第四节两流体间传热过程的计算课件.pptxVIP

第四章 二、总传热速率微分方程 传热 五、传热面积的计算 第四节 六、壁温的计算 七、换热器的计算 差 数 度 系 温 热 均 传 平 总 、 、 四 三 两流体间传热过程的 计算 一、热量衡算 2023/10/16 根据生产任务的要求，确定换热器的 传热面积及换热器的其它有关尺寸， 以便设计或选用换热器。 判断一个换热器能否满足生产任务的 要求或预测生产过程中某些参数的变 化对换热器传热能力的影响。 依据：总传热速率方程和热量恒算 传热计算 校核计算 设计计算 2023/10/16 一、热量衡算 热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系 对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略 则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸 收的热量。即： 2023/10/16 套管式换热器 1— 内管 2—外管 2023/10/16 图4-19 套管换热器的热量衡算 2023/10/16 应用： 计算换热器的传热量 若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度 下的比热时(比热法)： 若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝 液在饱和温度下离开。 若冷凝液的温度T2低于饱和温度TS离开换热器 2023/10/16 二、传热的平均温度差 恒温差传热： 传热温度差不随位置而变的传热 传热 变温差传热： 传热温度差随位置而改变的传热 并流 ：两流体平行而同向的流动 逆流 ：两流体平行而反向的流动 流动形式 错流 ： 两流体垂直交叉的流动 折流 ：一流体只沿一个方向流动，而另一流体 反复折流 2023/10/16 错流 2023/10/16 (b) 并流 简单折流 复杂折流 (a ) 逆流 1 、 恒温传热时的平均温度差 热流体： 蒸气冷凝 冷流体： 液体沸腾 温差 不随换热器管长而变化。 2 、 变温传热时的平均温度差 (1)一侧变温 2023/10/16 变温传热时温度差变化 (a ) 逆流 (b) 并流 (2) 两侧变温 2023/10/16 逆流和并流时的传热温差 以逆流为例，推导平均温差。 假定： (1)冷热流体的qm1 、 qm2为常数 ； (2)流体的比热容为常量,且传热系数K沿换热面而不变； (3)换热器无热损失 2023/10/16 微元面积dA的传热情况 两流体的温差为△t 通过微元面dA的传热量为 ： 2023/10/16 分别表示换热器两端的温差， 并对上式积分得 将(c)、 (d)代入(d)式 2023/10/16 用 积分 ： 即： 2023/10/16 ——对数平均温度差 整理得 ： 2023/10/16 (d) 当 时，则 (e)在冷、热流体的始、终温度相同的条件下， 。在G及K分别相同的条件下，采用逆流换热可以节省传热 面积，故工业生产中多采用逆流操作。 讨论： (a)上式虽然是从逆流推导来的，但也适用于并流。 时，可用算数平均值来代替对数平均温度差。 (误差小于4%，工程上允许) (b) 习惯上将较大温差记为 ，较小温差记为 (c) 当 即： 2023/10/16 。 【例4-5】在套管换热器中用20℃的冷却水将某溶液从 100℃冷却至60℃，溶液流量为1500kg/h ，溶液比热为 3.5kJ/(公斤·℃)，已测得水出口温度为40℃，试分别计算并 流与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总 传热系数K=1000W/(m2·℃) ，求并流操作和逆流操作所需 的传热面积。 2023/10/16 逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是： 解：逆流和并流的平均温差分别是： 传热负荷为： 2023/10/16 例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却 水将热流体由100℃冷却至40℃，冷却水进口温度15℃，出 口温度30℃，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温 度差。 2023/10/16 热流体 ： 冷流体 ： 解 ： 逆流时： 热流体： 冷流体： 并流时： 85 10 70 25 2023/10/16 可见：在冷、热流体初、终温度相同的条件下， 逆流的平均 温度差大。 2、错流和折流时的平均温度差 错流和折流的平均温度差，常采用安德伍德和鲍曼提出 的图算法。 先按逆流时计算对数平均温度差△tm逆 ，在乘以考虑流动 型式的温度修正系数 ，得到实际平均温度差△tm。 2023/10/16 一种流体作折流流动，另 一种流体不折流，或仅沿 一个方向流动。 错流是指两流体在间壁两 侧彼此的流动方向垂直； 若两种流体都作折流流动 或既有错流又有折流，称 为复杂折流