环境工程原理(4.13)--第四章第四讲换热器及间壁传热过程计算.pptx

第四节换热器及间壁传热过程计算

(三)传热推动力一平均温差

与换热器中两流体的温度变化情况及两流体的相互流动方向有关

错流

折流

并流

逆流

间壁式换热器

外管

内管、

并流

肘管

第四节换热器及间壁传热过程计算

内管

逆流

肘管

变温传热

错流

折流

外管

冷却水

?::

以套管式换热器为例计算平均温差

冷流体

热流体

A—→并流

(a)沿传热面的温度变化

(1)逆流和并流时的传热温差

A·

(b)

逆流

dQ=K(T,-T₂)dA=K△TdA(4.3.28)

热流体放出热量dQ,温度下降dT,

冷流体得到热量dQ,温度上升dT

分别对热流体和冷流体进行热量衡算

dQ=-qmnCpndT₁(4.3.29)

A0CAT1A²,30)

假定：

(a)换热器在稳定情况下操作，热、冷流体的质量流量9mc和9mn沿换热面为常数；

(b)流体的比热容c,和c及传热系数沿换热面不变；

在微元中热、冷流体的温差为△T=T,-T。(4.3.27)

dQ=d(AT)积分，得

9meCpc9mhCph

dQ=K(T,-T.)dA=K△TdA

平均传热温差，对数平均温差

计算并流和逆流情况下平均温差的通式

△T₂/△T₁2时，对数平均值与算术平均值的差小于4%,此时在工程计算中可以用算术平均值代替对数平均值。

换热器两端温差大的数值

换热器两端温差小的数值

△T₂-△军

ln△T

△T

△T二

【例题】在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到60℃,冷水温度从20℃升至30℃。试求在这种温度条件下，逆流和并流时的平均温差。

解：逆流时△T=60-20=40℃,△T₂=100-30=70℃

结论：在冷热流体的初、终温度相同的条件下，

逆流的平均温差较并流的大

并流时△T=60-30=30℃,△T₂=100-20=80℃

Q=9mCpn(T₁₁-Th₁₂)

因此，在实际工程中多采用逆流操作

逆流操作的缺点：

热、冷流体的最高温度集中在换热器的一端，使得该处的壁温较高。

高温换热器应避免采用逆流操作

在换热器的传热量及总传热系数相同的条件下，采用逆流

操作，其优点是：

(1)可以节省传热面积，减少设备费；

(2)或可以减少换热介质的流量，降低运行费。

A

(2)错流和折流时的传热温差

按逆流计算对数平均温差，再乘以温度修正系数

△Tm=QAy△T

温度修正系数小于1,即错流和折流时的传热温差小于逆流时的温差。

温度修正系数，无量纲

按逆流计算的对数平均温差

(4.3.35)

第四节换热器及间壁传热过程计算

温度修正系数φγ与换热器内流体温度变化有关，对于不

同的流动方式，用计算因数P和R表示这种变化，

Q=f(P,R)

共中两流体的最视租差

温度修正系数小于1,即错流和折流时的传热温差小于逆流时的温差。

折流

甲AT

甲AT

工程上采用折流和其它复杂流动的目的是提高传热系数，

其代价是使平均温差减少。

因此，在设计时最好使温度修正系数0.9;当其0.8时，

经济上不合理，应另选其它形式，如增加壳程数，或将多台

换热器串联使用，以使传热过程接近逆流。

流体在壳体内每通过一次为一壳程

第四节换热器及间壁传热过程计算

壳程：T2

流体在壳体内每通过一次

为一壳程

管程：

流体在管内每通过一次为

一管程

e

换热器(1-2型)传热过程动态校教

单壳程两管程1-2型

)叫

两壳程四管程24刑

两壳程

单壳程

PAT

甲AT

P

三壳程

P

(c)

PAT

K随温度变化

(1)当K变化不大时，工程中可采用换热器进出口处传热系数的平均值作为常数处理。

计算传热速率：Q=9C(T₂-T)或Q=9mmC(Tm-T₂)

Cpm,Cpc按换热器进出口处温度的平均值计算

(2)当K变化很大时，

dQ=K(T₁-T)dA

dQ=-qm