傳熱過(guò)程常用計(jì)算方法

1、.傳熱過(guò)程常用計(jì)算方法6.2.2.1 換熱器熱工計(jì)算的基本公式換熱器熱工計(jì)算的基本公式為傳熱方程式和熱平衡方程式。（1）傳熱方程（6-12）式中，tm為換熱器的平均溫差，是整個(gè)換熱面上冷熱流體溫差的平均值，它是考慮冷熱兩流體沿傳熱面進(jìn)行換熱時(shí)，其溫度沿流動(dòng)方向不斷變化，故溫度差t也是不斷變化的。它不能像計(jì)算房屋的墻體的熱損失或熱管道的熱損失等時(shí)，都把其t作為一個(gè)定值來(lái)處理。換熱器的平均溫差的數(shù)值，與冷、熱流體的相對(duì)流向及換熱器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。（2）熱平衡方程式（6-13）式中 G1，G2：熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；c1,c2：熱、冷流體的比熱，J/（kg）；t1、t2：熱、冷流體的進(jìn)口溫

2、度，；t1、t2：熱、冷流體的出口溫度，；G1c1，G2c2：熱、冷流體的熱容量，W/。即各項(xiàng)溫度的角標(biāo)意義為：“1”是指熱流體，“2”是指冷流體；”指進(jìn)口端溫度，”指出口端溫度。6.2.2.2 對(duì)數(shù)平均溫差法應(yīng)用對(duì)數(shù)平均溫差法計(jì)算的基本計(jì)算公式如式(6-12)所示，式中平均溫差對(duì)于順流和逆流換熱器，由傳熱學(xué)可得，均為：（6-14）由于溫差隨換熱面變化是指數(shù)曲線，顧流與逆流相比，順流時(shí)溫差變化較顯著，而逆流時(shí)溫差變化較平緩，故在相同的進(jìn)出口的溫度下，逆流比顧流平均溫差大。此外，顧流時(shí)冷流體的出口溫度必然低于熱流體的出口溫度，而逆流則不受此限制。故工程上換熱器一般都盡可能采用逆流布置。逆流換熱器

3、的缺點(diǎn)是高溫部分集中在換熱器的一端。除順流、逆流外，根據(jù)流體在換熱器中的安排，還有交叉流、混合流等。對(duì)于這些其它流動(dòng)形式的平均溫差，通常都把推導(dǎo)結(jié)果整理成溫差修正系數(shù)圖，計(jì)算時(shí)，先一律按逆流方式計(jì)算出對(duì)數(shù)平均溫差，然后按流動(dòng)方式乘以溫差修正系數(shù)。用對(duì)數(shù)平均溫差法計(jì)算雖然較精確，但稍顯麻煩。當(dāng)t/t1.7時(shí)，用算術(shù)平均溫差代替對(duì)數(shù)平均溫差的誤差不超過(guò)2.3%，一般當(dāng)t/t2時(shí)，即可用算術(shù)平均溫差代替對(duì)數(shù)平均溫差，這時(shí)誤差小于4%，即tm=（t+t）/26.2.2.3 效能-傳熱單元數(shù)法（-NTU法）換熱器熱工計(jì)算分為設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，它們所依據(jù)的都是式(6-12)、(6-13)。這其中，除tm不是

4、獨(dú)立變量外，如將KA及Glcl、G2c2作為組合變量，獨(dú)立變量也達(dá)8個(gè)，它們是4個(gè)溫度加上Q、KA、GlCl及G2c2。因此，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要設(shè)定變量，在校核計(jì)算時(shí)還要試湊。 將方程式無(wú)因次化，可以大大減少方程中獨(dú)立變量的數(shù)目。-NTU法正是利用推導(dǎo)對(duì)數(shù)平均溫差時(shí)得出的無(wú)因次化方程建立的一種間壁式換熱器熱工計(jì)算法。它通過(guò)定義了以下三個(gè)無(wú)因次量：1）熱容比或稱(chēng)水當(dāng)量比Cr（6-15）2）傳熱單元數(shù)NTU（6-16）3）傳熱效能（6-17）推導(dǎo)得出了-NTU法：對(duì)于順流換熱器，傳熱效能為（6-18）對(duì)于逆流換熱器，傳熱效能為（6-19）傳熱效能也稱(chēng)為傳熱有效度，它表示換熱器中的實(shí)際換熱量與可能有的

5、最大換熱量的比值。更廣泛地，對(duì)于不同形式的換熱器，傳熱效能同意匯總在表6-1。表6-1 各種不同形式的換熱器的傳熱效能利用表6-1中的公式，可繪制-NTU和Cr的關(guān)系曲線，以方便應(yīng)用，如圖6-36至圖6-41所示。圖6-36 式（6-18）并流套管換熱器對(duì)應(yīng)的-NTU和Cr曲線圖6-37 式(6-19)(6-20) 逆流套管換熱器對(duì)應(yīng)的-NTU和Cr曲線圖6-38 式（6-21）單殼程，雙管程管殼換熱器對(duì)應(yīng)的-NTU和Cr曲線圖6-39 式（6-22）n殼程，雙管程管殼換熱器對(duì)應(yīng)的-NTU和Cr曲線圖6-40 式（6-23a）錯(cuò)流，兩流體不混流對(duì)應(yīng)的-NTU和Cr曲線圖6-41 式（6-23b）錯(cuò)流，Cmax流體混流對(duì)應(yīng)的-NTU和Cr曲線6.2.2.4 對(duì)數(shù)平均溫差法與效能傳熱單元數(shù)法的比較對(duì)數(shù)平均溫差法(LMTD法)和效能傳熱單元數(shù)法(e-NTU法)均可用于換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算。設(shè)計(jì)計(jì)算通常給定的量是：G1c1，G2c2，以及4個(gè)進(jìn)出口溫度中的3個(gè)，求傳熱面積；校核計(jì)算通常給定的量是：A，G1c1，G2c2，冷熱流體的進(jìn)口溫度，求冷熱流體的出口溫度或熱量。這兩種方法的設(shè)計(jì)計(jì)算繁瑣程度差不多。但采用LMTD法可從求出的溫差修正系數(shù)的大小，看出選用的流動(dòng)型式與逆流相比的差距，有助于流動(dòng)型式的改進(jìn)選擇，這是-NTU