西安交大化工原理電子課件

1、返回主題1第五章 傳熱過(guò)程計(jì)算與換熱器 5.1 傳熱過(guò)程分析 5.2 傳熱過(guò)程的基本方程 5.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算 5.4 傳熱效率和傳熱單元數(shù) 5.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 5.6 傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算 5.7 換熱器返回主題25.1 傳熱過(guò)程分析 如圖如圖5-15-1所示，熱流體通過(guò)間壁與冷流體進(jìn)行所示，熱流體通過(guò)間壁與冷流體進(jìn)行熱量交換的傳熱過(guò)程分為三步進(jìn)行：熱量交換的傳熱過(guò)程分為三步進(jìn)行： QQ熱流體冷流體thtctwhtwc對(duì)流對(duì)流熱傳導(dǎo)圖5-1 流體通過(guò)間壁的熱量交換 （1 1）熱流體以對(duì)流傳熱方式將熱）熱流體以對(duì)流傳熱方式將熱量傳給固體壁面；量傳給固體壁面；

2、 （2 2）熱量以熱傳導(dǎo)方式由間壁的）熱量以熱傳導(dǎo)方式由間壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面；熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面； （3 3）冷流體以對(duì)流傳熱方式將間）冷流體以對(duì)流傳熱方式將間壁傳來(lái)的熱量帶走。壁傳來(lái)的熱量帶走。 圖5-1中還示出了沿?zé)崃總鬟f方向從熱流體到冷流體的溫度分布情況。 返回主題35.2 傳熱過(guò)程的基本方程 5.2.1 熱量衡算方程 5.2.2 傳熱速率方程 5.2.3 總傳熱系數(shù)和壁溫的計(jì)算返回主題45.2.1 熱量衡算方程 熱量衡算方程反映了冷、熱流體在傳熱過(guò)程中溫度變化的相互關(guān)系。根據(jù)能量守恒原理，在傳熱過(guò)程中，若忽略熱損失，單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量等于冷流體所吸收的熱量。 對(duì)于整個(gè)換熱器，其

3、熱量的衡算式為 圖5-2為一穩(wěn)態(tài)逆流操作的套管式換熱器，熱流體走管內(nèi)，冷流體走環(huán)隙。 )()(1221ccchhhHHmHHmQ 式中 Q為整個(gè)換熱器的傳熱速率，或稱(chēng)為換熱器的熱負(fù)荷，W；H表示單位質(zhì)量流體焓值，kJ/kg；下標(biāo)1和2分別表示流體的進(jìn)口和出口。 圖5-2 套管換熱器中的傳熱過(guò)程 返回主題55.2.1 熱量衡算方程 對(duì)于換熱器的一個(gè)微元段，傳熱面積為dA，冷熱流體之間的熱量傳遞滿(mǎn)足 cchhdHmdHmdQ 式中 m為冷熱流體質(zhì)量流率，kg/s；dH表示單位質(zhì)量流體焓值增量，kJ/kg；dQ為微元傳熱面積dA上的傳熱速率，W。下標(biāo)h和c分別表示熱流體和冷流體。 如果在換熱器中存在

4、熱損失，則在換熱器中的傳熱速率為cccchhhhQHHmQHHmQ)()(1221式中Qh為熱流體對(duì)環(huán)境的散熱量，W；QC為冷流體對(duì)環(huán)境的散熱量，W。 返回主題65.2.2 傳熱速率方程 如前圖5-2所示，在換熱器中，任取一微元段dl，對(duì)應(yīng)于間壁的微元傳熱面積dAo，熱流體對(duì)冷流體傳遞熱量的傳熱速率可表示為 ochochdAKttdAttKdQ1)(微分傳熱速率方程 式中K表示局部傳熱系數(shù)，W/（m2）；th、tc分別為熱流體和冷流體的局部平均溫度，。 (5-1)返回主題75.2.2 傳熱速率方程 由傳熱熱阻的概念，傳熱速率方程還可以寫(xiě)為 KAtRtQmm1式中R=1/KA為換熱器的總傳熱熱阻

