换热器优化设计中的平均温度差计算.pdfVIP

重庆市电机工程学会2006年学术会议论文 换热器优化设计中的平均温度差计算 宋长华 (重庆电力高等专科学校动力工程系，重庆400053) 摘要：在换热器的优化设计中，分析比较了当流体的比热 1流体比热或传热系数变化时的平 或传热系数随温度变化时的对数平均温差(LMTD)和积 均温差 分平均温差两种计算方法；同时对有关文献中已提出的近 JJ 似计算方法进行了讨论，指出cllcnJ提出的近似公式 1．1流体比热变化时的平均温差 晟适用于换热器的优化设计。 热流体的进、出口温度分别用tl’及tl”，冷流 关键词：换热器{平均温差；比热；LMTD 体的进、出口温度分别用t2，及t2”表示。当流体的 比热不随温度变化时，流体的温度变化与传热量 刖舌 成线性正比关系，如图l所示的冷流体的曲线； 而在实际使用的换热器中，有时会遇到过热蒸汽 换热器是能源动力、石油化工、冶金、食品、 的冷凝，多组分蒸汽的冷凝，含不凝结气体的蒸 轻工、航天等各种工程领域中普遍使用的基本设 汽冷凝等在流体传热过程中出现相变(相当于比 备，在某些企业中．它的投资要占建厂总投资的 热发生剧烈变化)，或单相流体在传热中比热随温 1／4左右；经验证明，一个好的设计，往往能使 度变化的情况，这时流体的温度与传热量不再是 换热器的投资节省20％左右ll】。为了使设计的换 线性关系，而是曲线或折线，如图1所示的热流 热器达到经济指标的最优化，必须使换热器的年 体的曲线。当热、冷流体的比热随温度变化不大 总费用最低，其中要求设备投资费用和操作费用 时，取某一温度时的比热作为平均比热已足够精 之和为最少。设备投资费用主要应包括由换热面 确；但对某些流体如果温度变化范围较大或发生 积计算的投资费用及维修费用等。设备投资费用 相变，比热随温度有显著变化(大于2～3倍)， J可表示为：』=c^甄F， 式中，c^、甄是经济 由于对数平均温差公式(2)是在比热为定值的假 参数，作为已知值，可根据有关资料选取；F为 设下导出的，直接用公式(2)计算会产生很大误 换热面积．可根据传热方程式Q=KFzJtm按下式求 差，这时只能用积分平均温差来计算。这种算法 得： 的出发点是：把流体的温度变化范围分成若干小 F=Q／Kdtm (1) 段，每个小段的温度变化就小，在小段内将流体 可见，换热器平均温差一k直接影响到换热