第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì)算

1、第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第十章第十章 傳熱過程分析與換熱器的熱計(jì)算傳熱過程分析與換熱器的熱計(jì)算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 本章要求掌握的內(nèi)容：本章要求掌握的內(nèi)容： 定量：傳熱過程的計(jì)算；對數(shù)平均溫差的計(jì)算；定量：傳熱過程的計(jì)算；對數(shù)平均溫差的計(jì)算； 間壁式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核計(jì)算。間壁式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核計(jì)算。 定性：掌握傳熱過程的熱阻分析法；傳熱過程定性：掌握傳熱過程的熱阻分析法；傳熱過程 強(qiáng)化與削弱措施。強(qiáng)化與削弱措施。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 10-1 10-1 傳熱過程的分析和計(jì)算傳熱過程的分析和計(jì)算 傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面

2、傳到另傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅?一側(cè)流體中去的過程稱傳熱過程。一側(cè)流體中去的過程稱傳熱過程。 傳熱過程分析求解的傳熱過程分析求解的 基本關(guān)系為傳熱方程式基本關(guān)系為傳熱方程式 21ff ttkA 式中式中K K為傳熱系數(shù)（在容易與對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禐閭鳠嵯禂?shù)（在容易與對流換熱表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。數(shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 說明說明： (1)(1)由于平壁的兩側(cè)的面積是相等的，因此傳熱由于平壁的兩側(cè)的面積是相等的，因此傳熱 系數(shù)的數(shù)值不論對哪一側(cè)來說都是一樣的系數(shù)的數(shù)值不論對哪一側(cè)來說都是一樣的。 （2 2） h h1

3、 1 和和h h2 2的計(jì)算；（的計(jì)算；（3 3）如果計(jì)及輻射時(shí)對流換熱系數(shù)應(yīng)該采）如果計(jì)及輻射時(shí)對流換熱系數(shù)應(yīng)該采 用等效換熱系數(shù)用等效換熱系數(shù)( (總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)) ) rct hhh 10.1.1 10.1.1 通過平壁的傳熱通過平壁的傳熱 21 11 1 hh k 單層單層 2 1 1 11 1 hh k n i i i 多層多層 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 10.1.2 10.1.2 通過圓管的傳熱通過圓管的傳熱 內(nèi)部對流：內(nèi)部對流：)( 1wifii ttldh () 1 ln() 2 wiwo o i tt d ld 圓柱面導(dǎo)熱：圓柱面導(dǎo)熱： )( 2fw

4、ooo ttldh 外部對流：外部對流： hi ho 1 ii lhd ln() 2 oi dd l 1 oo hld 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 對外側(cè)面積而言對外側(cè)面積而言 ooi o ii fofi dhd d dh ttl 1 ln 2 11 1 1 ln 2 o ooo iiio kk ddd hddh 從熱阻的角度來看從熱阻的角度來看 ooi o iio Ahd d lAhkA 1 ln 2 111 上面三式相加上面三式相加 00 ()() fifofif kA ttk d l tt 由上兩式相除可得傳熱系數(shù)的定義式：由上兩式相除可得傳熱系數(shù)的定義式： 第10章-傳熱過程

5、分析和換熱器計(jì) 算 10.1.3 10.1.3 通過肋壁的傳熱通過肋壁的傳熱 肋壁面積：肋壁面積： 21 AAAo 穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情況：穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情況： )( 11wfii ttAh )( 1wowi ttA )( )()( 21 fowoooo fowofofowoo ttAh ttAhttAh o f o A AA)( 21 肋面總效率肋面總效率 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 000 () 1111 fiffif oo iiioooiiioo ttA tt AA h AAhAh AAh io AA 1 11 f oo iiioo k AA h AAh 以肋側(cè)表面積為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)以

6、肋側(cè)表面積為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù) 定義肋化系數(shù)：定義肋化系數(shù)： 則傳熱系數(shù)則傳熱系數(shù) 1 11 f ioo k hh 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 11 111 f i iooiooo k A hhhhA 工程上一般都以未加肋時(shí)的表面積為基準(zhǔn)計(jì)算肋壁傳熱系數(shù)工程上一般都以未加肋時(shí)的表面積為基準(zhǔn)計(jì)算肋壁傳熱系數(shù) 所以，只要所以，只要 就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。 1 o 由于由于值常常遠(yuǎn)大于值常常遠(yuǎn)大于1 1，而使，而使0 0的值總是遠(yuǎn)大于的值總是遠(yuǎn)大于1 1，這就，這就 使肋化側(cè)的熱阻顯著減小，從而增大傳熱系數(shù)的值。使肋化側(cè)的熱阻顯著減小，從而增大傳熱系數(shù)的值。

