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PPT-2-第1章 热交换器热计算的基本原理
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
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