換熱器熱計(jì)算基本原理PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1換熱器熱計(jì)算基本原理換熱器熱計(jì)算基本原理傳熱方程式Q=KFtm式中，K整個(gè)傳熱面上的平均傳熱系數(shù)，W/m2； F傳熱面積，m2； tm兩流體間的平均溫差， ； Q熱負(fù)荷，W。 注意：要想得到注意：要想得到F，要先已知，要先已知Q、K、 tm，這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的計(jì)算即構(gòu)成了熱計(jì)算的基本內(nèi)容。鑒于的計(jì)算即構(gòu)成了熱計(jì)算的基本內(nèi)容。鑒于 K、 tm與與F有有關(guān)，所以不同換熱器熱計(jì)算方法不同。關(guān)，所以不同換熱器熱計(jì)算方法不同。第1頁/共34頁熱平衡方程式式中，C平均比熱，KJ/kg； M質(zhì)量流量，kg/s； t流體溫度， ； 上標(biāo)上標(biāo)代表進(jìn)口；上標(biāo)代表進(jìn)口；上標(biāo)代表出口；代表出口；1.放（吸）

2、熱方程式 11111ttCMQ2 2222ttCMQ 下標(biāo)下標(biāo)1代表熱流體；下標(biāo)代表熱流體；下標(biāo)2代表冷流體。代表冷流體。 第2頁/共34頁2.熱平衡方程式21QQ式中，以放熱量為準(zhǔn)的保溫系數(shù)，通常為0.97-0.98。1.2 平均溫差順逆流情況下平均溫差1.推導(dǎo)假設(shè) 兩種流體質(zhì)量流量和比容在整個(gè)傳熱面上為定值； 傳熱系數(shù)在整個(gè)傳熱面上不變；第3頁/共34頁 無熱損失； 忽略管子軸向?qū)幔?同一種流體在流動(dòng)過程中，不能既有相變又有單相對(duì)流。2.推導(dǎo)過程（以順流為例）熱流體放熱量：111dtCMdQ冷流體吸熱量：222dtCMdQ 微元體傳熱量：xdFttKdQ21第4頁/共34頁放吸熱方程聯(lián)立

3、：tdttdWWdQ212111聯(lián)立傳熱方程得：xdFKttd積分上式得：xxFxttdFKttd0 xKFxett第5頁/共34頁整個(gè)傳熱面的平均溫差為：110KFxFKFmeKFtdFetFtx由出口溫差可知：KFttettKF ln 最終平均溫差表達(dá)式為： ln tttttm 注意：逆流的溫差表達(dá)式同上，但注意：逆流的溫差表達(dá)式同上，但中的加號(hào)應(yīng)為減號(hào)；中的加號(hào)應(yīng)為減號(hào)；另外不要搞混兩流體進(jìn)出口溫差表達(dá)式另外不要搞混兩流體進(jìn)出口溫差表達(dá)式。第6頁/共34頁其他流動(dòng)方式的平均溫差 以他們的進(jìn)出口溫度為準(zhǔn)，先按逆流算出平均溫差，然后乘以考慮流動(dòng)不同于逆流而引入的修正系數(shù)：lmcmtt式中，

4、按逆流算得的對(duì)數(shù)平均溫差；lmct 一般情況下：RPf,1212 2兩流體進(jìn)口溫差冷流體加熱度ttttP122 2 11WWttttR冷流體加熱度熱流體冷熱度第7頁/共34頁 注意：一般而言注意：一般而言P、R如上表達(dá)。但對(duì)于某些流動(dòng)而言如上表達(dá)。但對(duì)于某些流動(dòng)而言可能還有其他表達(dá)形式，關(guān)鍵要與查取的圖表對(duì)應(yīng)?？赡苓€有其他表達(dá)形式，關(guān)鍵要與查取的圖表對(duì)應(yīng)。第8頁/共34頁第9頁/共34頁第10頁/共34頁第11頁/共34頁第12頁/共34頁 注意：注意： （1）總是小于總是小于1，從其大小中可以看出流動(dòng)方式接近逆，從其大小中可以看出流動(dòng)方式接近逆流的程度。在設(shè)計(jì)中除非出于降低壁溫的目的，否則最

5、好流的程度。在設(shè)計(jì)中除非出于降低壁溫的目的，否則最好大于大于0.9，若小于，若小于0.75認(rèn)為流動(dòng)方式不合理，需調(diào)整。認(rèn)為流動(dòng)方式不合理，需調(diào)整。 （2） 值的推導(dǎo)基于熱平衡方程和傳熱方程，因此冷值的推導(dǎo)基于熱平衡方程和傳熱方程，因此冷熱流體交換下標(biāo)，熱流體交換下標(biāo)， 不變，但根據(jù)前面不變，但根據(jù)前面P、R的定義，交換的定義，交換后：后： 此時(shí)用新定義的此時(shí)用新定義的P、R查圖，查圖， 不變。不變。第13頁/共34頁流體比容或傳熱系數(shù)變化時(shí)的平均溫差1.基本思路 雖然流體的比容是變化的，但只要把傳熱量分成若干小段，每段內(nèi)比容和傳熱系數(shù)可以認(rèn)為是不變的，因此沒一小段內(nèi)傳熱溫差可以用對(duì)數(shù)溫差的方法