7、00 () 111 fififif i iiioooiooo ttA tt A h AAhAhhA 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 10.1.4 10.1.4 臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑 ooi o ii fofi dhd d dh ttl 1 )ln( 2 11 )( 21 2 2 1 1 1 )ln( 2 1 )ln( 2 11 )( ooo o i o ii fofi dhd d d d dh ttl 圓管外敷保溫層后：圓管外敷保溫層后： 可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降 低了對流換熱熱阻，使得換熱贈(zèng)強(qiáng)，那么

8、，綜合效果到底是低了對流換熱熱阻，使得換熱贈(zèng)強(qiáng)，那么，綜合效果到底是 增強(qiáng)還是削弱呢？這要看增強(qiáng)還是削弱呢？這要看d d /dd/ddo2 o2 和 和d d2 2 /dd/ddo2 o22 2的值 的值 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 可見，確實(shí)是有一個(gè)極值存在，從熱量的基本傳遞規(guī)律可知，可見，確實(shí)是有一個(gè)極值存在，從熱量的基本傳遞規(guī)律可知， 應(yīng)該是極大值。也就是說，應(yīng)該是極大值。也就是說，d do2 o2在 在d do1 o1- d - dcr cr之間， 之間， 是增加的，是增加的， 當(dāng)當(dāng)d do2 o2大于 大于d dcr cr時(shí)， 時(shí)， 降低。一般保溫動(dòng)力管道外徑均大于臨界降低

9、。一般保溫動(dòng)力管道外徑均大于臨界 值，所以很少考慮臨界熱絕緣直徑的問題。值，所以很少考慮臨界熱絕緣直徑的問題。 0 d d 2 o d cro d h d 2 2 2 2 or2 2 22 hd Bi o 21 2 2 1 1 1 )ln( 2 1 )ln( 2 11 )( ooo o i o ii fofi dhd d d d dh ttl 臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑B Bi i 是管道外表面的畢渥數(shù) 是管道外表面的畢渥數(shù) 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 解：每米電線在不同的絕緣層外徑解：每米電線在不同的絕緣層外徑d do o=0.0051+2=0.0051+2m m 的散熱量為：的

10、散熱量為： 【例例】外徑為外徑為5.1mm5.1mm的鋁線，外包的鋁線，外包 =0.15W/(m=0.15W/(mK)K)的絕緣層。的絕緣層。 t tfo fo=40 =40C C，t twi wi70 70C C。絕緣層表面與環(huán)境間的復(fù)合傳熱系數(shù)。絕緣層表面與環(huán)境間的復(fù)合傳熱系數(shù) h ho o=10W/(m=10W/(m2 2 K) K)。求：絕緣層厚度。求：絕緣層厚度不同時(shí)每米電線的散熱量。不同時(shí)每米電線的散熱量。 (P(P465 465) ) o o () (70-40) 1111 ln()ln 220.150.005110 fifo o ioo tt dd l dh dd 取取do10

11、70mm，計(jì)算結(jié)果用圖線表示于圖中。，計(jì)算結(jié)果用圖線表示于圖中。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 散熱量先增后減，有最大值。散熱量先增后減，有最大值。 一般的動(dòng)力保溫管道很少有必要考慮臨界熱絕緣直徑。一般的動(dòng)力保溫管道很少有必要考慮臨界熱絕緣直徑。 增加電線的絕緣層厚度，可增強(qiáng)電流的通過能力。增加電線的絕緣層厚度，可增強(qiáng)電流的通過能力。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 10.2 10.2 換熱器的型式及平均溫差換熱器的型式及平均溫差 換熱器換熱器：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī) 定的工藝要求的裝置。定的工藝要求的裝置。 10.2.