5、，/W。 AtKQm 式中K表示總平均傳熱系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)總傳熱系數(shù)或傳熱系數(shù)，W/（m2）；A為換熱器的總傳熱面積；tm表示冷熱流體的平均傳熱溫差，。 對(duì)于整個(gè)換熱器，傳熱速率方程可寫(xiě)為(5-1a)返回主題85.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 1.總傳熱系數(shù)的計(jì)算 圖5-2 套管換熱器中的傳熱過(guò)程 如圖5-2所示，設(shè)兩流體通過(guò)間壁進(jìn)行換熱。在換熱器中任取一微元段dl，間壁內(nèi)、外側(cè)的傳熱面積分別為dAi和dAo。壁面的導(dǎo)熱系數(shù)為l，壁厚為b。內(nèi)、外側(cè)流體的溫度分別為th和tc，對(duì)流傳熱系數(shù)分別為ai和ao。間壁內(nèi)側(cè)、外側(cè)的溫度分別為twh和twc。 據(jù)牛頓冷卻定律和傅立葉定律 內(nèi)側(cè) 間壁 外側(cè) iiw

6、hhidAttdQ1(5-2a)mwcwhmdAbttdQ(5-2b)oocwcodAttdQ1(5-2c)返回主題95.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 在穩(wěn)態(tài)條件下 dQdQdQdQomi（5-3） 利用式（5-2）和（5-3），可得 式中Q為換熱器總傳熱面積上的傳熱速率，W；為傳熱的總推動(dòng)力，。 對(duì)比式（5-1）和式（5-4），若以間壁外側(cè)面為傳熱面積計(jì)算基準(zhǔn)，則其局部傳熱系數(shù)為RttdAdAbdAttdAttdAbttdAttdQchoomiichoocwcmwcwhiiwhh1111（5-4） oomiioodAdAbdAdAK111omoioiodAdAbdAdAK111或（5-5）

7、返回主題105.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 將看作常數(shù)，因而求得的局部傳熱系數(shù)K亦為常數(shù)，不隨管長(zhǎng)變化，而作為全管長(zhǎng)上的總傳熱系數(shù)K ，故式（5-5）可改寫(xiě)為 111oooiimoAAbKAA 選取不同的傳熱面積作為傳熱過(guò)程計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)，其總傳熱系數(shù)的數(shù)值不同。因此，在指出總傳熱系數(shù)的同時(shí)，還必須注明傳熱面的計(jì)算基準(zhǔn)。 如對(duì)應(yīng)于Ai的總傳熱系數(shù)Ki oiomiiiAAAAbK111返回主題115.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 對(duì)于內(nèi)、外徑分別為di和do，長(zhǎng)為L(zhǎng)的圓管，由于，總傳熱系數(shù)Ko還可以表示為omoioioddbddK111 式中dm表示管壁的平均直徑，m。在工程上，一般以圓管外表面作

8、為傳熱過(guò)程中傳熱面積的計(jì)算基準(zhǔn)。 對(duì)于厚度為b的平壁，由于內(nèi)、外側(cè)的傳熱面積相等，其總傳熱系數(shù)K可表示為 oibK111返回主題125.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 2.污垢熱阻 如果間壁內(nèi)、外兩側(cè)的污垢熱阻分別用Rsi和Rso表示，則根據(jù)串聯(lián)熱阻的疊加原理，總傳熱熱阻可以表示為osomoiosiioioRAAbAARAAK111 工業(yè)上常見(jiàn)流體污垢熱阻的大致范圍為0.910-417.610-4 （m2K）/W 。 返回主題135.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 3.換熱器中總傳熱系數(shù)的范圍 在進(jìn)行換熱器的傳熱計(jì)算時(shí)，通常需要先估計(jì)傳熱系數(shù)。表5-1列出了常見(jiàn)的列管式換熱器中傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值的大致

