第10章 傳熱過程分析和換熱器計算課件

第十章傳熱過程分析與換熱器的熱計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算

主要內(nèi)容▲傳熱過程的分析和計算▲換熱器的類型▲傳熱過程的平均溫差及計算▲間壁式換熱器的熱設(shè)計▲熱量傳遞過程的控制(強化和削弱)第10章傳熱過程分析和換熱器計算

基本要求1．掌握傳熱過程的概念及宏觀規(guī)律2．掌握傳熱系數(shù)的概念及影響因素，并能計算常見傳熱過程的傳熱系數(shù)3．了解換熱器的分類及主要型式4．能計算不同型式換熱器的平均溫差，并進(jìn)行換熱器內(nèi)冷、熱流體的溫度變化規(guī)律分析5．熟記換熱器熱設(shè)計的基本公式，了解換熱器熱設(shè)計的類型及計算方法，并能用平均溫差法進(jìn)行換熱器的設(shè)計計算6．掌握熱量傳遞過程的控制原理與方法第10章傳熱過程分析和換熱器計算本章要求掌握的內(nèi)容：定量：傳熱過程的計算；對數(shù)平均溫差的計算；間壁式換熱器的設(shè)計計算及校核計算。定性：掌握傳熱過程的熱阻分析法；傳熱過程強化與削弱措施。第10章傳熱過程分析和換熱器計算10-1傳熱過程的分析和計算

傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程。

傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式式中K為傳熱系數(shù)（在容易與對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)想混淆時，稱總傳熱系數(shù)）。第10章傳熱過程分析和換熱器計算說明：(1)由于平壁的兩側(cè)的面積是相等的，因此傳熱系數(shù)的數(shù)值不論對哪一側(cè)來說都是一樣的。（2）h1和h2的計算；（3）如果計及輻射時對流換熱系數(shù)應(yīng)該采用等效換熱系數(shù)(總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))10.1.1通過平壁的傳熱單層多層第10章傳熱過程分析和換熱器計算影響傳熱系數(shù)k的數(shù)值的主要因素：①冷熱流體的物性；②流速；③物體表面的形狀和布置；④壁面材料導(dǎo)熱系數(shù)