12、1 10.2.1 換熱器的分類換熱器的分類 螺旋板式 板式 交叉流換熱器 管殼式殼管式 套管式 )( 蓄熱式 混合式 間壁式 管束式 管翅式 管帶式 板翅式 按照操作過程按照操作過程 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 v間壁式間壁式換熱器：換熱器： 是指冷熱流體被壁面隔開進(jìn)行換熱的熱是指冷熱流體被壁面隔開進(jìn)行換熱的熱 交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞?、冷凝器、蒸發(fā)器；交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞鳌⒗淠?、蒸發(fā)器； v間壁式挨熱器種類很多，從構(gòu)造上主要可分為：管殼式、間壁式挨熱器種類很多，從構(gòu)造上主要可分為：管殼式、 肋片管式、板式、板翅式、螺旋板式等，其中以前兩種用肋片管式、板式、板翅式、螺旋

13、板式等，其中以前兩種用 得最為廣泛。另外，按流體流動(dòng)方向可有順流、逆流、交得最為廣泛。另外，按流體流動(dòng)方向可有順流、逆流、交 叉流之分。叉流之分。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 蓄熱式蓄熱式換熱器：換熱器由蓄熱材料構(gòu)成，并分成兩半，冷換熱器：換熱器由蓄熱材料構(gòu)成，并分成兩半，冷 熱流體輪換通過它的一半通道，從而交替式地吸收和放出熱流體輪換通過它的一半通道，從而交替式地吸收和放出 熱量，即熱流體流過換熱器時(shí)，蓄熱材料吸收并儲(chǔ)蓄熱量，熱量，即熱流體流過換熱器時(shí)，蓄熱材料吸收并儲(chǔ)蓄熱量， 溫度升高，經(jīng)過一段時(shí)間后切換為冷流體，蓄熱材料放出溫度升高，經(jīng)過一段時(shí)間后切換為冷流體，蓄熱材料放出 熱

14、量加熱冷流體。一般用于氣體，如鍋爐中間轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱量加熱冷流體。一般用于氣體，如鍋爐中間轉(zhuǎn)式空氣預(yù) 熱器，全熱回收式空氣調(diào)節(jié)器等。熱器，全熱回收式空氣調(diào)節(jié)器等。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 混和式換熱器混和式換熱器 混合式混合式換熱器：冷熱流體換熱器：冷熱流體 直接接觸，彼此混合進(jìn)行直接接觸，彼此混合進(jìn)行 換熱，在熱交換同時(shí)存在換熱，在熱交換同時(shí)存在 質(zhì)交換，如空調(diào)工程中噴質(zhì)交換，如空調(diào)工程中噴 淋冷卻塔，蒸汽噴射泵等；淋冷卻塔，蒸汽噴射泵等； 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 3 h /d6mmm 2 緊湊式:70

15、0m或 非緊湊式 按表面緊湊程度區(qū)分按表面緊湊程度區(qū)分 緊湊程度可用水力直徑緊湊程度可用水力直徑d dh h來區(qū)別，或用每立方米中的傳熱來區(qū)別，或用每立方米中的傳熱 面積即傳熱面積密度面積即傳熱面積密度來衡量。來衡量。 3 h /d1mmm 2 層流換熱器：3000m或100 m 3 h 15/d1mmm 2 微型換熱器：000m或100 m 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。 1 1、套管式換熱器、套管式換熱器 10.2.2 10.2.2 間壁式換熱器主要型式間壁式換熱器主要型式 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì)

16、 算 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。結(jié)構(gòu)簡單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。 兩種流體都可在較高溫度和兩種流體都可在較高溫度和 壓力下?lián)Q熱，傳熱系數(shù)大。壓力下?lián)Q熱，傳熱系數(shù)大。 傳熱面積可根據(jù)需要增減。傳熱面積可根據(jù)需要增減。 套管式換熱器套管式換熱器 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 單位換熱面積金屬耗量大，單位換熱面積金屬耗量大， 價(jià)格較高。價(jià)格較高。 檢修、清洗不便。檢修、清洗不便。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 2 2、殼管式換熱器、殼管式換熱器 間壁式換熱器的一種主要形式，又稱管殼式換熱器。傳熱間壁式換熱器的一種主要形式，又稱管殼式換熱器。傳熱 面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封面由管束組成

17、，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封 裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程和殼程。裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程和殼程。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 side) (shell ,inB T outB T , side) (tube ,inA T outA T , 2-42-4型換熱器型換熱器 進(jìn)一步增加管程和殼程進(jìn)一步增加管程和殼程 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 管殼式換熱器管殼式換熱器 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對壓力和溫度的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對壓力和溫度的 適用范圍大。適用范圍大。 管內(nèi)清洗方便，清潔流體宜管內(nèi)清洗方便，清潔流體宜 走殼程。走殼程。 處理量大。