9、范圍。 熱 流 體冷 流 體總傳熱系數(shù)K，W/（m2） 水水850 1700輕油水340 910重油水60 280氣體水17 280水蒸氣冷凝水1420 4250水蒸氣冷凝氣體30 300低沸點(diǎn)烴類(lèi)蒸汽冷凝（常壓）水455 1140高沸點(diǎn)烴類(lèi)蒸汽冷凝（減壓）水60 170水蒸氣冷凝水沸騰2000 4250水蒸氣冷凝輕油沸騰455 1020水蒸氣冷凝重油沸騰140 425表5-1 列管式換熱器中總傳熱系數(shù)的大致范圍 返回主題145.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 4.壁溫的計(jì)算 在選用換熱器的類(lèi)型和材料時(shí)都需要知道間壁的壁溫，根據(jù)式（5-2a）可以寫(xiě)出熱流體側(cè)的壁溫計(jì)算式 iihwhAQtt 由式

10、（5-2b）和式（5-2c）同樣可寫(xiě)出冷流體側(cè)的壁溫計(jì)算式 mwhwcAbQttoocwcAQtt 以上關(guān)系式表明，當(dāng)間壁的導(dǎo)熱系數(shù)很大時(shí)，間壁兩側(cè)的壁面溫度可近似認(rèn)為相等，而且間壁的溫度接近于對(duì)流傳熱系數(shù)較大一側(cè)的流體溫度。 返回主題155.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 例5-1 一空氣冷卻器，空氣橫向流過(guò)管外壁，對(duì)流傳熱系數(shù)o=100 W/（m2）。冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，i= 6000W/（m2）。冷卻水管為f252.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/（m）。試求（1）在該狀況下的總傳熱系數(shù)；（2）若將管外空氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳熱系數(shù)有何變化；（3）若將管內(nèi)冷卻水

11、一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳熱系數(shù)又有何變化。 返回主題165.2.3 總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算 討論 強(qiáng)化空氣側(cè)的對(duì)流傳熱所提高的總傳熱系數(shù)遠(yuǎn)較強(qiáng)化冷卻水側(cè)的對(duì)流傳熱的效果顯著。因此，要提高一個(gè)具體傳熱過(guò)程的總傳熱系數(shù)，必須首先比較傳熱過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)上的分熱阻，對(duì)分熱阻最大的環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，這樣才能使總傳熱系數(shù)顯著提高。返回主題175.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算 1.恒溫差傳熱 在換熱器中，間壁兩側(cè)的流體均存在相變時(shí)，兩流體溫度分別保持不變，這種傳熱稱(chēng)為恒溫差傳熱。在恒溫差傳熱中，由于兩流體的溫差處處相等，傳熱過(guò)程的平均溫差即是發(fā)生相變兩流體的飽和溫度之差。 2.變溫差傳熱 若間壁

12、傳熱過(guò)程中有一側(cè)流體沒(méi)有相變，則流體的溫度沿流動(dòng)方向是變化的，傳熱溫差也隨流體流動(dòng)的位置發(fā)生變化，這種情況下的傳熱稱(chēng)為變溫差傳熱。在變溫差傳熱時(shí)，傳熱過(guò)程平均溫差的計(jì)算方法與流體的流動(dòng)排布型式有關(guān)。 返回主題185.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算 1并流和逆流時(shí)的傳熱溫差 以逆流傳熱過(guò)程為例，設(shè)熱流體的進(jìn)、出口溫度分別為th1和th2；冷流體的進(jìn)、出口溫度分別為tc1和tc2。假定： 圖P253（1）冷、熱流體的比熱容cpc、cph在整個(gè)傳熱面上都是常量；（2）總傳熱系數(shù)K在整個(gè)傳熱面上不變；（3）換熱器無(wú)散熱損失。 返回主題195.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算 通過(guò)微元面積dA的傳熱量為 tdAK

