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第10章传热过程和换热器计算.ppt

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第10章传热过程和换热器计算

4. 有污垢时的传热系数 管壳式换热器的部分污垢热阻可以在表10-1种查得。 当管壁两侧均结垢时, 以管子外表面积为计算 依据的传热系数为: (10-25) 式中: 【例】流量Vl=39m3/h的30号透平油,在冷油器中从 t1’=59.5℃ 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hi=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; 10.4.5 换热器的综合设计 应将初投资、运行费用、安全可靠等因素进行 综合考虑,以达到最佳的综合技术经济指标为目标 基本原则: 1、应以最恶劣的运行条件为设计依据; 2、设计时应采用一定的安全系数(减小传热系数、 表面传热系数或增大换热面积); 3、考虑一些技术经济问题——最优化设计; 4、考虑运行中的一些实际问题,如管壳程的安排、 管距管径的选择、各换热面间的相互影响、结垢 后的清洗问题,……等 10.4.1 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 10-5 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 10.4.2 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 应当综合考虑传热效果、流动阻力、成本和运行费用;

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