换热器设计原理.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号073196 换热器设计原理 黄为民童正明 上海理工大学动力工程学院200093 021—mai l：huangwml945@163．com 流布置的强制化，导出了换热器核蕊尺寸的设计原则。首次得到了换热器特性方程。换热器的优化设 计可以转化为定解问题。这些新的设计原则和判据可以极大地改进已有的换热器的设计。 关键词：换热器，换热器换热效率，传质单元数，换热器特性方程 1．引言 换熟器是传热问题的最主要的工程承载装置。关于其工程设计方法也是林林总总， 不计其数。但换热器设计从本质上讲，是基于实验的经验基础的一个求解流体流动与传 热过程的非定懈问题。无论是通过对数平均温差求算换热器的换热系数后，求解换热面 积的方法；还是通过经过换热器效率，由换热单元数求解换热面积的方法。[1]事实上都 不能最后地告诉我们如何来布置这些换热面积。换热器核蕊的几何尺寸的工艺计算，仍 然必须经过迭代试算才能确定。 但是根据最小接近温差与换热器网络的匹配原则来修正换热器效率概念。为解决换 热器核蕊的最佳利用提供了相似的原则。无疑地，只有基于经验和更为合理的限制性约 束条件的确定，才有可能将上述非定解问题变成一个定解问题。才有可能建立由特定换 热器核蕊的重要几何尺寸给出的换热器的特性方程；并指导换热器的工艺设计。本文的 目的是试图提出一种具有普遍意义的换热器设计原理。· 在确定这些设计原则时，一些传统的设计经验经过更为理性的分析，对更新换热器 设计思想具有重要指导价值。 2．能量守恒与换热器效率 采用换热器效率概念，强调了换热器二侧的工质，在换热器中所必须遵循的能量守 恒原则。换热器不仅仅是一个热传递动力学过程。但是在文献【1，2]中定义的换热器效 率却又没有考虑到换热器有限传热时间所必须保持的最小传热温差。因此更精确的换热 器效率应该定义为 ’ — C。(瓦，。一瓦，。，，，) C。(f。。，一f州) —一q g。。。 c。；。(瓦卅，一f。，m一么f。；。)C。i。(￡。加一f。，，，，一4f。；。) 其中C。i。是热流体的热容量流率和泠流体热容量流率中较小者。而△t。i。是基于特定的 热交换器的允许的最小传热温差。这就使我们可以在有限时间内考虑换热器的效率。并 且可以在最佳的逆流换热流动条件下，在Ch=C。条件下得到一个归一化的，唯一被确定 的下述关系 2042 ￡=f州『U、》 Ⅳ∥丝：上r删 (2) … CminCm．n‘D 这对于我们试图得到的换热器特性方程具有重要的价值。事实上，e在C咖／■，一O时， e随Ntll渐近地趋向l的结果，已经表明，合理的换热器效率应该包含有限传热温差。 因为C山／C。。一0条件，实际可以对应一种相变传热，相变温度不变，意味着可始终保持 有限温差，如果一开始有温差，则不会在有限时间内趋近无温差。所以说对应着有限温 差。而且由于潜热远大于热交换介质的比热容，因此在能量守恒原则下，相当的质量流 量砌。；。j 动方式) s=厂(u掰，丢生，流动方式) (3) 一mtx 将都可以在足够大的N。。F使e趋向1。另外从能量守恒的可能性而言，考虑到在换热 器网络匹配中的匹配原则之一，可以总有C。i。=C。。。。它意味着可以将方程(3)代表的一 族曲线整合成唯一的1根曲