13、dAttKdQch)(phhhcmdQdtpccccmdQdtdQcmcmdtdttdphhpccch11)(dAcmcmKttdphhpcc11)(AphhpccttdAcmcmKtdt011)(121chttt傳熱溫差為t 微分得 上式在整個(gè)傳熱面積A上積分，得 返回主題205.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算即 )()(1221ccpcchhphhttcmttcmQ由 QttQttttQttQttcmcmchchhhccphhpcc1221122112)()(11得： QttKAtt1212ln將上式代入式（5-6）得 ： phhpcccmcmKAtt11ln12（5-6）1212lntttt

14、KAQ即 1212lntttttm 對(duì)比式（5-9）與上式，可得平均傳熱溫差的表達(dá)式 返回主題215.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算討論：討論： 1） tm雖是從逆流推導(dǎo)來(lái)的，但對(duì)并流和單側(cè)傳熱也適用；4）當(dāng)t1t2時(shí)，21tttm2）習(xí)慣上將較大溫差記為t1，較小溫差記為t2；3）當(dāng)t1/t22時(shí)， tm可用算術(shù)平均值代替；工程計(jì)算對(duì)于 誤差4%的情況可接受。即：返回主題225.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算 2錯(cuò)流和折流時(shí)的傳熱溫差 圖P255 如圖5-4所示，按照冷、熱流體之間的相對(duì)流動(dòng)方向，流體之間作垂直交叉的流動(dòng)，稱(chēng)為錯(cuò)流；如一流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一流體反復(fù)地折流，使兩側(cè)流體間并流和逆

15、流交替出現(xiàn)，這種情況稱(chēng)為簡(jiǎn)單折流。 返回主題235.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算通常采用圖算法，分三步： 先按逆流計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差tm逆； 求出平均溫差校正系數(shù)； 21111221( , )cchchhccf P RttPttttRtt冷流體溫升兩流體最初溫差熱流體溫降冷流體溫升查圖 計(jì)算平均傳熱溫差：mmtt 逆 平均溫差校正系數(shù) 1，這是由于在列管式換熱器內(nèi)增設(shè)了折流擋板及采用多管程，使得換熱的冷、熱流體在換熱器內(nèi)呈折流或錯(cuò)流，導(dǎo)致實(shí)際平均傳熱溫差低于純逆流時(shí)的tm逆。返回主題245.3 傳熱過(guò)程的平均溫差計(jì)算 3.不同流動(dòng)排布型式的比較 進(jìn)出口溫度條件相同時(shí)，逆流的平均溫差最大，并流的平均

16、溫差最小，對(duì)于其他的流動(dòng)排布型式，其平均溫差介于兩者之間。 在實(shí)際的換熱器中應(yīng)盡量采用逆流流動(dòng)，而避免并流流動(dòng)。但是在一些特殊場(chǎng)合下仍采用并流流動(dòng)，以滿(mǎn)足特定的生產(chǎn)工藝需要。 采用折流和其他復(fù)雜流動(dòng)的目的是為了提高傳熱系數(shù)，然而其代價(jià)是減小了平均傳熱溫差。 返回主題255.4 傳熱效率和傳熱單元數(shù) 1.1.傳熱效率傳熱效率 換熱器傳熱效率e的定義為實(shí)際傳熱速率Q與理論上可能的最大傳熱速率Qmax之比 maxQQe如果熱流體的熱容量較小，則傳熱效率e為hchhhchphhhhphhttttttcmttcmee11211121)()(如果冷流體的熱容量較小，則傳熱效率e為 cchccchpcccc

17、pccttttttcmttcmee11121112)()(返回主題265.4 傳熱效率和傳熱單元數(shù) 如果已知換熱器的傳熱效率e，就可以根據(jù)冷熱流體的進(jìn)口溫度確定換熱器的傳熱速率Q，即 )()(11minmaxchpttmcQQee 2.2.傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù) 在換熱器中的微元傳熱面積dA上，由熱量衡算方程式和傳熱速率方程式可得tdAKdAttKdtcmdtcmdQchcpcchphh)(對(duì)于冷流體，滿(mǎn)足 pccccmKdAtdt返回主題275.4 傳熱效率和傳熱單元數(shù) 當(dāng)傳熱系數(shù)K和比熱cpc為常數(shù)時(shí)，積分上式可得 pccmccttcccmKAttttdtNTUcc1221式中NTUc（Nu