當(dāng)流過壁面的是輻射性氣體(二氧華碳、水蒸汽、煙氣等),或壁面與周圍表面間存在較大溫差時,則該側(cè)應(yīng)按復(fù)合換熱考慮.第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.1.2通過圓管的傳熱內(nèi)部對流：圓柱面導(dǎo)熱：外部對流：hiho第10章傳熱過程分析和換熱器計算定義：(1)以圓管外側(cè)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)k(2)以圓管內(nèi)側(cè)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)ki上式相加，通過圓筒壁的傳熱量：(10-2)第10章傳熱過程分析和換熱器計算等效電路圖(共三個環(huán)節(jié)串聯(lián)):從熱阻的角度來看第10章傳熱過程分析和換熱器計算總傳熱熱阻=管內(nèi)熱阻+管壁熱阻+管外熱阻注意：①因Ai≠A0，故不采用單位面積熱阻的概念；②管子內(nèi)、外側(cè)有污垢或包有保溫層時，只要增加相應(yīng)的熱阻項即可；③要強化或削弱傳熱過程，應(yīng)從熱阻最大的環(huán)節(jié)入手(10-5)第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.1.3通過肋壁的傳熱肋壁面積：穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情況：肋面總效率第10章傳熱過程分析和換熱器計算(1)肋壁總效率η0式中：第10章傳熱過程分析和換熱器計算以肋側(cè)表面積為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)定義肋化系數(shù)：則傳熱系數(shù)第10章傳熱過程分析和換熱器計算肋壁的傳熱系數(shù)：(a)以肋側(cè)總表面積A0為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：(10-7a)(b)以光側(cè)表面積Ai為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：(10-7b)(c)未加肋時平壁的傳熱系數(shù)為：(10-1)第10章傳熱過程分析和換熱器計算工程上一般都以未加肋時的表面積為基準(zhǔn)計算肋壁傳熱系數(shù)所以，只要就可以起到強化換熱的效果。由于β值常常遠(yuǎn)大于1，而使η0β的值總是遠(yuǎn)大于1，這就使肋化側(cè)的熱阻顯著減小，從而增大傳熱系數(shù)的值。第10章傳熱過程分析和換熱器計算注意：b.不同的傳熱系數(shù)，在定義時所采用的計算面積不同c.復(fù)雜肋管的傳熱系數(shù)應(yīng)依靠專門的實驗來確定第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.1.4臨界熱絕緣直徑問題：在圓管外加肋是否一定能增強傳熱？在圓管外敷設(shè)保溫層是否一定能削弱傳熱？(2)加保溫層后，導(dǎo)熱熱阻增大，對流熱阻不變，故總熱阻增大，傳熱系數(shù)減小，換熱削弱(10-7b)(10-1)第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.1.4臨界熱絕緣直徑圓管外敷保溫層后：可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降低了對流換熱熱阻，使得換熱增強，那么，綜合效果到底是增強還是削弱呢？這要看d/ddo2和d2/ddo22的值第10章傳熱過程分析和換熱器計算可見，確實是有一個極值存在，從熱量的基本傳遞規(guī)律可知，應(yīng)該是極大值。也就是說，do2在do1-dcr之間，是增加的，當(dāng)do2大于dcr時，降低。or臨界熱絕緣直徑Bi是管道外表面的畢渥數(shù)第10章傳熱過程分析和換熱器計算臨界熱絕緣直徑:即:d0<dcr(Bi<2),d0↑→Ф↑;d0=dcr(Bi=2)時,Ф=Фmax;d0>dcr(Bi>2)時,d0↑→Ф↓.第10章傳熱過程分析和換熱器計算2、圓筒壁：(1)加肋時，肋側(cè)對流熱阻Rh的下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過導(dǎo)熱熱阻Rλ的增大幅度，故總熱阻下降，換熱增強(2)加保溫層后，導(dǎo)熱熱阻Rλ增大，外側(cè)對流熱阻

Rh減小。傳熱量的變化應(yīng)視兩者的變化幅度而定。

一般情況下，Rλ的增加幅度超過Rh的減小幅度,故總熱阻增大,傳熱系數(shù)減小,換熱削弱.

特殊情況：當(dāng)Rλ的增加幅度小于Rh的減小幅度時,總熱阻減小,傳熱系數(shù)反而增大,熱損失增加(10-2)第10章傳熱過程分析和換熱器計算

解：每米電線在不同的絕緣層外徑｛do｝=0.0051+2｛δ｝m的散熱量為：【例】外徑為5.1mm的鋁線，外包

=0.15W/(m·K)的絕緣層。tfo=40oC，twi≤70oC。絕緣層表面與環(huán)境間的復(fù)合傳熱系數(shù)ho=10W/(m2·K)。求：絕緣層厚度δ不同時每米電線的散熱量。(P465)取do＝10~70mm，計算結(jié)果用圖線表示于圖中。第10章傳熱過程分析和換熱器計算散熱量先增后減，有最大值。一般的動力保溫管道很少有必要考慮臨界熱絕緣直徑。增加電線的絕緣層厚度，可增強電流的通過能力。第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.2換熱器的型式及平均溫差換熱器：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置。

