传热平均温差Δtm和传热基本方程式6.6.3换热器的设计型问题及相关详解.ppt

第 6 章 传热 第4讲：6.6 传热过程的计算6.6.1 总传热系数K6.6.2 传热平均温差Δtm 和传热基本方程式6.6.3 换热器的设计型问题  对于冷流体被加热的传热过程，通过改变加热介质（热流体）qm1的值，以满足流流体加热变化的要求。在设计换热器时，为达到当时的换热量，T2应取得稍低一些，这样算出的qm1值不是太大，当换热量要求提高后增大qm1 值，能够有效地增大α热（增大K），提高T2（增大△tm),以满足传热量增大的要求。为换热负荷的增大留出余地。 热流体被冷却的传热过程：如果换热器在原工况下，冷流体的给热系数已经较大，冷流体的温升已经很小，即出口温度t2已经很低，此情况下，热流体给热是传热的控制步骤，增大冷流体的流量qm2已无明显的作用。故在设计换热器时，为达到当时的换热量要求，冷流体出口温度t2不要取得过低，取得稍微高一点，则算出的qm2值不是太大。当换热负荷要求提高后，增大qm2值，能够有效地增大α冷（增大K），降低t2（增大△tm），以满足传热量增大的要求。为换热负荷的增大留出余地。 Heat transfer 6.6.4　换热器操作型计算 2.基本思路与方法 6.6.4　换热器操作型计算 第1类操作型问题的求解方法-----消元法 以无相变的逆流换热为例 以热流体表示换热速率Q 公式两边约去(T1-T2) 6.6.4　换热器操作型计算 第1类操作型问题的求解方法-----消元法 以无相变的逆流换热为例 以冷流体表示换热速率Q 公式两边约去(t2-t1) 6.6.4　换热器操作型计算 第1类操作型问题的求解方法-----传热单元数法 以无相变的逆流换热为例 6.6.4　换热器操作型计算 第1类操作型问题的求解方法-----传热单元数法 以无相变的逆流换热为例 若qm1Cp1小,以热流体表示换热速率Q 该式是传热基本方程式的另一形式，公式右边的数值一般容易求出。 可以将公式中的(T1-T2)约去 现将公式中的t2通过热量衡算表示出来。 Heat transfer Heat transfer 由推导过程可知，该公式是传热基本方程式的另一形式。 热效率 6.6.4　换热器操作型计算 第1类操作型问题的求解方法-----传热单元数法 以无相变的逆流换热为例 若qm2Cp2小,以冷流体表示换热速率Q 传热 Heat transfer 注意：若不强调传热效率，不追究热力学问题，可以不判断两种流体热容流率的大小，上面的（纯）数学关系式总是成立的。 根据热力学，可证明。 反取 可省略 传热 Heat transfer （2）第二类命题 ------试差求解 以热流体被冷却逆流流动为例，求qm2 、 t2 例1：一列管式换热器，按传热管的内表面积计算的传热面积A1=50m2 。流量为5200m3/h（P=101325Pa , T=273.15K条件下），在管内从20oC被加热到90oC 。压力为200kPa的饱和水蒸气（饱和温度为120oC）在壳程冷凝放出热量。试求： （1）总传热系数K ；（2）当空气流量增加25%时，其出口温度变为多少？（3）若保持空气的出口温度不变，则饱和水蒸气的压强应调整到多少？（4）若保持空气的出口温度不变，不调整饱和水蒸气的压强，改变换热管的长度，则管长为原管长的多少倍？ 解： （1） 原工况 新工况 新工况 消元法 例2：第一类命题的操作型计算：有一逆流操作的 换热器，热流体为空气，　　　　，冷却水走管内， 　　　　　。已测得冷、热流体进出口温度分别为 　　　　　　　　　　　　管壁热阻可以忽略。当水流量 增加一倍时，试求（1）水和空气的出口温度t’2和T’2（2）换热量（热流量）Q’比原换热量Q增加多少？ 例3：第一类命题的操作型计算：有一逆流操作的 换热器，热流体为空气，　　　　，冷却水走管内， 　　　　　。已测得冷、热流体进出口温度分别为 　　　　　　　　　　　　管壁热阻可以忽略。当水流量 增加一倍时，试求（1）水和空气的出口温度t’2和T’2（2）换热量（热流量）Q’比原换热量Q增加多少？ NTU法 习题32：一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别是40oC和100oC 。已知并流操作时，冷流体出口温度为60oC ，热流体出口温度为80oC 。设传热系数K为定值。若改为逆流操作，则冷、热流体的出口温度将各是多少？ 解： （1）并流时 （2）变为逆流换热时， 利用冷、热流体温度差变化相等的特点 解： （1）并流时 （2）变为逆流换热时，T1 t1 R1 NTU1均不变 或者分别取R1=0.99 、R1=1.01 计算得到 根据 R1 NTU1 查相关的函数图可 得到 习题32:一套管换热器，冷、热流体的进口温