18、處理量大。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、 單位換熱面積的金屬耗單位換熱面積的金屬耗 量等不如新型換熱器。量等不如新型換熱器。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 間壁式換熱器的又一種主要型式。其主要特點(diǎn)是冷熱流體間壁式換熱器的又一種主要型式。其主要特點(diǎn)是冷熱流體 呈交叉狀流動(dòng)。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可分為管束式、呈交叉狀流動(dòng)。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可分為管束式、 板翅式、管翅式等。板翅式、管翅式等。 管束式管束式 3 3、交叉流換熱器、交叉流換熱器 (1)(1)管束式換熱器管束式換熱器 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 板翅式熱交換器板翅式熱交換器基本結(jié)構(gòu)基本

19、結(jié)構(gòu) 板束板束導(dǎo)流片導(dǎo)流片封頭封頭 隔板隔板 翅片翅片 封條封條基本單元（通道基本單元（通道） (2)(2)板翅式換熱器板翅式換熱器 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 板翅式換熱器結(jié)構(gòu)組板翅式換熱器結(jié)構(gòu)組 成成 由基本換熱元件由基本換熱元件 組成，在兩塊平隔板組成，在兩塊平隔板 中夾著一塊波紋形導(dǎo)中夾著一塊波紋形導(dǎo) 熱翅片，兩端用側(cè)條熱翅片，兩端用側(cè)條 密封，形成一層基本密封，形成一層基本 換熱元件，許多這樣換熱元件，許多這樣 的元件交錯(cuò)疊合（使的元件交錯(cuò)疊合（使 相鄰兩流道流動(dòng)方向相鄰兩流道流動(dòng)方向 交錯(cuò)）焊接起來構(gòu)成交錯(cuò)）焊接起來構(gòu)成 板式換熱器。板式換熱器。 第10章-傳熱過程分析和

20、換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 逆流板束 錯(cuò)流板束錯(cuò)逆流板束 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 板翅式換熱器由于兩側(cè)都有翅片，做氣氣換熱，傳板翅式換熱器由于兩側(cè)都有翅片，做氣氣換熱，傳 熱系數(shù)對空氣可達(dá)熱系數(shù)對空氣可達(dá)350 W/(m350 W/(m2 2)。板翅換熱器結(jié)構(gòu)非。板翅換熱器結(jié)構(gòu)非 常緊湊，輕巧，每立方米體積中容納的傳熱面積可高常緊湊，輕巧，每立方米體積中容納的傳熱面積可高 達(dá)達(dá)4300 m4300 m2 2，承壓可達(dá)，承壓可達(dá)100bar100bar。 缺點(diǎn)：容易堵塞，清洗困難，不易檢修。缺點(diǎn)：容易堵塞，清洗困難，不易檢修。 適用于清潔和無腐蝕的流體換熱。

21、適用于清潔和無腐蝕的流體換熱。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 適用范圍廣：可以適用于氣適用范圍廣：可以適用于氣氣、氣氣、氣液、液液、液液間各種不同介液間各種不同介 質(zhì)患熱，亦可用作蒸發(fā)器、冷凝器。適用于逆流、質(zhì)患熱，亦可用作蒸發(fā)器、冷凝器。適用于逆流、 錯(cuò)流、多股流、多程流等不同工況的換熱，可在錯(cuò)流、多股流、多程流等不同工況的換熱，可在 -273-273+500+500溫度范圍內(nèi)使用溫度范圍內(nèi)使用 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕：重量僅為具有相同換熱面積的管殼式的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕：重量僅為具有相同換熱面積的管殼式的1/101/10， 而單位傳熱面積的金屬消耗比管殼式小幾倍而單位傳熱面積的金屬消耗比管

22、殼式小幾倍 傳熱效率高：可對介質(zhì)造成擾動(dòng)，使邊界層不斷破裂更新，從傳熱效率高：可對介質(zhì)造成擾動(dòng)，使邊界層不斷破裂更新，從 熱強(qiáng)化換熱熱強(qiáng)化換熱 板翅式換熱器板翅式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn) 同一設(shè)備內(nèi)，可允許同一設(shè)備內(nèi)，可允許2-92-9種介質(zhì)間進(jìn)行換熱種介質(zhì)間進(jìn)行換熱 制造工藝復(fù)雜，且要求嚴(yán)格制造工藝復(fù)雜，且要求嚴(yán)格 容易堵塞，清洗和檢修較困難容易堵塞，清洗和檢修較困難 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 是一種帶翅的管式熱交換器，可以有殼也 可以沒殼 在動(dòng)力、化工、制冷等工業(yè)中有廣泛應(yīng)用 工業(yè)缺水及工業(yè)用水的環(huán)境污染問題日益 突出，空氣冷卻器引起人們的重視 許多化工廠中有90%以上冷卻負(fù)荷由空冷