18、mber of Transfer Unit）稱(chēng)為對(duì)冷流體而言的傳熱單元數(shù)，tm為換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差。 同理，以熱流體為基準(zhǔn)的傳熱單元數(shù)可表示 phhmhhhcmKAtttNTU21在換熱器中，傳熱單元數(shù)定義為 min)(pmcKANTU 返回主題285.4 傳熱效率和傳熱單元數(shù) 3.傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系 逆流式換熱器 hRhRhhRhhNTUCCNTUC1exp1exp1ecRcRccRccNTUCCNTUC1exp1exp1e熱流體的熱容量較小冷流體的熱容量較小 maxmin)()(ppRmcmcCNTUCCNTUCRRR1exp1exp1e令 則 上兩式得通式并流換熱器 RRCNT

19、UC11exp1e返回主題295.4 傳熱效率和傳熱單元數(shù) eNTU 關(guān)系圖P257返回主題305.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 兩類(lèi)計(jì)算所依據(jù)的基本方程都是熱量衡算方程和傳熱速率方程，計(jì)算方法有對(duì)數(shù)平均溫差（LMTD）法和傳熱效率傳熱單元數(shù)（eNTU）法兩種。 1.設(shè)計(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算 對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算，既可以采用對(duì)數(shù)平均溫差法，也可以對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算，既可以采用對(duì)數(shù)平均溫差法，也可以采用傳熱效率采用傳熱效率傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法 LMTDLMTD法法 返回主題315.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 根據(jù)已知的三個(gè)端部溫度，

20、由熱量衡算方程計(jì)算另一個(gè)端部溫度； 由選定的換熱器型式計(jì)算傳熱系數(shù)K； 由規(guī)定的冷、熱流體進(jìn)出口溫度計(jì)算參數(shù)P、R； 由計(jì)算的P、R值以及流動(dòng)排布型式，由P、R曲線(xiàn)確定溫度修正系數(shù)； 由熱量衡算方程計(jì)算傳熱速率Q，由端部溫度計(jì)算逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差tm； 由傳熱速率方程計(jì)算傳熱面積 。mtKQA返回主題325.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 e-NTU法 1根據(jù)已知的三個(gè)端部溫度，由熱量衡算方程計(jì)算另一個(gè)端部溫度； 2由選定的換熱器型式計(jì)算傳熱系數(shù)K； 3由規(guī)定的冷、熱流體進(jìn)出口溫度計(jì)算參數(shù)e、CR； 4由計(jì)算的e、CR值確定NTU。由選定的流動(dòng)排布型式查取e

21、NTU算圖?？赡苄栌蒭NTU關(guān)系反復(fù)計(jì)算NTU； 5計(jì)算所需的傳熱面積 。 NTUKmcAp min)(返回主題335.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 例5-2 一列管式換熱器中，苯在換熱器的管內(nèi)流動(dòng)，流量為1.25 kg/s，由80冷卻至30；冷卻水在管間與苯呈逆流流動(dòng)，冷卻水進(jìn)口溫度為20，出口溫度不超過(guò)50。若已知換熱器的傳熱系數(shù)為470 W/（m2），苯的平均比熱為1900 J/（kg）。若忽略換熱器的散熱損失，試分別采用對(duì)數(shù)平均溫差法和傳熱效率傳熱單元數(shù)法計(jì)算所需要的傳熱面積。 返回主題345.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操