10.2.1換熱器的分類按照操作過程第10章傳熱過程分析和換熱器計算間壁式換熱器：是指冷熱流體被壁面隔開進(jìn)行換熱的熱交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞?、冷凝器、蒸發(fā)器；間壁式挨熱器種類很多，從構(gòu)造上主要可分為：管殼式、肋片管式、板式、板翅式、螺旋板式等，其中以前兩種用得最為廣泛。另外，按流體流動方向可有順流、逆流、交叉流之分。第10章傳熱過程分析和換熱器計算蓄熱式換熱器：換熱器由蓄熱材料構(gòu)成，并分成兩半，冷熱流體輪換通過它的一半通道，從而交替式地吸收和放出熱量，即熱流體流過換熱器時，蓄熱材料吸收并儲蓄熱量，溫度升高，經(jīng)過一段時間后切換為冷流體，蓄熱材料放出熱量加熱冷流體。一般用于氣體，如鍋爐中間轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，全熱回收式空氣調(diào)節(jié)器等。第10章傳熱過程分析和換熱器計算蓄熱式換熱器第10章傳熱過程分析和換熱器計算混和式換熱器混合式換熱器：冷熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱，在熱交換同時存在質(zhì)交換，如空調(diào)工程中噴淋冷卻塔，蒸汽噴射泵等；第10章傳熱過程分析和換熱器計算按表面緊湊程度區(qū)分緊湊程度可用水力直徑dh來區(qū)別，或用每立方米中的傳熱面積即傳熱面積密度β來衡量。第10章傳熱過程分析和換熱器計算適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。

1、套管式換熱器10.2.2間壁式換熱器主要型式

第10章傳熱過程分析和換熱器計算優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。兩種流體都可在較高溫度和壓力下?lián)Q熱，傳熱系數(shù)大。傳熱面積可根據(jù)需要增減。套管式換熱器缺點單位換熱面積金屬耗量大，價格較高。檢修、清洗不便。第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算2、殼管式換熱器

間壁式換熱器的一種主要形式，又稱管殼式換熱器。傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程和殼程。第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算列管式冷凝器實例

10.2換熱器的類型第10章傳熱過程分析和換熱器計算1-2型換熱器增加管程第10章傳熱過程分析和換熱器計算2-4型換熱器進(jìn)一步增加管程和殼程第10章傳熱過程分析和換熱器計算波紋管換熱器波紋換熱管

第10章傳熱過程分析和換熱器計算管殼式換熱器優(yōu)點結(jié)構(gòu)堅固，對壓力和溫度的適用范圍大。管內(nèi)清洗方便，清潔流體宜走殼程。處理量大。缺點傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、單位換熱面積的金屬耗量等不如新型換熱器。第10章傳熱過程分析和換熱器計算間壁式換熱器的又一種主要型式。其主要特點是冷熱流體呈交叉狀流動。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可分為管束式、管翅式及管帶式、板翅式等。3、交叉流換熱器

第10章傳熱過程分析和換熱器計算管翅式第10章傳熱過程分析和換熱器計算直片形

U形

L形方形第10章傳熱過程分析和換熱器計算板翅式第10章傳熱過程分析和換熱器計算4板式換熱器：由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體間隔地在每個通道中流動，其特點是拆卸清洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體。第10章傳熱過程分析和換熱器計算特點：結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間??；傳熱系數(shù)高；端部溫差小(可達(dá)1℃);熱損失小，熱效率高(≥98%);適應(yīng)性好，易調(diào)整;不易結(jié)垢1,2介質(zhì)3環(huán)行孔道墊圈4板片密封墊圈5激光切焊焊縫6焊接密封流道

第10章傳熱過程分析和換熱器計算優(yōu)點結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。流體湍動程度大，強化傳熱效果好。便于清洗和維修。板式換熱器缺點密封周邊長，易泄漏。承壓能力低（P<2MPa）。流動阻力大，處理量小。第10章傳熱過程分析和換熱器計算5、螺旋板式換熱器：換熱表面由兩塊金屬板卷制而成，第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算螺旋板換熱器的特點:

傳熱效率高(總傳熱系數(shù)最高可達(dá)3300Kcal/m2.h.，傳熱效率為列管式換熱器的1～3倍。)，節(jié)能效果好，體積小、價格便宜，使用可靠等。適用氣－氣、液－液、氣－液對流傳熱，以及用于蒸氣冷凝和液體蒸發(fā)傳熱。但密封較困難.第10章傳熱過程分析和換熱器計算優(yōu)點結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積傳熱面積大。兩種流體都能以高速流動，傳熱效率高。螺旋流動，有自沖刷作用，適于處理粘性和易結(jié)垢流體。缺點承壓能力差（P<1MPa，t<500oC）損壞后檢修困難。螺旋板式換熱器第10章傳熱過程分析和換熱器計算6.管束式換熱器第10章傳熱過程分析和換熱器計算7.熱管換熱器第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算

換熱器中流體的流程及流向

流程:用i—j表示

i—殼程數(shù)；j—管程數(shù)

流向：順流—冷熱兩種流體平行而同向流動逆流—冷熱兩種流體平行而反向流動交叉流—冷熱兩種流體空中垂直相交流動混合流—上述幾種流向的混合10.2換熱器的類型第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.2.3提高換熱器緊湊性的途徑減小管徑;采用板式結(jié)構(gòu)(減小當(dāng)量直徑);采用肋化表面;采用絲網(wǎng)狀材料10.2.4殼管式換熱器的近期發(fā)展螺旋折流板換熱器,折流桿換熱器10.2換熱器的類型第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.3.1簡單順流及逆流換熱器的對數(shù)平均溫差傳熱方程的一般形式：流動形式不同，冷熱流體溫差沿?fù)Q熱面的變化規(guī)律也不同.換熱器中冷流體溫度沿?fù)Q熱面是不斷變化的，因此，冷卻流體的局部換熱溫差也是沿程變化的。10.3換熱器中傳熱過程對數(shù)平均溫差的計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算以順流情況為例，作如下假設(shè)：（1）冷熱流體的質(zhì)量流量qm2、qm1以及比熱容C2,C1是常數(shù)；（2）傳熱系數(shù)是常數(shù)；（3）換熱器無散熱損失；（4）換熱面沿流動方向的導(dǎo)熱量可以忽略不計。要想計算沿整個換熱面的平均溫差，首先需要知道當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面積的變化,然后再沿整個換熱面積進(jìn)行平均。dt1dt2t1t2第10章傳熱過程分析和換熱器計算在假設(shè)的基礎(chǔ)上，并已知冷熱流體的進(jìn)出口溫度，現(xiàn)在來看圖中微元換熱面dA一段的傳熱。溫差為：在固體微元面dA內(nèi)，兩種流體的換熱量為:dt1dt2t1t2對于熱流體:對于冷流體:第10章傳熱過程分析和換熱器計算可見，當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個換熱面的平均溫差為：第10章傳熱過程分析和換熱器計算(1)(2)(3)(2)、(3)代入(1)中對數(shù)平均溫差第10章傳熱過程分析和換熱器計算2.逆流換熱器在微元面dA中:其他均同順流第10章傳熱過程分析和換熱器計算不論順流逆流，對數(shù)平均溫差可統(tǒng)一用下式表示：

平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均溫差，即第10章傳熱過程分析和換熱器計算3算術(shù)平均與對數(shù)平均平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均溫差，即算術(shù)平均溫差相當(dāng)于溫度呈直線變化的情況，因此，總是大于相同進(jìn)出口溫度下的對數(shù)平均溫差，當(dāng)時，兩者的差別小于4％；當(dāng)時，兩者的差別小于2.3％。第10章傳熱過程分析和換熱器計算

實際換熱器一般都是處于順流和逆流之間，或者有時是逆流，有時又是順流。對于這種復(fù)雜情況，我們當(dāng)然也可以采用前面的方法進(jìn)行分析，但數(shù)學(xué)推導(dǎo)將非常復(fù)雜，實際上，逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對純逆流的對數(shù)平均溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下的平均溫差。_____小于1的修正系數(shù)。