23、器 負(fù)擔(dān) (3)翅片管式熱交換器翅片管式熱交換器 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 1、構(gòu)造和工作原理、構(gòu)造和工作原理 可以僅由一根或若干根翅片管組成 也可再配以外殼、風(fēng)機(jī)等組成空冷器型式 的熱交換器 翅片管是翅片管熱交換器中的主要換熱原 件，翅片管由基管和翅片組合而成 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 基管有圓管、扁平管和橢圓管 翅片類型多樣，可以各自加在每根單管上，也可 以同時(shí)與數(shù)根管子相連 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 空冷器是一種常見的翅片管熱交換器，以空氣為 冷卻介質(zhì)。組成部分包括管束、風(fēng)機(jī)和構(gòu)架等。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱

24、器計(jì) 算 特點(diǎn)： 傳熱面積增加(比光管可增大2-10倍) 可以促進(jìn)流體湍流，傳熱系數(shù)比光管提高1-2倍 結(jié)構(gòu)緊湊并使金屬消耗量降低 翅片材料可與基管不同，材料的選擇與利用更為 合理 維護(hù)費(fèi)用只有水冷系統(tǒng)的20-30% 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 4 4 板式換熱器：板式換熱器：由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所 組成，冷熱流體間隔地在每個(gè)通道中流動(dòng)，其特點(diǎn)是拆卸清組成，冷熱流體間隔地在每個(gè)通道中流動(dòng)，其特點(diǎn)是拆卸清 洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 為了滿足傳熱和壓力降的

25、要求，對于板式為了滿足傳熱和壓力降的要求，對于板式 熱交換器可進(jìn)行多種方式的流程和通道數(shù)的配置。熱交換器可進(jìn)行多種方式的流程和通道數(shù)的配置。 流程：某一種介質(zhì)在換熱器中流動(dòng)方向的數(shù)量，流程：某一種介質(zhì)在換熱器中流動(dòng)方向的數(shù)量， 流動(dòng)方向每改變一次就增加一個(gè)流程。流動(dòng)方向每改變一次就增加一個(gè)流程。 通道：每個(gè)流程中某一介質(zhì)按同方向流動(dòng)的通通道：每個(gè)流程中某一介質(zhì)按同方向流動(dòng)的通 道數(shù)量。道數(shù)量。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 流體的流動(dòng)可以是串聯(lián)、并聯(lián)（這時(shí)形流體的流動(dòng)可以是串聯(lián)、并聯(lián)（這時(shí)形 成純逆流）和混聯(lián)（一種流體為成純逆流）和混聯(lián)（一種流體為并聯(lián)，而并聯(lián)，而 另一種流體為串聯(lián)）。

26、另一種流體為串聯(lián)）。 流程可以是單流程或多流程，兩流體的流程可以是單流程或多流程，兩流體的 流程數(shù)可以相等或不相等。流程數(shù)可以相等或不相等。 兩流體的流程中通道數(shù)一定要相等。兩流體的流程中通道數(shù)一定要相等。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 流程組合 板式換熱器內(nèi)流程與通道的配置方式常以下列數(shù)學(xué)形式表 示： 式中：M1，M2，Mi ：從固定壓緊板開始，甲流體側(cè)流道數(shù)相同 的流程數(shù)； N1，N2，Ni ：對應(yīng)于M1，M2，Mi中的流道數(shù)； m1，m2，mi ：從固定壓緊板開始，乙流體側(cè)流道數(shù)相同 的流程數(shù)； n1，n2，ni ：對應(yīng)于m1，m2，mi中的

27、流道數(shù)。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 板板 式式 換換 熱熱 器器 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。 流體湍動(dòng)程度大，強(qiáng)化流體湍動(dòng)程度大，強(qiáng)化 傳熱效果好。傳熱效果好。 便于清洗和維修。便于清洗和維修。 板式換熱器板式換熱器 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 密封周邊長，易泄漏。密封周邊長，易泄漏。 承壓能力低（承壓能力低（P2MPa）。）。 流動(dòng)阻力大，處理量小。流動(dòng)阻力大，處理量小。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 5

