10.传热学-第十章.ppt

第九章 传热过程分析与 10.3换热器传热过程平均温差的计算 (1) (2) (3) (1)+(2)+(3) 对数平均温差 顺流： 2.逆流时： 其他过程和公式与顺流是完全一样，因此，最终仍然可以 得到： 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) 3 算术平均温差 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％。 4 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10-23 ~ 10-26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。 （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 5 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 (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，又是需要故意设计成顺流 (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。 x T In Out x T In Out 冷凝 蒸发 10-4 间壁式换热器的热计算 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 (1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积 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。 换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式 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)可是，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个变量，才可以计算另外三个变量。 对于设计计算而言，给定的是 ，以及进出口 温度中的三个，最终求 对于校核计算而言，给定的一般是 ， 以 及2个进口温度，待求的是 换热器的热计算有两种方法：平均温差法 效能-传热单元数(?-NTU)法 平均温差法：就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热 计算，其具体步骤如下： 对于设计计算（已知 ，及进出口温度中的三个，求 ） 初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数k 根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度 由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差 由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算换热面流体的流动阻力 如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。 对于校核计算（已知 ，及两个进口温度，求 ） 先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度 根据4个进出口温度求得平均温差 根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k 已知kA和 ，按传热方程式计算在假设出口温度下的 根据4个进出口温度，用热平