—

按逆流布置的對數(shù)平均溫差；

圖10-23～10-24給出了管殼式換熱器和交叉流式換熱器的。10.3.2復(fù)雜布置時換熱器平均溫差的計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算對于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式中的平均溫度的計算關(guān)系式較為復(fù)雜，工程上常常采用修正圖表來完成其對數(shù)平均溫差的計算。具體的做法是：（a）由換熱器冷熱流體的進(jìn)出口溫度，按照逆流方式計算出相應(yīng)的對數(shù)平均溫差；（b）從修正圖表由兩個無量綱數(shù)查出修正系數(shù)(c)最后得出叉流方式的對數(shù)平均溫差第10章傳熱過程分析和換熱器計算圖10-231－2、1－4等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)

圖5－102－4、2－8等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)圖10-242－4、2－8等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)

第10章傳熱過程分析和換熱器計算圖10-25交叉流，兩種流體各自都不混合時的修正系數(shù)

第10章傳熱過程分析和換熱器計算圖10-26一次交叉流，一種流體混合、一種流體不混合時的修正系數(shù)第10章傳熱過程分析和換熱器計算關(guān)于的注意事項（1）值取決于無量綱參數(shù)P和R式中：下標(biāo)1、2分別表示兩種流體，上角標(biāo)`表示進(jìn)口，‘’表示出口，圖表中均以P為橫坐標(biāo)，R為參量。（3）R的物理意義：兩種流體的熱容量之比（2）P的物理意義：流體2的實際溫升與理論上所能達(dá)到的最大溫升之比，所以只能小于1（4）對于管殼式換熱器，查圖時需要注意流動的“程”數(shù)第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.3.3各種流動形式的比較順流和逆流是兩種極端情況，在相同的進(jìn)出口溫度下，逆流的最大，順流則最??；順流時，而逆流時，則可能大于，可見，逆流布置時的換熱最強。InOutInOut第10章傳熱過程分析和換熱器計算(3)一臺換熱器的設(shè)計要考慮很多因素，而不僅僅是換熱的強弱。比如，逆流時冷熱流體的最高溫度均出現(xiàn)在換熱器的同一端，使得該處的壁溫特別高，可能對換熱器產(chǎn)生破壞，因此，對于高溫?fù)Q熱器，又是需要故意設(shè)計成順流。xTInOutxTInOut冷凝蒸發(fā)(4)對于有相變的換熱器，如蒸發(fā)器和冷凝器，發(fā)生相變的流體溫度不變，所以不存在順流還是逆流的問題。第10章傳熱過程分析和換熱器計算(5)蛇形管束當(dāng)曲折次數(shù)超過四次時,可作純順流或純逆流處理第10章傳熱過程分析和換熱器計算

10.4間壁式換熱器的熱設(shè)計▲換熱器的熱設(shè)計類型

1.設(shè)計計算

2.校核計算▲換熱器熱設(shè)計的基本方法

1.平均溫差法*

2.傳熱單元數(shù)法▲換熱器的污垢熱阻及對傳熱的影響▲換熱器的綜合設(shè)計第10章傳熱過程分析和換熱器計算(1)設(shè)計計算：設(shè)計一個新的換熱器，以確定所需的換熱面積校核計算：對已有或已選定了換熱面積的換熱器，在非設(shè)計工況條件下，核算他能否勝任規(guī)定的新任務(wù)。換熱器熱計算的基本方程式是傳熱方程式及熱平衡式10-4換熱器的熱計算10.4.1兩種類型的設(shè)計和兩種設(shè)計方法1.兩種類型的設(shè)計和兩種設(shè)計方法第10章傳熱過程分析和換熱器計算對于設(shè)計計算而言，給定的是，以及進(jìn)出口溫度中的三個，最終求獨立變量：需要給定其中的5個變量，才可以計算另外三個變量。2、兩種設(shè)計方法平均溫差法、效能-傳熱單元數(shù)(-NTU)法對于校核計算而言，給定的一般是，A，以及2個進(jìn)口溫度，待求的是第10章傳熱過程分析和換熱器計算2.換熱器的兩種熱計算方法平均溫差法(LMTD法)

