传热学-第十章1.ppt

以顺流情况为例，并作如下假设：（1）冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2,c1是常数；(2) 传热系数是常数；（3）换热器无散热损失；（4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。 要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温差随换热面积的变化，即 ，然后再沿整个换热面积进行平均 在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现在来看图中微元换热面dA一段的传热。温差为： 在固体微元面dA内，两种流体的换热量为: 对于热流体和冷流体: 可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为： (1) (2) ——冷热流体进口温差 ——冷热流体出口温差 (3) (1)+(2)+(3) 对数平均温差 顺流： 逆流时，也可得到相同式子 顺流和逆流的区别在于： 顺流： 逆流： 或者我们也可以将对数平均温差写成如下统一形式(顺流和逆流都适用) 对顺流：Δtmax指冷热流体进口温差 Δtmin指冷热流体出口温差 对逆流：热流体进口和冷流体出口温差与热流体出口和冷流体进口温差相比，谁大，就为Δtmax。反之为Δtmin Δtm的讨论： 1）当Δtmin＝ Δtmax时（顺流不可能，逆流有可能）不能用对数平均温差，用算术平均温差。 2）当Δtmin与Δtmax很接近时，可用算术平均温差。 算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差， 当 时，两者的差别小于4％； 当 时，两者的差别小于2.3％。 一般 时，就可用算术平均温差 五、 其他复杂布置时换热器平均温差的计算 以上所讨论的对数平均温差(LMTD)只是针对纯顺流和纯逆流情况，而这种情况的出现是比较少的，实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流。对于这种复杂情况，我们当然也可以采用前面的方法进行分析，但数学推导将非常复杂，实际上，逆流的平均温差最大，因此，人们想到对纯逆流的对数平均温差进行修正以获得其他情况下的平均温差。 是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTD，?是小于1的修正系数。图9-15 ~ 9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的 ? 。 关于?的注意事项 （1）? 值取决于无量纲参数 P和 R 式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标 ’ 表示进口，” 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。 （2）P的物理意义：流体2的实际温升与理论上所能达到的最大温升之比，所以只能小于1 （3）R的物理意义：两种流体的热容量之比 （4） 对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数 六、 各种流动形式的比较 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的 最大，顺流则最小； 顺流时 ，而逆流时， 则可能大于 可见，逆流布置时的换热最强。 In Out In Out 逆流 顺流 (3) 那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，有时需要故意设计成顺流形式。 (4) 对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。 T x In Out 蒸发 x T In Out 冷凝 ………………………………...( 例：欲用初温为175℃的油（ ）使流量为 的水从35℃加热到93℃，油的流量也为 ，试问应采用顺流还是逆流？ 解：由定性温度查水的物性参数 查得 计算油出口温度： 可见，流体流动方式应为逆流。 §9-3 换热器的热计算 换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式 1) 设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积 2）校核计算：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，核算它能否胜任规定的新任务。 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 1、换热器热计算分类： 式中， 不是独立变量，因为它取决于 以及换热器的布置。另外，根据公式(9-15)可知，一旦 和 以及 中的三个已知的话，我 们就可以计算出另外一个温度。因此，上面的两个方程 中共有8个未知数，即 需要给定其中的5个