传热学第九章课件 chapter9.ppt

9-2 换热器的型式及平均温压 一、引言 二、分类 三、换热器传热温差的计算 一、引言 换热器是用来实现冷、热流体热量交换的一种设备。它广泛应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻工、医药等部门，是量大用广的通用设备。 例如，热交换设备投资占电厂总投资的1/5，重量占工艺投资总重的40%。 在年产30万吨的乙烯装置中，各种换热器达300-500台。 二、换热器的分类 1. 按换热器操作过程分为： 混合式换热器举例：电厂中的冷却塔、除氧器和喷水减温器，化工厂的洗涤塔。 蓄热式换热器举例：回转式空气预热器结构图 蓄热式换热器举例：回转式空气预热器中的蓄热板 2. 间壁式换热器 （1）套管式。最简单的间壁式换热器，依两种流体的流动方向又分顺流和逆流布置。 （2）壳管式换热器。它是间壁式换热器的主要形式。电厂中的冷油器和给水加热器等。 壳管式换热器的传热面由管束构成。一种流体在管子内部流动，称为管程，另一种流体在管子与换热器的壳体之间流动，称为壳程。 典型两流程固定管板式管壳式换热器 四流程固定管板式管壳式换热器 （3）板式换热器。板式换热器由一组结构相同的平行薄平板叠加组成，每两个相邻的平板之间组成一个流体通道，冷、热流体间隔流过各个通道。 三、传热温差的计算 间壁式换热器的工作过程属于传热过程。因此换热器的传热量可由传热方程式计算： 假设： （a）冷热流体的质量流量qm1、qm2及比热容c1、c2在整个换热面上为常量； （b）传热系数在整个换热面上不变； （c）换热器无热损失； （d）换热面沿流动方向的导热量可以忽略。 场协同原理——无论是边界层型的流动还是有回流的流动，在一定的速度及温度梯度下要强化对流换热，实质上就是减小速度与温度梯度之间的夹角。 场协同原理揭示出强化对流传热的实质。 根据场协同原理，寻找强化单相对流传热的表面就是要获得能使流体的速度与温度梯度夹角尽量减小的表面结构，这对于开发强化表面具有重要的指导意义。 高于环境温度的热力设备与管道的保温多采用无机的绝热材料。（如多孔型、纤维型、粒状绝热材料） 对于低于环境温度的工质和容器，关键在于防止外界热量的传入。 保温技术——最优保温材料的选择，最佳保温层厚度的确定，先进的保温结构及工艺，检测技术以及保温的技术经济评价方法等。 如果流体的定压比热 已知，则以上3个方程中共有8个独立变量，即: 中的3个温度，只要知道其中5个变量，就可以算出其它3个。 及 1、设计计算 进行设计计算时，一般是根据生产任务的要求，给定流体的质量流量 和4个进、出口温度中的3个，需要确定换热器的型式、结构，计算传热系数 k 及换热面积A。计算步骤如下： （1）根据给定的换热条件、流体的性质、温度和压力范围等条件，选择换热器的类型及流动型式，初步布置换热面，计算换热面两侧对流换热的表面传热系数及换热面的传热系数k； （3）根据由冷、热流体的4个进、出口温度及流动型式确定平均温差 ； （2）根据给定条件，由热平衡方程式求出4个进、出口温度中未知的温度，并求出换热量 ； （4）由传热方程式求出所需的换热面积A； （5）计算换热面两侧流体的流动阻力，如果流动阻力过大，会使风机、水泵的电耗增加，从而加大了系统设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。 2、校核计算 对已有或设计好的换热器进行校核计算时，一般已知换热器的换热面积A、两侧流体的质量流量 、进口温度 等5个参数。由于两侧流体的出口温度未知，传热平均温差无法计算；同时由于流体的定性温度不能确定，也无法计算换热面两侧对流换热的表面传热系数及通过换热面的传热系数，因此不能直接求出其余的未知量。在这种情况下，通常采用试算法，其具体计算步骤如下： （1）先假设一个流体的出口温度 （或 ），用热平衡方程式求出换热量 和另一个流体的出口温度； （2）根据由冷、热流体的4个进、出口温度及流动型式确定平均温差 ； （3）根据给定的换热器结构及工作条件计算换热面两侧的表面传热系数 ，进而求得传热系数k； （4）由传热方程式求出换热量 ； （5）比较 ，如果两者相差较大（如大于2%或5%），说明步骤(a)中假设的温度值不符合实际，再重新假设一个流体出口温度，重复上述计算步骤，直到 值的偏差小到满意为止。至于两者偏差应小到何种程度，则取决于要求的计算精度，一般认为应小于2％-5％。 二、换热器计算的效能-传热单元数法 1.换热器的效能（?） 0 A t 换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器