傳熱單元數(shù)法[效能—傳熱單元數(shù)法(ε-NTU法)]平均溫差法用于校核計算的步驟見P485(需試算)——常用于設(shè)計計算(可直接進(jìn)行計算)

具體步驟見——常用于校核計算計算步驟與平均溫壓法大致相似第10章傳熱過程分析和換熱器計算初步布置換熱面，并計算出相應(yīng)的總傳熱系數(shù)k根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的那個待定的溫度由冷熱流體的4個進(jìn)出口溫度確定平均溫差由傳熱方程式計算所需的換熱面積A，并核算換熱面流體的流動阻力如果流動阻力過大，則需要改變方案重新設(shè)計。1、設(shè)計計算10.3.2平均溫差法：直接應(yīng)用傳熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計算。第10章傳熱過程分析和換熱器計算（1）先假設(shè)一個流體的出口溫度，按熱平衡式計算另一個出口溫度；（2）根據(jù)4個進(jìn)出口溫度求得平均溫差；（3）根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的總傳熱系數(shù)k；（4）已知kA和

，按傳熱方程計算在假設(shè)出口溫度下的傳熱量；（5）根據(jù)4個進(jìn)出口溫度，用熱平衡式計算另一個

，這個值和上面的

，都是在假設(shè)出口溫度下得到的，因此，都不是真實的換熱量；（6）比較兩個值，滿足精度要求則結(jié)束，否則，重新假定出口溫度，重復(fù)(1)-(6)，直至滿足精度要求。2、校核計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算1.換熱器效能ε的定義(效能ε的概念與計算是傳熱單元數(shù)法的關(guān)鍵)10.4.3換熱器熱設(shè)計的效能—傳熱單元數(shù)法

[(ε-NTU法),簡稱傳熱單元數(shù)法]第10章傳熱過程分析和換熱器計算2、順流和逆流時換熱器效能的計算①根據(jù)熱平衡式得：②并假設(shè)則有第10章傳熱過程分析和換熱器計算式①，②相加：整理：由上一節(jié)知道①②第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算當(dāng)時，類似推導(dǎo)可得合并寫成第10章傳熱過程分析和換熱器計算令類似的推導(dǎo)可得逆流換熱器的效能為稱為傳熱單元數(shù)第10章傳熱過程分析和換熱器計算當(dāng)冷熱流體之一發(fā)生相變時，即趨于無窮大時，于是上面效能公式可簡化為當(dāng)兩種流體的熱容相等時，

公式可以簡化為順流逆流3、用傳熱單元數(shù)表示的效能計算公式與圖線NTU：傳熱單元數(shù)，換熱器熱設(shè)計中的一個無量綱參數(shù)，在一點意義上可看成是換熱器kA大小的一種度量。第10章傳熱過程分析和換熱器計算對于比較復(fù)雜的流動形式，可以參照教材P488-489的線算圖來計算效能

。順流逆流第10章傳熱過程分析和換熱器計算三個無因次量：

①換熱器的效能ε及其計算計算[式(10-18)——式(10-23)、線算圖]②③水當(dāng)量比:)()(min大小表征換熱器換熱能力的傳熱單元數(shù)qmckANTU=第10章傳熱過程分析和換熱器計算圖10-32單殼程換熱器圖10-33雙殼程換熱器第10章傳熱過程分析和換熱器計算(1)計算傳熱單元數(shù)

(2)計算兩個水當(dāng)量之比

(3)根據(jù)換熱器型從相應(yīng)線算圖中查得效能值.(4)由熱程計算傳熱量

(5)計算兩個出口溫度

已知：kA、兩個水當(dāng)量、兩個進(jìn)口溫度t1’、t2’

