化为(6－9)或(6－10)式中：δ—圆管壁厚，m；λ—圆管热导率，W/(m·K)；dm—圆管内、外直径的算术平均值，m；Am—圆管内、外表面面积的算术平均值，m2。第一节热交换设备的传热过程及传热计算计算表明，简化后的式(6－9)、式(6－10)与原式(6－8)相比，

6、计算偏差小于4%。当圆管壁为多层材料组成时，传热系数可由热阻叠加求得。涉及圆管保温时，其隔热材料的厚度应大于临界热绝缘直径。热交换器投入使用后，传热表面会产生污垢，增大传热热阻。污垢对传热的影响通过污垢热阻考虑。计及污垢热阻的圆管传热公式为(6－11)或(6－12)第一节热交换设备的传热过程及传热计算式中：Ri、Ro分别为圆管内、外表面的污垢热阻(在换热器设计中常称为污垢系数)，m2·K/W。在制冷换热器中，制冷剂侧污垢主要为润滑油的油膜及其他悬浮物的沉积；水侧污垢主要来自于盐类在换热表面上的结晶以及悬浮颗粒在换热表面上的沉积；空气侧

7、污垢主要来自于空气中的悬浮颗粒在换热表面的沉积。由于污垢生成过程的复杂性，目前尚无法用理论计算方法确定。表6－1给出了部分实验值。第一节热交换设备的传热过程及传热计算表6－1换热器传热表面的污垢系数部位及介质污垢系数/(m2·K/W)冷凝器氨侧0.43×10－3蒸发器氨侧0.60×10－3氟利昂(钢管)侧0.09×10－3冷却水侧0.09×10－3盐水、海水侧0.18×10－3冷媒水、水蒸气侧0.045×10－3第一节热交换设备的传热过程及传热计算三、通过肋壁的传热在制冷及低温工程中，通常会遇到两侧表面传热系数相差较大的传热过程。例如

8、：一侧是单相液体强迫对流换热或相变换热(沸腾或凝结换热)，其表面传热系数一般在500W/(m2·K)以上；另一侧是气体强迫对流换热或自然对流换热，表面传热系数一般在50W/(m2·K)以下。这种情况下，强化传热主要考虑的