28、 5、螺旋板式換熱器、螺旋板式換熱器：換熱表面由兩塊金屬板卷制而成，：換熱表面由兩塊金屬板卷制而成， 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積 傳熱面積大。傳熱面積大。 兩種流體都能以高速流兩種流體都能以高速流 動(dòng)，傳熱效率高。動(dòng)，傳熱效率高。 螺旋流動(dòng)，有自沖刷作用，螺旋流動(dòng)，有自沖刷作用， 適于處理粘性和易結(jié)垢流體。適于處理粘性和易結(jié)垢流體。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 承壓能力差（承壓能力差（P1MPa，t500C） 損壞后檢修困難。損壞后檢修困難。 螺旋板式換熱器 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 10.3.1 10.

29、3.1 簡單順流及逆流換熱器的對數(shù)平均溫差簡單順流及逆流換熱器的對數(shù)平均溫差 傳熱方程的一般形式：傳熱方程的一般形式： m tkA 流動(dòng)形式不同，冷熱流體溫差沿?fù)Q熱面的變化規(guī)律也不同流動(dòng)形式不同，冷熱流體溫差沿?fù)Q熱面的變化規(guī)律也不同. . 換熱器中冷流體溫度沿?fù)Q熱面是不斷變化的，因此，冷卻換熱器中冷流體溫度沿?fù)Q熱面是不斷變化的，因此，冷卻 流體的局部換熱溫差也是沿程變化的。流體的局部換熱溫差也是沿程變化的。 10.3 10.3 換熱器中傳熱過程對數(shù)平均溫差的計(jì)算換熱器中傳熱過程對數(shù)平均溫差的計(jì)算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 以順流情況為例，作如下假設(shè)以順流情況為例，作如下假設(shè)： （1

30、 1）冷熱流體的質(zhì)量流量）冷熱流體的質(zhì)量流量q qm2 m2、 、q qm1 m1以 以 及比熱容及比熱容C C2 2,C,C1 1是常數(shù)；是常數(shù)； （2 2）傳熱系數(shù)是常數(shù)；）傳熱系數(shù)是常數(shù)； （3 3）換熱器無散熱損失；）換熱器無散熱損失； （4 4）換熱面沿流動(dòng)方向的導(dǎo)熱量可）換熱面沿流動(dòng)方向的導(dǎo)熱量可 以忽略不計(jì)。以忽略不計(jì)。 要想計(jì)算沿整個(gè)換熱面的平均溫差，要想計(jì)算沿整個(gè)換熱面的平均溫差， 首先需要知道當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面積的首先需要知道當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面積的 變化變化, ,然后再沿整個(gè)換熱面積進(jìn)行平均。然后再沿整個(gè)換熱面積進(jìn)行平均。 dt1 dt2 t1 t2 1 t 2 t 1 t 2

31、 t 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 在假設(shè)的基礎(chǔ)上，并已知冷熱流體的在假設(shè)的基礎(chǔ)上，并已知冷熱流體的 進(jìn)出口溫度，進(jìn)出口溫度，現(xiàn)在來看圖中微元換熱現(xiàn)在來看圖中微元換熱 面面dAdA一段的傳熱。溫差為：一段的傳熱。溫差為： ddtAk 1212 dddtttttt 在固體微元面在固體微元面dAdA內(nèi)，兩種流體的換熱內(nèi)，兩種流體的換熱 量為量為: : dt1 dt2 t1 t2 1 t 2 t 1 t 2 t 1 111 1 1 1 dddd m m q c tt q c 對于熱流體對于熱流體: : 2222 22 1 dddd m m q ctt q c 對于冷流體對于冷流體: : 第1

32、0章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 12 1 122 11 ddddd mm ttt q cq c ddtAk tdAddktdA t d k t xx At t k t 0 dA t d x x kA t t ln 可見，當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個(gè)換熱面的平可見，當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個(gè)換熱面的平 均溫差為：均溫差為： )exp(t xx kAt x 0 xx 0 )dAexp(t 1 dAt 1 x AA m kA AA t 1 122 11 mm q cq c 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 x x kA t t ln AAx 1-)exp( t )dAexp(

