传热过程分析与换热器热计算.ppt

根据 及 的定义及换热器两类热计算的任务可知，设计计算是已知 求 ，而校核计算则是由 求取 值。它们计算步骤都与平均温差中对应计算大致相似，故不再细述。 4、用效能—传热单元数法（法）计算换热器的步骤 5 换热器的结垢及污垢热阻 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用Rf表示， 式中：k为有污垢后的换热面的传热系数，k0为洁净换热面的传热系数。 4 换热器设计时的综合考虑 换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投资，运行费用，安全可靠等诸多因素。 对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成： 如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率?o = 1。 管壳式换热器的部分污垢热阻可以在表10-1种查得。 【例】流量Vl=39m3/h的30号透平油，在冷油器中从 t1’＝56.9℃ 冷却到t1?＝45℃。冷油器采用1—2型壳管式结构，管子为铜管，外径为15mm，壁厚1mm。47.7t/h的河水作为冷却水在管侧流过，进口温度为t2’＝33℃。 油安排在壳侧。油侧的换热系数ho＝450W/(m2·K)，水侧的换热系数?i＝5850W/(m2.K)。已知30号透平油在运行温度下的物性为?l＝879kg/m3,c1＝ 1.95kJ/(kg·K)。求所需换热面积。 【解】 油侧的热流量： ?＝qmlcl(t1’ - t1?)＝ ?lVlcl(t1’ - t1? ) ＝879×39×1.95×(56.9-45)/3600 ＝798000kJ/h＝221000W 冷却水的温升 t2?- t2’ = ? /(qm2c2)=798000/(47700 ×4.19)=4℃ 于是，冷却水的出口温度为 t2’＝33十4＝37℃ 计算参量 P 和 R ： 查图10—23得 ?＝0.97, 平均温压为 ℃ 按表10—1取管内、外侧污垢系数为0.0005m2K/W和0.0002m2K/W，于是总的污垢系数为 注： 污垢系数有内外之分 管壁导热热阻可以忽赂不计 实际设计面积可留10％的裕度，取为47.3×1.10=52.0m2。 【例】上例如冷油器的进口油温升高到58.7℃，水的流量、进口温度以及油的流量均不变，求出口油温和出口水温。 【解】：油和水的温度如升高很多，则需考虑物性变化对k的影响。现在升高甚少，可认为传热系数仍为311W/(m2.K)。此题应采用? — NTU 法计算。计算如下： 查图得 ? ＝0.54。热流量 ℃ ℃ 六、平均温差法与? -NTU法的比较 设计计算时，两者的工作量差不多，只是平均温差法要求?，可以知道流动布置与逆流的差距，有利于改进型式的选择。 校核计算时，?-NTU法工作量小一些，迭代时对物性参数 k 的影响也较小； 9.4.1 强化传热问题概说 增加k ，主流 增加温差，常常使不可逆损失增大 增大传热面积 9-5 传热的强化和隔热保温技术 强化传热的目的： ①缩小设备尺寸；②提高热效率；③保证设备安全。 在一定的传热面积与温差下，增加传热系数或对流传热系数的技术，称为强化传热技术。 【例】 压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过，ho=90W /(m2.K)。冷却水在管内流过，hi=6000W/(m2.K)。冷却管是外径为16mm厚1.5mm的黄铜管。求： (a)此时的传热系数； (b)如管外的对流换热系数增加一倍，传热系数有何变化？ (c)如管内的对流传热系数增加一倍，传热系数又作如何变化？ (b) 略去管壁热阻，传热系数为 (c) 略去管壁热阻，传热系数为 解： (a) 黄铜的导热系数为111W/(m.K) 管外的对流换热系数增加一倍，传热系数增加96% 管内的对流传热系数增加一倍，传热系数增加不足1% 强化换热的原则：在热阻最大的环节上下功夫 一般说来管壁热阻较小，常常要强化对流热阻 强化对流换热的原则： (1)无相变的对流换热：减薄边界层，加强流体混合； (2)核态沸腾：增加汽化核心 (3)膜状凝结：减薄液膜及加速凝结液膜的排泄 (4)减小污垢热阻：工质的预处理，定期清洗 9.4.2 强化换热技术的分类： 1、从固体侧着手与从流体侧着手角度分类 无源技术：除输送传热介质所需的功率外，不需附加动力 涂层表面 粗糙表面 扩展表面 扰流元件 涡流发生器 螺旋管 添加物 冲击射流 2、从是否使用外部动力源进行分类 有源技术 除输送传热介质所需的功率外，需外加动力 对介质进行机械搅拌 受热面振动 流体振动 电磁场 介质种加入异物或介质 强化换热的方式的综合评价