6、來表示，而后整合所有溫差可得積分平均溫差。2.適用條件 幾乎所有情形。第14頁/共34頁3.計(jì)算步驟 按照 作Q-t圖； ttMCdtQ 將Q-t圖按需要分段，得到各 段的Qi； 計(jì)算各段的對(duì)數(shù)平均溫差 ti； 計(jì)算積分平均溫差：iiimmiiiitKQKQttKFQtFKQintint第15頁/共34頁1.3 傳熱有效度傳熱有效度的定義1.定義2.關(guān)于的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)關(guān)于的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)21maxttt1實(shí)用性：實(shí)用性：21minmaxttWQQ 傳熱有效度 即實(shí)際傳熱量與最大可能傳熱量之比。而最大可能傳熱量是指面積無限大且流體的流量和進(jìn)而最大可能傳熱量是指面積無限大且流體的流量和進(jìn)口溫度與實(shí)際換熱器的

7、相同的逆流式換熱器所能達(dá)到的傳口溫度與實(shí)際換熱器的相同的逆流式換熱器所能達(dá)到的傳熱量極限熱量極限 。maxQQ21minmaxttWQ第16頁/共34頁順逆流的傳熱有效度 以順流為例進(jìn)行推導(dǎo)，推導(dǎo)的原理是利用順流平均溫差和熱平衡方程。 由順流溫差 得 KFett KFetttt21 2 1 熱平衡方程2 22 111ttWttW 聯(lián)立以上兩方程：KFetttttWWt21 22 2121第17頁/共34頁 如果冷流體的熱容小，則上式轉(zhuǎn)化為：KFettttttWWtt21 222 2122112111122WWeWWWKF 如果熱流體的熱容小，則上式轉(zhuǎn)化為：21111211WWeWWWKF第18

8、頁/共34頁 綜上所述，順流傳熱有效度為：maxmin111maxminminWWeWWWKF 上式中：為傳熱單元數(shù)NTUWKFmin1maxmin為熱容比，橫小于cRWW第19頁/共34頁第20頁/共34頁 逆流傳熱有效度為：ccRNTUcRNTUeRe1111第21頁/共34頁 注意：注意： （1）NTU相同時(shí)，逆流傳熱有效度大于順流的。順流相同時(shí)，逆流傳熱有效度大于順流的。順流時(shí)，傳熱有效度隨著單元數(shù)增加趨于定值；而逆流時(shí)，傳時(shí)，傳熱有效度隨著單元數(shù)增加趨于定值；而逆流時(shí)，傳熱有效度則一直增加。熱有效度則一直增加。 （2）傳熱有效度和平均溫差兩者能相互轉(zhuǎn)化。）傳熱有效度和平均溫差兩者能相

9、互轉(zhuǎn)化。 （3）除了平均溫差法和傳熱有效度法外，還有一種溫）除了平均溫差法和傳熱有效度法外，還有一種溫度效率度效率傳熱單元數(shù)法，此時(shí)對(duì)每種流體都可以定義：傳熱單元數(shù)法，此時(shí)對(duì)每種流體都可以定義：11NTUWKF121cRWW111,cRNTU第22頁/共34頁其他流動(dòng)方式的傳熱有效度 可由對(duì)應(yīng)流動(dòng)方式的平均溫差表達(dá)式，輔之熱平衡方式加以推導(dǎo)，詳細(xì)結(jié)果參見錢頌文錢頌文換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)。第23頁/共34頁第24頁/共34頁第25頁/共34頁1.4 換熱器熱計(jì)算方法的比較 原則上換熱器的設(shè)計(jì)都要用到傳熱方程和熱平衡方程，而平均溫差法和傳熱單元數(shù)法都是由這兩個(gè)方程推導(dǎo)而來，所以兩種方法都可

10、進(jìn)行換熱器的熱計(jì)算，只是繁簡程度不同而已。2211,ttttKFftKFQm 222 111ttWttWQ 221121,ttttWWKF 熱計(jì)算基本參量第26頁/共34頁熱計(jì)算類型設(shè)計(jì)性校核性熱計(jì)算方法平均溫差法適用性好適用性好適用性一般傳熱單元數(shù)法適用性一般適用性好適用性好 對(duì)于設(shè)計(jì)性熱計(jì)算：平均溫差法較好，因?yàn)榭梢缘玫綔夭钚拚禂?shù)，判斷流動(dòng)方式選擇合理與否。 對(duì)于校核性熱計(jì)算：傳熱單元數(shù)差法較好，因?yàn)樵囁愎ぷ髁啃〉枚?。?7頁/共34頁1.5 流體流動(dòng)方法的選擇 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： （1）在給定溫度狀況下，保證大的平均溫差，減小傳熱面積。）在給定溫度狀況下，保證大的平均溫差，減小傳熱面

11、積。 （2）流體本身的溫差大，減小質(zhì)量流量，節(jié)約動(dòng)力能耗。）流體本身的溫差大，減小質(zhì)量流量，節(jié)約動(dòng)力能耗。 （3）使傳熱面溫度比較均勻，材料便宜。）使傳熱面溫度比較均勻，材料便宜。 （4）應(yīng)有好的工況，以增大傳熱系數(shù)，減小傳熱面積。）應(yīng)有好的工況，以增大傳熱系數(shù)，減小傳熱面積。 以上幾點(diǎn)往往難共存，應(yīng)根據(jù)具體情況分析，考慮主以上幾點(diǎn)往往難共存，應(yīng)根據(jù)具體情況分析，考慮主要因素。要因素。第28頁/共34頁順逆流選擇 （1）溫度相同條件下，逆流溫差大，節(jié)約傳熱面積。 （2）逆流時(shí)流體本身溫度變化大，可減少流量。 （3）逆流時(shí)，換熱器兩端溫差大，有可能增加材料成本。錯(cuò)混流選擇 （1）管內(nèi)為偶數(shù)程的簡單混流，只要進(jìn)出口溫度相同，平 均溫差相同，與先逆或先順流無關(guān)。 對(duì)于型換熱器，避免溫度交叉現(xiàn)象( )，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)生反向傳熱。