換熱器教學(xué)課件

1、2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件第四章第四章 傳熱傳熱換熱器熱計(jì)算的基本原理1 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件1 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容 在設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換器時(shí)，從收集在設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換器時(shí)，從收集原始資料開始，到正式繪畫圖紙為止，原始資料開始，到正式繪畫圖紙為止，需要進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算工作，這需要進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算工作，這種計(jì)算一般包括下列幾個(gè)方面的內(nèi)容種計(jì)算一般包括下列幾個(gè)方面的內(nèi)容: :2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件2021

2、-11-22換熱器教學(xué)PPT課件2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件傳熱計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算 校核計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，確定換熱器的傳熱面積及換熱器的其它有關(guān)尺寸，以便設(shè)計(jì)或選用換熱器。 判斷一個(gè)換熱器能否滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求或預(yù)測(cè)生產(chǎn)過程中某些參數(shù)的變化對(duì)換熱器傳熱能力的影響。 2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件換熱器熱計(jì)算的基本公式為傳熱方程式：傳熱方程式：熱平衡方程式：熱平衡方程式：1 1112222QM()M()c ttc tt2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件1 1221122Q,K,F,M,M,cctttt以及 ， ， ， 中的三

3、個(gè)對(duì)于對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算而言，給定的是而言，給定的是 ，以及進(jìn)出口，以及進(jìn)出口溫度中的三個(gè)，最終求溫度中的三個(gè)，最終求1 122M,Mcc1122F,M,Mcc獨(dú)立變量：獨(dú)立變量：需要給定其中的需要給定其中的5 5個(gè)變量，才可以計(jì)算另外三個(gè)變量。個(gè)變量，才可以計(jì)算另外三個(gè)變量。12tt，對(duì)于對(duì)于校核計(jì)算校核計(jì)算而言，給定的一般是而言，給定的一般是 ，F(xiàn) F，以及，以及2 2個(gè)個(gè)進(jìn)口溫度，待求的是進(jìn)口溫度，待求的是K1 1112222QM()M()c ttc tt2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件1.1.1 1.1.1 傳熱方程式傳熱方程式的普遍形式為2021-11-22換熱器教學(xué)PPT

4、課件在工程計(jì)算中采用如下簡(jiǎn)化的傳熱方程式2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件 如果不考慮散至周圍環(huán)境的熱損失，則冷流體所吸收的熱量就應(yīng)該等于熱流體所放出的熱量。這時(shí)熱平衡方程式可寫為：2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件當(dāng)流體無相變時(shí)，熱負(fù)荷也可用下式表示（1.4）在工程中一般都采取平均比熱 （1.5）2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件 式(1. 5)中的乘積Mc稱為熱容量，它的數(shù)字代表流體的溫度每改變1時(shí)所需的熱量，用W表示。因而式(1. 5)可寫成 （1.6）（1.7） 兩種流體在熱交換器內(nèi)的溫度變化(溫降或溫升)與它們的熱容量成反比。 1122Q=W tWt21111222

5、Wt t =Wt t tt或2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件 以上討論的是沒有散熱損失的情況，實(shí)際上任何熱交換器都有散向周圍環(huán)境的熱損失（QL)，這時(shí)熱平衡方程式就可寫成（1.8b）（1.8a）2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件1.2 平均溫差2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件1.2.1流體的溫度分布 流體在熱交換器內(nèi)流動(dòng)，其溫度變化過程以平行流動(dòng)最為簡(jiǎn)單。圖中所示的為流體平行流動(dòng)時(shí)溫度變化的示意圖。圖中的縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示傳熱面積。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件圖（a）是一側(cè)蒸汽冷凝而另一側(cè)為液體沸騰，兩種流體都有相變的傳熱。因?yàn)槔淠头序v都在等溫下進(jìn)行

6、，故其傳熱溫差為，且在各處保持相同的數(shù)值。 2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件圖（b)表示的是熱流體在等溫下冷凝而將其熱量傳給溫度沿著傳熱面不斷提高的冷流體，其傳熱溫差從進(jìn)口端的 變化到出口端。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件圖(c)是冷流體在等溫下沸騰，而熱流體的溫度沿傳熱面不斷降低，其傳熱溫差從進(jìn)口端的變化到出口端的2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件若兩種流體都沒有發(fā)生相變，這里又有兩種不同情形：順流和逆流。圖（d)順流，兩種流體向著同一方向平行流動(dòng)，熱流體的溫度沿傳熱面不斷降低，冷流體的溫度沿傳熱面不斷提高。兩者的溫差從進(jìn)口端的變化到出口端的2021-11-22換熱器