求：兩個出口溫度t1”、t2”、及傳熱量Φ3.采用傳熱單元數(shù)法計算換熱器的步驟

——參見P489第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.4.4換熱器的污垢熱阻2.污垢對傳熱的影響污垢的存在將使傳熱系數(shù)下降，換熱削弱.1.污垢熱阻

——換熱器運行一段時間后,由于在換熱面上積起水垢、污泥、煙灰等覆蓋物垢層,或由于換熱面與流體的相互作用發(fā)生腐蝕而引起的覆蓋物垢層所產(chǎn)生的附加熱阻.第10章傳熱過程分析和換熱器計算3、處理方法注意：當(dāng)換熱壁面面積不是常量時，應(yīng)考慮面積變化的影響，即引用總熱阻的概念。污垢熱阻的參考值見P340表9-1（與水文地質(zhì)條件等有關(guān),由實驗測得）(1)使用中，對冷卻水進(jìn)行預(yù)處理，并應(yīng)定期清洗(2)計算中，在計算式中附加一項經(jīng)驗的熱阻，即污垢熱阻（污垢系數(shù)）Rf(m2.℃/W)第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算第10章傳熱過程分析和換熱器計算4.有污垢時的傳熱系數(shù)管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表10-1種查得。

當(dāng)管壁兩側(cè)均結(jié)垢時,以管子外表面積為計算依據(jù)的傳熱系數(shù)為:(10-25)式中:第10章傳熱過程分析和換熱器計算【例】流量Vl=39m3/h的30號透平油，在冷油器中從t1’＝59.5℃冷卻到t1

＝45℃。冷油器采用1—2型殼管式結(jié)構(gòu)，管子為銅管，外徑為15mm，壁厚1mm。47.7t/h的河水作為冷卻水在管側(cè)流過，進(jìn)口溫度為t2’＝33℃。油安排在殼側(cè)。油側(cè)的換熱系數(shù)ho＝450W/(m2·K)，水側(cè)的換熱系數(shù)hi＝5850W/(m2.K)。已知30號透平油在運行溫度下的物性為

l＝879kg/m3,c1＝1.95kJ/(kg·K)。求所需換熱面積?！窘狻?/p>

油側(cè)的熱流量：

＝qmlcl(t1’-t1

)＝

lVlcl(t1’-t1

)

＝879×39×1.95×(56.9-45)/3600

＝798000kJ/h＝221000W冷卻水的溫升

t2

-t2’=

/(qm2c2)=798000/(47700×4.19)=4℃于是，冷卻水的出口溫度為第10章傳熱過程分析和換熱器計算t2’＝33十4＝37℃計算參量P和R：查圖10—23得

＝0.97,平均溫壓為℃第10章傳熱過程分析和換熱器計算按表10—1取管內(nèi)、外側(cè)污垢系數(shù)為0.0005m2K/W和0.0002m2K/W，于是總的污垢系數(shù)為注：污垢系數(shù)有內(nèi)外之分管壁導(dǎo)熱熱阻可以忽賂不計實際設(shè)計面積可留10％的裕度，取為47.3×1.10=52.0m2。第10章傳熱過程分析和換熱器計算【例】上例如冷油器的進(jìn)口油溫升高到58.7℃，水的流量、進(jìn)口溫度以及油的流量均不變，求出口油溫和出口水溫?！窘狻浚河秃退臏囟热缟吆芏?，則需考慮物性變化對k的影響?，F(xiàn)在升高甚少，可認(rèn)為傳熱系數(shù)仍為311W/(m2.K)。此題應(yīng)采用

—NTU法計算。計算如下：查圖得

＝0.54。熱流量℃℃第10章傳熱過程分析和換熱器計算

六、平均溫差法與

-NTU法的比較設(shè)計計算時，兩者的工作量差不多，只是平均溫差法要求

，可以知道流動布置與逆流的差距，有利于改進(jìn)型式的選擇。校核計算時，

-NTU法工作量小一些，迭代時對物性參數(shù)k的影響也較??；第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.4.5換熱器的綜合設(shè)計

