10传热学传热过程与换热器2)_143302411.pdf

第二十一讲 1 10.3 换热器的热计算 对已有或已选定了换热面积的换热器，在非 设计工况条件下，核算该换热器能否完成所规定 的换热任务（换热量、出口温度）。 根据工艺流程的对冷热流体间换热量(或冷热流 体出口温度）的需要，设计新的换热器，确定所需 的换热面积及其结构。 （2）校核计算： (1)设计计算： 1、换热器热计算的任务 第二十一讲 2 2、换热器热计算的基本方程式 mtkA∆=Φ ( )mh h h hq c t t′ ′′Φ = − 冷热流体的热平衡式 换热器的传热方程式 ( )mc c c cq c t t′′ ′Φ = − min max minmax tln t t ttm ∆ ∆ ∆−∆ =∆ 第二十一讲 3 校核计算：给定传热面积、传热系数，流体水当量以及2种流 体的进口温度，求两种流体的出口温度、传热温差和传热量。 , , , , , ,m mh h mc c h h c ck A t q c q c t t t t′ ′′ ′′ ′Φ ∆ 以及，，， 四个方程中共有10个未知数 需要给定其中的6个，才可以计算另外4个变量 设计计算：给定四个温度中的三个，两种流体的水当量和传 热系数，求第四个温度、传热温差、传热量和传热面积。 热计算方法：平均温差法、效能-传热单元数(ε-NTU)法 第二十一讲 4 3、平均温差法 设计计算的具体步骤： 已知条件：四个温度中的三个，两种流体的水当量 A、初步布置换热面，计算出相应的总传热系数k； B、由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度； C、由4个进出口温度确定平均温差Δtm； E、核算流体的流动阻力，如果流动阻力过大，则需要改 变方案，重新设计。 D、由传热方程式计算所需的换热面积； 直接应用传热方程和热平衡方程进行热计算。 第二十一讲 5 已知传热面积、流体的水当量及两个进口温度 B、假设一个流体的出口温度，计算出另一出口温度 C、由4个进出口温度求得平均温差Δtm A、根据换热器结构，算出相应的总传热系数k D、按传热方程式计算在假设出口温度下的Φ E、用热平衡式计算另一个Φ，这个值和D步骤获得的Φ， 都是在假设出口温度下得到的，不是真实换热量； F、比较两个 Φ 值，满足精度要求，则结束，否则，重 新假定出口温度，重复(B)~(F)，直至满足精度要求。 校核计算的具体步骤： 第二十一讲 6 mh h mc cq c q c≤当时 ch tt ′=′′ )(max chhmh ttcqq ′−′= mc c mh hq c q c≤当时 hc tt ′=′′ )(max chcmc ttcqq ′−′= )()()( minminmax chchm ttCttcqq ′−′=′−′= 4、效能-传热单元数法 (1) 换热器的效能和传热单元数 对于逆流换热器来讲，当换热器无限长(换热面 积无限大）时，则有： 于是，可能的最大传热量为： 热流体将被冷却至冷流体的进口温度 冷流体将被加热至热流体的进口温度 最大温差 第二十一讲 7 ( ) ( ) ( ) ( )max min min h h h c c c h c h c C t t C t tq q C t t C t t ε ′ ′′ ′′ ′− − = = = ′ ′ ′ ′− − 实际传热量q总是小于可能的最大传热量qmax。 换热器实际传热量和可能的最大传热量之比定义为 换热器的效能： 对于已有换热器，如果已知其效能 ε 和冷热流 体的进口温度，则实际传热量可很方便地求出： ( ) max min h cq q C t tε ε= = − 如何计算ε？ 第二十一讲 8 cmchmh cqcq ≤ ( ) ( )max min h h h h h h c h c C t t t tq q C t t t t ε ′ ′′− ′ ′′− = = = ⇒ ′ ′ ′ ′− − )()( hhrhh c h cc ttCttC Ctt ′′−′=′′−′=′−′′ hCC =min )()( ccchhh ttCttC ′−′′=′′−′ max min C CCr = )( chhh tttt ′−′=′′−′ ε ①＋②，整理得： )()()()( hhrchchch ttCtttttt ′′−′+′−′=′′−′′−′−′ ε 热容比 ① ② （2）ε的计算及其影响因素 以顺流换热器为例： 假定 则有 根据热平衡式： 第二十一讲 9 ( ) ( ) ( ) ( ) (1 ) ) ( ) ) ( ( h hh c h c h c r h c r r c h c h t t t t t t C t t C C t t t t t t ε ε ε ε ′ ′ ′′ ′′ ′ ′− − − = − + ′