7、教學(xué)PPT課件圖（e)逆流，兩種流體以相反的方向平行流動(dòng)，傳熱溫差從一端的變化到另一端的2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件圖(f)所示的冷凝器內(nèi)的溫度變化過程要比圖(b)所示的更加普遍一些。在這里，蒸汽在高于飽和溫度的狀態(tài)下進(jìn)在等溫冷凝，在凝結(jié)液離開熱交換器之前還產(chǎn)生液體的過冷。冷流體可以是順流方向或逆流方向通過。傳熱溫差的變化要比前面各種情形復(fù)雜。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件圖（g)所表示的是冷流體在液態(tài)情況下進(jìn)入設(shè)備吸熱，沸騰，然后過熱。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件1.2. 2 順流和逆流情況下的平均溫差平均溫差平均溫差： 整個(gè)熱交換器各處溫差的平均值。但是應(yīng)

8、用不同的平均方法，就有不同的名稱，例如算術(shù)平均溫差、對(duì)數(shù)平均溫差、積分平均溫差等等。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件恒溫差傳熱：變溫差傳熱： 傳熱溫度差不隨位置而變的傳熱 傳熱溫度差隨位置而改變的傳熱 傳熱流動(dòng)形式 順流 ：逆流 ：錯(cuò)流 ：折流 ：兩流體平行而同向的流動(dòng) 兩流體平行而反向的流動(dòng) 兩流體垂直交叉的流動(dòng) 一流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一流體反復(fù)折流 2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件在對(duì)順、逆流熱交換器的傳熱溫差作過分析前假定:（1）兩種流體的質(zhì)量流量和比熱在整個(gè)傳熱面上保持定值;（2）傳熱系數(shù)在整個(gè)傳熱面上不變;（3）熱交換器沒有熱損失;（4）沿管子的軸向?qū)峥梢院雎?/p>

9、;（4）同一種流體從進(jìn)口到出口的流動(dòng)過程中，不能既有相變又有單相對(duì)流換熱。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件經(jīng)分析，傳熱溫差沿傳熱面是按下面所示的指數(shù)規(guī)律變化的此處“十”號(hào)用于順流，“一”號(hào)用于逆流。 （1.9）2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件在順流時(shí)，不論W1、W2值的大小如何，總有0，因而在熱流體從進(jìn)口到出口的方向上，兩流體間的溫差t總是不斷降低 2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件 逆流，沿著熱流體進(jìn)口到出口的方向上，當(dāng)W1 W2時(shí)，0，t不斷升高。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件 按照式(1. 9)所示的溫差變化關(guān)系，在傳熱學(xué)中已推導(dǎo)出對(duì)于順流、逆流熱交換器均

10、可適用的平均溫差計(jì)算公式為:（1.10） 由于其中包含了對(duì)數(shù)項(xiàng)，常稱這種平均溫差為對(duì)數(shù)平均溫差，以或LMTD表示。 mlnttttt 2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件順流和逆流的區(qū)別在于：順流和逆流的區(qū)別在于：順流：順流：逆流：逆流：1212tttttt 1212tttttt 2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件如不分傳熱面的始端和終端，而用代表中之大者，以代表兩者中之小者，則對(duì)數(shù)平均溫差可統(tǒng)一寫成（1.11）2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件如果流體的溫度沿傳熱面變化不太大（ ）可用算術(shù)平均的方法計(jì)算平均溫差，稱算術(shù)平均溫差，即（1.12）例：在一單殼單管程無折流擋板的列管式換熱器中，用冷卻水將熱流體由100冷卻至40，冷卻水進(jìn)口溫度15，出口溫度30，試求在這種溫度條件下，逆流和并流的平均溫度差。2021-11-22換熱器教學(xué)PPT課件解解 ： 逆流時(shí)： 熱流體：