22、作型問(wèn)題 2.2.操作型計(jì)算操作型計(jì)算 對(duì)于換熱器的操作型計(jì)算，其特點(diǎn)是換熱器給定，計(jì)算類(lèi)型主要有以下兩種 對(duì)指定的換熱任務(wù)，校核給定的換熱器是否適用。 對(duì)一個(gè)給定的換熱器，當(dāng)某一操作條件改變時(shí)，考察傳熱速率及冷、熱流體出口溫度的變化情況；或者為了達(dá)到指定的工藝條件所需采取的調(diào)節(jié)措施。 返回主題355.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 對(duì)于操作型計(jì)算，采用傳熱效率傳熱單元數(shù)法和對(duì)數(shù)平均溫差法計(jì)算的一般步驟 如下e-NTU法 由已知換熱器型式計(jì)算傳熱系數(shù)K； 由已知條件計(jì)算NTU、CR； 通過(guò)計(jì)算式或算圖，由計(jì)算的NTU、CR值和流動(dòng)排布型式確定e； 由 計(jì)算傳熱

23、速率，并由一側(cè)流體的熱量衡算式或以下兩式計(jì)算出口溫度 )()(11minchpttmcQe)(1112chhhtttte)(2112hhRccttCtt返回主題365.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 LMTD法 假設(shè)出口溫度，根據(jù)熱量衡算方程計(jì)算另一個(gè)出口溫度；由已知換熱器型式計(jì)算傳熱系數(shù)K；計(jì)算逆流平均溫差tm；由P、R值，并根據(jù)流動(dòng)排布型式由P、R曲線(xiàn)確定；由 計(jì)算傳熱速率；由已知的傳熱速率Q和（mccpc）、（mchph）通過(guò)熱量衡算方程計(jì)算出口溫度；對(duì)比第一步所假定的出口溫度。如果不一致，則重新假定反復(fù)計(jì)算，直到出口溫度計(jì)算值與假定值的偏差符合精度要求

24、。mtKAQ返回主題375.5 換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題 例5-3 在列管式換熱器中用鍋爐給水冷卻原油。已知換熱器的傳熱面積為100m2，原油的流量為8.33kg/s，溫度要求由150降到65；鍋爐給水的流量為9.17kg/s，其進(jìn)口溫度為35；原油與水之間呈逆流流動(dòng)。若已知換熱器的傳熱系數(shù)為250 W/（m2），原油的平均比熱為2160 J/（kg）。若忽略換熱器的散熱損失，試問(wèn)該換熱器是否合用？若在實(shí)際操作中采用該換熱器，則原油的出口溫度將為多少？ 返回主題385.6 傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算 在穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的計(jì)算中，一般均假

25、設(shè)流體的物性及傳熱系數(shù)K為一平均值而在整個(gè)換熱器的傳熱過(guò)程中維持恒定。 當(dāng)加熱或冷卻粘度較高的流體，或流體進(jìn)出口溫度變化較大時(shí)，流體物性的變化較顯著，此時(shí)將物性和傳熱系數(shù)K作為常數(shù)處理時(shí)將導(dǎo)致傳熱過(guò)程計(jì)算的較大誤差。 減小這一誤差的最簡(jiǎn)單處理方法是假定傳熱系數(shù)K與傳熱溫差成線(xiàn)性關(guān)系。 傳熱速率可表示為 12211221lntKtKtKtKAQ返回主題395.6 傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算 對(duì)于傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程，更嚴(yán)格準(zhǔn)確的方法是采用積分方法計(jì)算傳熱速率。 AchdAttKQ0)(由（5-1）積分可得傳熱速率Q 2121)()(hhcctthchphhttcchp

26、ccdtttKcmdtttKcmA對(duì)于任一微元段dAj的傳熱速率方程可以寫(xiě)為 jmjjjAtKQ返回主題405.6 傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算傳熱系數(shù)變化的傳熱過(guò)程計(jì)算 對(duì)于換熱器的總傳熱面積可以表示為njmjjjtKQA1 分段方法計(jì)算傳熱過(guò)程的計(jì)算工作量較大，適合于采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算 對(duì)整個(gè)換熱器而言的總傳熱速率為 njjmjjnjjAtKQQ11)(式中n為換熱器所分微元的總段數(shù)。 返回主題415.7 換 熱 器 5.7.1 換熱器的分類(lèi) 5.7.2 間壁式換熱器 5.7.3 列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則 5.7.4 換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑返回主題425.7.1 換熱器的分類(lèi) 換熱器種類(lèi)很