應(yīng)將初投資、運行費用、安全可靠等因素進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到最佳的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)基本原則：1、應(yīng)以最惡劣的運行條件為設(shè)計依據(jù)；2、設(shè)計時應(yīng)采用一定的安全系數(shù)（減小傳熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或增大換熱面積)；3、考慮一些技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題——最優(yōu)化設(shè)計；4、考慮運行中的一些實際問題，如管殼程的安排、管距管徑的選擇、各換熱面間的相互影響、結(jié)垢后的清洗問題，……等第10章傳熱過程分析和換熱器計算10.4.1強化傳熱問題概說

增加k，主流增加溫差，常常使不可逆損失增大增大傳熱面積10-5傳熱的強化和隔熱保溫技術(shù)強化傳熱的目的：①縮小設(shè)備尺寸；②提高熱效率；③保證設(shè)備安全。在一定的傳熱面積與溫差下，增加傳熱系數(shù)或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的技術(shù)，稱為強化傳熱技術(shù)。第10章傳熱過程分析和換熱器計算【例】壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，ho=90W/(m2.K)。冷卻水在管內(nèi)流過，hi=6000W/(m2.K)。冷卻管是外徑為16mm厚1.5mm的黃銅管。求：(a)此時的傳熱系數(shù)；(b)如管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化？(c)如管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作如何變化？第10章傳熱過程分析和換熱器計算(b)略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為(c)略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為解：(a)黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)為111W/(m.K)管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加96%管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加不足1%第10章傳熱過程分析和換熱器計算強化換熱的原則：在熱阻最大的環(huán)節(jié)上下功夫一般說來管壁熱阻較小，常常要強化對流熱阻強化對流換熱的原則：

(1)無相變的對流換熱：減薄邊界層，加強流體混合；

(2)核態(tài)沸騰：增加汽化核心

(3)膜狀凝結(jié)：減薄液膜及加速凝結(jié)液膜的排泄

(4)減小污垢熱阻：工質(zhì)的預(yù)處理，定期清洗

10.4.2強化換熱技術(shù)的分類：1、從固體側(cè)著手與從流體側(cè)著手角度分類第10章傳熱過程分析和換熱器計算無源技術(shù)：除輸送傳熱介質(zhì)所需的功率外，不需附加動力涂層表面粗糙表面

擴(kuò)展表面

擾流元件

渦流發(fā)生器

螺旋管

添加物沖擊射流2、從是否使用外部動力源進(jìn)行分類第10章傳熱過程分析和換熱器計算有源技術(shù)

除輸送傳熱介質(zhì)所需的功率外，需外加動力對介質(zhì)進(jìn)行機(jī)械攪拌受熱面振動流體振動電磁場介質(zhì)種加入異物或介質(zhì)

強化換熱的方式的綜合評價

應(yīng)當(dāng)綜合考慮傳熱效果、流動阻力、成本和運行費用；3、按照發(fā)展歷史分類第10章傳熱過程分析和換熱器計算具體措施有：①提高流速；②采用短管；③增加擾動；④采用大λ流體；⑤采用肋管或特殊換熱面；⑥采用小管徑管子；……等等單相流體對流傳熱的強化

1.減薄邊界層;2.增加擾動,促使流體各部分混合核態(tài)沸騰傳熱的強化——增加汽化核心膜狀凝結(jié)傳熱的強化

1、減薄液膜厚度

2、加速凝結(jié)液膜的順利排泄第10章傳熱過程分析和換熱器計算削弱傳熱的方法

1、覆蓋熱絕緣材料。常用的材料日前有：巖棉、泡沫塑料、微孔硅酸切、珍珠巖等。2、改變表面狀況。即改變表面的輻射特性及附加抑制對流的元件。3、遮熱板第10章傳熱過程分析和換熱器計算