33、t 1 x 0 kA kA kA A t x A m kA t t ln )exp( t kA t t t t tt t tm t ln t t ln t 1- t t ln t 對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 不論順流逆流，不論順流逆流，對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差可統(tǒng)一用下式表示：可統(tǒng)一用下式表示： min max minmax ln t t tt t m 平均溫差的另一種更為簡單的形式是平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均算術(shù)平均 溫差溫差，即，即 2 minmax , tt tm 算術(shù) 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 3 3 算術(shù)平均與對數(shù)平均算術(shù)

34、平均與對數(shù)平均 平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均溫差，即平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均溫差，即 2 minmax , tt tm 算術(shù) min max minmax , t ln t t t tm 對數(shù) 算術(shù)平均溫差相當(dāng)于溫度呈直線變化的情況，因此，總是大于相算術(shù)平均溫差相當(dāng)于溫度呈直線變化的情況，因此，總是大于相 同進(jìn)出口溫度下的對數(shù)平均溫差，當(dāng)同進(jìn)出口溫度下的對數(shù)平均溫差，當(dāng) 時(shí)，兩者的差時(shí)，兩者的差 別小于別小于4 4；當(dāng)；當(dāng) 時(shí)，兩者的差別小于時(shí)，兩者的差別小于2.32.3。 2 minmax tt 7 . 1 minmax tt 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算

35、 實(shí)際換熱器一般都是處于順流和逆流之間，或者有時(shí)是實(shí)際換熱器一般都是處于順流和逆流之間，或者有時(shí)是 逆流，有時(shí)又是順流。對于這種復(fù)雜情況，我們當(dāng)然也可以逆流，有時(shí)又是順流。對于這種復(fù)雜情況，我們當(dāng)然也可以 采用前面的方法進(jìn)行分析，但數(shù)學(xué)推導(dǎo)將非常復(fù)雜，實(shí)際上，采用前面的方法進(jìn)行分析，但數(shù)學(xué)推導(dǎo)將非常復(fù)雜，實(shí)際上， 逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對純逆流的對數(shù)平均逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對純逆流的對數(shù)平均 溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下的平均溫差。溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下的平均溫差。 ctfmm tt)( _小于小于1 1的修正系數(shù)。的修正系數(shù)。 按逆流布置的對數(shù)平均溫差；按逆流

36、布置的對數(shù)平均溫差； ctf m t 圖圖10-2310-2310-2410-24給出了管殼式換熱器和交叉流式換熱器的給出了管殼式換熱器和交叉流式換熱器的 。 10.3.2 10.3.2 復(fù)雜布置時(shí)換熱器平均溫差的計(jì)算復(fù)雜布置時(shí)換熱器平均溫差的計(jì)算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 2211 1222 tttt PR ttt 、 mmctf tt（） 對于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式中的平均溫度的對于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式中的平均溫度的 計(jì)算關(guān)系式較為復(fù)雜，工程上常常采用修正圖表來完成計(jì)算關(guān)系式較為復(fù)雜，工程上常常采用修正圖表來完成 其對數(shù)平均溫差的計(jì)算。具體的做法是：其對數(shù)平均

37、溫差的計(jì)算。具體的做法是： （a a）由換熱器冷熱流體的進(jìn)出口溫度，按照逆流方式）由換熱器冷熱流體的進(jìn)出口溫度，按照逆流方式 計(jì)算出相應(yīng)的對數(shù)平均溫差；計(jì)算出相應(yīng)的對數(shù)平均溫差； （b b）從修正圖表由兩個(gè)無量綱數(shù)查出修正系數(shù)）從修正圖表由兩個(gè)無量綱數(shù)查出修正系數(shù) (c) (c) 最后得出叉流方式的對數(shù)平均溫差最后得出叉流方式的對數(shù)平均溫差 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 圖圖10-23 110-23 12 2、1 14 4等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù) 圖圖10-24 210-24 24 4、2 28 8等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)等多流程管殼式換熱器的

38、修正系數(shù) 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 圖圖10-25 10-25 交叉流，兩種流體各自都不混合時(shí)的修正系數(shù)交叉流，兩種流體各自都不混合時(shí)的修正系數(shù) 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 圖圖10-26 10-26 一次交叉流，一種流體混合、一種流體不混合時(shí)的修正系數(shù)一次交叉流，一種流體混合、一種流體不混合時(shí)的修正系數(shù) 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 關(guān)于關(guān)于 的注意事項(xiàng)的注意事項(xiàng) （1 1） 值取決于無量綱參數(shù)值取決于無量綱參數(shù) P P和和 R R 式中：下標(biāo)式中：下標(biāo)1 1、2 2分別表示兩種流體，上角標(biāo)分別表示兩種流體，上角標(biāo) 表示表示 進(jìn)口，進(jìn)口， 表示出口，圖表中均以表

