PPT-2-第1章 热交换器热计算的基本原理.ppt

第一章 热交换器计算的基本原理 1.1.1 传热方程式 1.1.2 热平衡方程式 1.2 平均温差 1.2.1 流体的温度分布 接上图 1.2.2 简单顺流和逆流情况下的对数平均温差 流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同。 以顺流情况为例，作如下假设： 不论顺流逆流，对数平均温差可统一用下式表示： 1.2.3 复杂布置时换热器平均温差的计算 习题 1.有一蒸汽加热空气的热交换器，它将流量为5kg/s的空气从10℃加热到60℃，空气与蒸汽逆流，其比热为1.02KJ/(kg℃),加热蒸汽系压力为P=0.3Mpa,温度为150℃的过热蒸汽，在热交换器中被冷却为该压力下90℃的过冷水，试求其平均温差。 （附：饱和压力为0.3MP,饱和蒸汽焓为2725.5KJ/kg，饱和水焓为561.4KJ/kg.150℃时，水的饱和温度为133℃，过热蒸汽焓为2768 KJ/kg，90 ℃时，过冷水的焓为377 KJ/kg） 2.在一传热面积为15.8m2,逆流套管式换热器中，用油加热冷水，油的流量为2.85kg/s，进口温度为110℃,水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃,油和水的平均比热分别为1.9KJ/kg?℃和4.18KJ/kg ?℃,换热器的总传热系数为320W/m2?℃,求水的出口温度？ 3.一换热器用100℃的水蒸汽将一定流量的油从20℃加热到80℃。现将油的流量增大一倍，其它条件不变，问油的出口温度变为多少？ 4.某换热器用100℃的饱和水蒸汽加热冷水。单台使用时，冷水的进口温度为10℃，出口温度为30℃。若保持水流量不变，将此种换热器五台串联使用，水的出口温度变为多少？总换热量提高多少倍？ 5.一用13℃水冷却从分馏器得到的80℃的饱和苯蒸气。水流量为5kg/s，苯汽化潜热为395 kJ/kg，比热为1.758 kJ/kg?℃，传热系数为1140 W/m2?℃。试求使1 kg/s苯蒸气凝结并过冷却到47℃所需的传热面积(1)顺流；(2)逆流。 1.3.3 其他流动方式时的 1）1-2型换热器： 该型换热器的 可直接按式（1.18）作进一步分析求解 2）两流体中仅有一种有混合的错流式换热器 3）其他更为复杂的流型 1.4 换热器热计算方法比较 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。 （3）R的物理意义：两种流体的热容量之比 （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 （4） 对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数 1.2.4 流体比热或传热系数变化时的平均温差 1.3 传热有效度 1.3.1 的定义 1.3.2 顺流和逆流时的 * 1.1 热计算基本方程式 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 (3) 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，又是需要故意设计成顺流。 x T In Out x T In Out 冷凝 蒸发 (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。 换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却流体的局部换热温差也是沿程变化的。 dt1 dt2 t1 t2 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,然后再沿整个换热面积进行平均。 在假设的基础上，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: dt1 dt2 t1 t2 对于热流体: 对于冷流体: 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) (3) (2)、(3)代入(1)中 对数平均温差 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即 算术平均与对数平均 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即 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％。 实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或