热交换器原理与设计—第1章_热交换器热计算的基本原理汇总.ppt

第1章 热交换器热计算的基本原理 1.0 概述 热（力）计算是换热器设计的基础。 1.1 热计算基本方程式 1.1 热计算基本方程式 1.1 热计算基本方程式 1.1 热计算基本方程式 1.2 平均温差 1.2 平均温差 1.3.2 其他流动方式时的传热有效度 1.3 传热有效度 (3) 两种流体中仅有一种混合的错流式换热器 (2) 2-4型换热器 (4) 两种流体都不混合的错流式换热器 (1) 1-2型换热器 * 以间壁式换热器为基础介绍换热器的热（力）计算，其他形式的换热器计算方法相同。 设计性计算 校核性计算 设计新换热器，确定其面积。但同样大小的传热面积可采用不同的构造尺寸，而不同的构造尺寸会影响换热系数，故一般与结构计算交叉进行。 针对现有换热器，确定流体的进出口温度。了解其在非设计工况下的性能变化，判断其是否能满足新的工艺要求。 传热方程式和热平衡方程式 1.1.1 传热方程式 Q — 热负荷 k、Δt—微元面上的传热系数和温差。 K — 总传热系数 Δtm—对数平均温差。 1.1.1 传热方程式 工艺计算的目的是求换热面积，即 需要先求出Q，K，Δtm 1.1.2 热平衡方程式 如不考虑热损失，则 下标1代表热流体。下标2冷流体；上标1撇代表进口，上标2撇代表出口。 如无相变，则 或 1.1.2 热平衡方程式 Mc称为热容，用W表示，则， 考虑热损失时， ηL—对外热损失系数，取0.97~0.98 1.2.1 流体的温度分布 右图为流体平行流动时温度分布 假设： (1)冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2, c1是常数； (2)传热系数是常数； (3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。 下标1、2分别代表热冷流体。 上标1撇和2撇分别代表进出口 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 简单顺流时的对数平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 简单顺流时的对数平均温差 分析微元面dA的换热： 温差： 两种流体的换热量为: 对于热流体和冷流体: 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 简单顺流时的对数平均温差 可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为： 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 简单顺流时的对数平均温差 对数平均温差 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 简单逆流时的对数平均温差 逆流时： 其他过程和公式与顺流是完全一样，因此，最终仍然可以 得到： 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 简单逆流时的对数平均温差 顺流和逆流的区别： 将对数平均温差写成如下统一形式(顺流和逆流都适用) 顺流： 逆流： 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 算术平均温差 算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于4％；当 时，两者的差别小于2.3％。 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即 1.2 平均温差 1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 1.2 平均温差 1.2.3 其他流动方式时的平均温差 纯顺流和纯逆流情况比较少，实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流，流动情况非常复杂。 是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTD。 纯逆流的平均温差最大，一般通过对纯逆流的对数平均温差进行修正来获得其他情况下的平均温差。 ? 是小于1的修正系数。图9-15～9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的 ? 。 关于?的注意事项 式中：下标1、2分别表示冷热两种流体，上角标1撇表示进口，2撇表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。 （2）P的物理意义： （1）? 值取决于无量纲参数 P和 R 表示冷流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升之比，所以只能小于1。 1.2 平均温差 1.2.3 其他流动方式时的平均温差 关于?的注意事项 1.2 平均温差 1.2.3 其他流动方式时的平均温差 （3）R的物理意义：两种流体的热容量之比 （4） 对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数 1.3.1 传热有效度的定义 既“传热学”中的效能-传热单元数法。 传热有效度的定义是基于如下思想：当换热器无限长，对于一个逆流换热器来讲，则会发生如下情况： 但实际情况的传热量? 总是小于可能的最大传热量? max，将? / ? max定义为传热有效度，并用 ? 表示，即 a 当 qm1c1≤qm2c2