傳熱例題1課件

LMTD法與-NTU法比較兩種方法本質(zhì)相同，至少應(yīng)熟練掌握其中一種方法；使用時(shí)方便程度各有優(yōu)劣。詳見下面的習(xí)題課內(nèi)容。5.5換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題

兩類計(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)（e-NTU）法兩種。

1.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，也可以采用傳熱效率—傳熱單元數(shù)法

LMTD法

5.5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—NTU算圖。可能需由e—NTU關(guān)系反復(fù)計(jì)算NTU；5．計(jì)算所需的傳熱面積。

5.5換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題2.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)算類型主要有以下兩種

①對(duì)指定的換熱任務(wù)，校核給定的換熱器是否適用。

②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。

5.5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

①由已知換熱器型式計(jì)算傳熱系數(shù)K；②由已知條件計(jì)算NTU、CR；③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；④由計(jì)算傳熱速率，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

5.5換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問(wèn)題LMTD法

①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；②由已知換熱器型式計(jì)算傳熱系數(shù)K；③計(jì)算逆流平均溫差Dtm；④由P、R值，并根據(jù)流動(dòng)排布型式由j—P、R曲線確定j；⑤由計(jì)算傳熱速率；⑥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；⑦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。習(xí)題課---設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例

【例1】在套管式油冷卻器里，熱油在252.5mm的金屬管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在套管環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)，油和水的質(zhì)量流量皆為216kg/h，油的進(jìn)、出口溫度分別為150℃和80℃，水的進(jìn)口溫度為20℃。油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為1.5kW/m2K，水側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為3.5kW/m2K，油的比熱為2.0kJ/kgK。試分別計(jì)算逆流和并流操作所需要的管長(zhǎng)。忽略污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻。252.5mm252.5mmQ、t2、K與逆流時(shí)相同

(以外表面為基準(zhǔn))并流時(shí)：逆流時(shí)：按冷、熱流體當(dāng)中的任一計(jì)算均可。以下以熱流密度最小的熱流體為基準(zhǔn)計(jì)算。代入式（1）得：252.5mm【解法二】

：-NTU法（逆流時(shí)）（1）(以外表面為基準(zhǔn))----參見解法一并流時(shí)：代入式（2）得：總結(jié)：對(duì)設(shè)計(jì)型問(wèn)題，建議使用LMTD法。作業(yè)：習(xí)題課---操作型問(wèn)題計(jì)算舉例【例2】有一臺(tái)現(xiàn)成的臥式列管冷卻器，想把它改作氨冷凝器，讓氨蒸汽走管間，其質(zhì)量流量950kg/h，冷凝溫度為40℃，冷凝傳熱系數(shù)1=7000W/m2K。冷卻水走管內(nèi)，其進(jìn)、出口溫度分別為32℃和36℃，污垢及管壁熱阻取為0.0009m2K/W（以外表面計(jì)）。假設(shè)管內(nèi)外流動(dòng)可近似視為逆流。試核算該換熱器是否合用？列管式換熱器基本尺寸如下： 換熱管規(guī)格252.5mm

管長(zhǎng)l=4m管程數(shù)M=4

總管數(shù)N=272根外殼直徑D=700mm附：氨冷凝潛熱r=1099kJ/kg 34℃下水的物性：1=7000kW/m2K污垢及管壁熱阻為Ra2=0.0009m2K/W（以外表面計(jì)）污垢及管壁熱阻為0.0009m2K/W（以外表面計(jì)）代入下式：即換熱器合用!!!注意此題比較Q也可以，但比較K或tm則不妥。習(xí)題課---操作型問(wèn)題計(jì)算舉例【例3】如圖所示，單管程列管式換熱器，內(nèi)有180根191.5mm的管子，每根長(zhǎng)3米，管內(nèi)走流量為2000kg/h的冷流體，與熱流體進(jìn)行逆流換熱，其進(jìn)口溫度為30℃。已知(ms2Cp2)

/(ms1Cp1)

=0.5（下標(biāo)2代表冷流體，下標(biāo)1代表熱流體）。冷流體的Cp2=1.05kJ/(kg℃)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m℃)，熱流體的進(jìn)口溫度為T1=150℃，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。試求熱流體的出口溫度T2。180根191.5mm，長(zhǎng)3米，(ms2Cp2)

/(ms1Cp1)

=0.5Cp2=1050J/(kg℃)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。注意：不必試差！【解法一】

：LMTD法（1）又（2）聯(lián)立求解式1、2得：180根191.5mm，長(zhǎng)3米，(ms2Cp2)

/(ms1Cp1)

=0.5Cp2=1050J/(kg℃)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。180根191.5mm，長(zhǎng)3米，(ms2Cp2)

/(ms1Cp1)

=0.5Cp2=1050J/(kg℃)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略?！窘夥ǘ?/p>

：-NTU法ms2cp2=20001050/3600=583.33W/(℃)A2=Nd2L＝180

0.016

3=27.130m2類似解法一求得：（逆流時(shí)）180根191.5mm，長(zhǎng)3米，(ms2Cp2)

/(ms1Cp1)

=0.5Cp2=1050J/(kg℃)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。（逆流時(shí)）（逆流）總結(jié)：

對(duì)操作型問(wèn)題，兩種方法均可用，但-NTU法計(jì)算量少些。注意：兩種方法均不必試差。習(xí)題課---操作型問(wèn)題定性分析【例4】無(wú)相變的冷、熱流體在套管式換熱器中進(jìn)行換熱，今若熱流體的質(zhì)量流量增大，而其它操作參數(shù)不變，試定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢(shì)。

快速分析法：【解法一】總結(jié)：“快速分析法”是基于換熱的基本規(guī)律而做出的簡(jiǎn)單推斷，是工程上常用的有效、快捷的方法，這種方法并不能處理所有問(wèn)題，尚需掌握下面要介紹的兩種方法之一。ms12不變定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢(shì)。【解法二】

：-NTU法K：T2：t2：

教材圖5-20～22-NTU法K由教材圖5-20～22定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢(shì)。Q：逆流并流tm：作圖知，無(wú)法判斷總結(jié)：“-NTU法”要用到-NTU-CR關(guān)系圖。能處理所有問(wèn)題，是需掌握的方法之一?！窘夥ㄈ浚篖MTD法定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢(shì)。K：ms12不變K(1)(2)(3)(4)定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢(shì)。Q：排除法(1)(2)(3)(4)假設(shè)Q式（1）tm式（2）T2式（3）t2ms1并流逆流如圖tm矛盾，故假設(shè)不成立定性分析K、Q、t2、T2、tm的變化趨勢(shì)。Q：排除法(1)(2)(3)(4)假設(shè)Q不變假設(shè)Q變小式（1）