27、多，按熱量交換的原理和方式，可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類(lèi) 。 換熱器還可按其用途分為加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器和再沸器等；按換熱器制造材料分為金屬、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等。主要內(nèi)容：1. 根據(jù)工藝要求，選擇適當(dāng)?shù)膿Q熱器類(lèi)型；2. 通過(guò)計(jì)算選擇合適的換熱器規(guī)格。返回主題435.7.2 間壁式換熱器 結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便；缺點(diǎn)：傳熱面積A小，傳熱效率低；用途：廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。1.夾套式管換熱器圖P272返回主題445.7.2 間壁式換熱器 2.管式換熱器管式換熱器 沉浸式換熱器沉浸式換熱器 強(qiáng)化措

28、施：可減少管外空間；容器內(nèi)加攪拌器。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、耐腐蝕、耐高壓； 管外較小，蛇管易堵塞。圖P272返回主題455.7.2 間壁式換熱器 噴淋式換熱器噴淋式換熱器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；便于耐腐蝕；管內(nèi)能耐高壓；管外 比沉浸式大。 缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不均勻影響傳熱效果；只能安裝在室外，占地面積大。圖P273返回主題465.7.2 間壁式換熱器 套管式換熱器套管式換熱器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修和清洗，適用于高溫、高壓流體，特別是小容積流量流體的傳熱。 缺點(diǎn)：流動(dòng)阻力大，金屬耗量多，而且體積較大，因而多用于所需傳熱面積較小的傳熱過(guò)程。 圖P274返回主題475.7.2 間壁式換熱器 列管式換熱

29、器列管式換熱器 列管式換熱器主要由殼體、管束、折流板、管板和封頭等部件組成。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。封頭用螺栓與殼體兩端的法蘭相連。 與前述幾種換熱器相比，它的主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好。由于結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性較大，因此，在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。返回主題485.7.2 間壁式換熱器 列管式換熱器可分為以下幾種主要型式：列管式換熱器可分為以下幾種主要型式： （1 1）固定管板式換熱器）固定管板式換熱器 殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補(bǔ)償圈，也稱(chēng)膨脹節(jié)。當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償

30、圈的彈性變形來(lái)適應(yīng)它們間的不同的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但殼程檢修和清洗困難。圖P275返回主題495.7.2 間壁式換熱器 列管式換熱器可分為以下幾種主要型式：列管式換熱器可分為以下幾種主要型式： （2 2）U U形管式換熱器形管式換熱器 圖P275特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較浮頭簡(jiǎn)單；但管程不易清洗。 結(jié)構(gòu)：把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來(lái)解決熱補(bǔ)償問(wèn)題 返回主題505.7.2 間壁式換熱器（3）浮頭式換熱器 特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力，便于清洗和檢修； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬耗量較多，造價(jià)較高。 管板一端不與殼體相連，可自由沿管長(zhǎng)方向浮動(dòng)。當(dāng)殼體與管束因溫度差而引起熱膨脹時(shí)，管束連同浮頭能在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。 圖P276返回主題515.7.2 間壁式換熱器 3.3.板式換熱器板式換熱器 螺旋板式換熱器是由螺旋形傳熱板片構(gòu)成的換熱器。螺旋板式換熱器的結(jié)構(gòu)包括螺旋形傳熱板、隔板、蓋板、定距柱和連接管等部件，其結(jié)構(gòu)因型式不同而異。各種型式的螺旋板式換熱器均包含由兩張厚約26mm的鋼板卷制而成，構(gòu)成一對(duì)相互隔開(kāi)的同心螺旋流道。冷、熱流體以螺旋板為傳熱面相間流動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：傳熱效率高；不易堵塞；結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低。缺點(diǎn)：壓力、溫度不能太高；維修、清洗