传热学第二版传热过程和换热器.ppt

Plate heat exchanger Plate-fin heat exchanger 紧凑式换热器：单位体积内的传热面积大于700m2/m3的换热器 按流动形式分(According to flow arrangement) 顺流：两种流体平行流动且方向相同。 逆流：两种流体平行流动且方向相反。 复杂流：除顺流和逆流以外的所有流动形式。 顺流式换热器(Parallel flow heat exchanger) 逆流式换热器(Counter flow heat exchanger) 复杂流换热器(Multi-pass and cross flow heat exchanger) 二、平均温度差(Mean temperature difference) 热流体平均温度和冷流体平均温度之差。 顺流和逆流时流体温度沿程变化 因为 所以，温度变化特点： qmcp小的流体沿程温度变化大，曲线较陡； qmcp大的流体沿程温度变化小，曲线较平。 换热器端部两种流体的温度之差大的一端，两流体的沿程温度变化快，温度曲线较陡，反之温度曲线较平。 流体有相变时相当于qmcp无穷大，其温度曲线为一水平线。 （1） 在传热面Ax处取微元面dAx，则传热量为 积分得 式中?tm称为换热器的平均温差 （2） 对数平均温度差(Log mean temperature difference) The heat transfer is steady. The heat exchanger is insulated from its surrounding, in which case the only heat exchange is between the hot and cold fluids. Axial conduction along the tubes is negligible. The potential and kinetic energy changes are negligible. The fluid specific heats are constant. The overall heat transfer coefficient is constant. Assumptions 换热器的传热是稳态传热； 流体的质量流量qm、温度t和热流量?均不随时间变化； 流体的质量流量qm和比热容cp在整个传热面上都是常量； 传热系数K在整个传热面上不变； 换热器的散热量、沿换热器轴向的导热可以忽略不计； 任一流体在换热器中不能既有相变的对流换热又有单相介质对流换热，以保证曲线连续光滑。 假设 顺流式换热器(The parallel-flow heat exchanger) 热流体进出口温度分别为t1’和t1”， 冷流体进出口温度分别为t2’和t2” 。 在Ax处的微元面积上，热流体温度变化为dt1， 则换热量为 同理冷流体换热量： 将上面两个式子改写为 （3） （4） （5） 将式(1)代入(5)，得 （6） 从0～Ax积分上式，且Ax＝0时，?tx＝?t’ （7） 令 （7） 0～A积分式(6)，且Ax＝0，?tx＝?t’；Ax＝A，?tx＝?t’’ 可得 即 因而 热流体进出口温度分别为t1’和t1”， 冷流体进出口温度分别为t2’和t2” 。 逆流换热器(The counter-flow heat exchanger) 式中 积分得 沿0～A积分，且Ax＝0??tx＝?t’；Ax＝A? tx＝?t’’ 热流体 冷流体 说明： 无论顺流还是逆流式换热器，其平均温差均为对数平均温差，但要注意： 顺流 逆流 当△t’/△t’’2时，可用算术平均温差代替对数平均温差，误差小于4％， 复杂流的平均传热温差 The log mean temperature difference of complicated flow 式中，?tlc—逆流时的对数平均传热温差； ?—复杂流接近逆流的程度的系数，称为温差修正系数。除与流动方式有关外，还与辅助量P和R有关。 工程上，将各种复杂流的平均传热温差除以逆流对数平均温差，所得的商表示复杂流接近逆流的程度，即 §4 换热器计算 (Methodology of heat exchanger calculation) 设计计算(The design calculation)：在没有换热器的情况下，根据生产任务给定的设计要求参数，确定换热器的类型、传热面积和热流量。 校核计算(The performance calculation)：对已有换热器进行校核，确定它是否满足预定热力工况