39、示出口，圖表中均以P P為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，R R為參量。為參量。 （3 3）R R的物理意義：兩種流體的熱容量之比的物理意義：兩種流體的熱容量之比 2211 221 1 m m qctt R ttq c （2 2）P P的物理意義：流體的物理意義：流體2 2的實(shí)際溫升與理論上所能達(dá)到的實(shí)際溫升與理論上所能達(dá)到 的最大溫升之比，所以只能小于的最大溫升之比，所以只能小于1 1 （4 4） 對于管殼式換熱器，查圖時(shí)需要注意流動(dòng)的對于管殼式換熱器，查圖時(shí)需要注意流動(dòng)的“程程”數(shù)數(shù) 2211 1222 tttt PR ttt 、 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 10.3.3 10.3.3 各種流

40、動(dòng)形式的比較各種流動(dòng)形式的比較 順流和逆流是兩種極端情況，在相同的進(jìn)出口溫度下，順流和逆流是兩種極端情況，在相同的進(jìn)出口溫度下， 逆流的逆流的 最大，順流則最?。蛔畲?，順流則最??； 順流時(shí)順流時(shí) ，而逆流時(shí)，而逆流時(shí)， 則可能大于則可能大于 ，可見，可見， 逆流布置時(shí)的換熱最強(qiáng)。逆流布置時(shí)的換熱最強(qiáng)。 m t 12 tt2 t 1 t 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 (3) (3) 一臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)要考慮很多因素，而不僅僅是換熱一臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)要考慮很多因素，而不僅僅是換熱 的強(qiáng)弱。比如，逆流時(shí)冷熱流體的最高溫度均出現(xiàn)在換熱的強(qiáng)弱。比如，逆流時(shí)冷熱流體的最高溫度均出現(xiàn)在換熱 器的同一側(cè)，

41、使得該處的壁溫特別高，可能對換熱器產(chǎn)生器的同一側(cè)，使得該處的壁溫特別高，可能對換熱器產(chǎn)生 破壞，因此，對于高溫?fù)Q熱器，又是需要故意設(shè)計(jì)成順流。破壞，因此，對于高溫?fù)Q熱器，又是需要故意設(shè)計(jì)成順流。 x T In Out Cond T x T In Out Evap T 冷凝冷凝蒸發(fā)蒸發(fā) (4) (4) 對于有相變的換熱器，如蒸發(fā)器和冷凝器，發(fā)生相變的對于有相變的換熱器，如蒸發(fā)器和冷凝器，發(fā)生相變的 流體溫度不變，所以不存在順流還是逆流的問題。流體溫度不變，所以不存在順流還是逆流的問題。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 (1)(1)設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)一個(gè)新的換熱器，以確定所需的換熱面積設(shè)計(jì)計(jì)算：

42、設(shè)計(jì)一個(gè)新的換熱器，以確定所需的換熱面積 校核計(jì)算：校核計(jì)算：對已有或已選定了換熱面積的換熱器，在非設(shè)對已有或已選定了換熱面積的換熱器，在非設(shè) 計(jì)工況條件下，核算它能否勝任規(guī)定的新任務(wù)。計(jì)工況條件下，核算它能否勝任規(guī)定的新任務(wù)。 換熱器熱計(jì)算的基本方程式是傳熱方程式及熱平衡式換熱器熱計(jì)算的基本方程式是傳熱方程式及熱平衡式 m tkA 10-3 10-3 換熱器的熱計(jì)算換熱器的熱計(jì)算 10.3.1 兩種類型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法兩種類型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法 1.兩種類型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法兩種類型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法 1 1112222mm q c ttq ctt 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì)

43、 算 1 1221122 , , , mm k A q c qctttt以及 ， ， ， 中的三個(gè) 對于設(shè)計(jì)計(jì)算而言，給定的是對于設(shè)計(jì)計(jì)算而言，給定的是 ，以及進(jìn)出口，以及進(jìn)出口 溫度中的三個(gè)，最終求溫度中的三個(gè)，最終求 1 11 1 , mm q c q c 1111 , mm A qcqc m tkA 1 1112222mm q c ttq ctt 獨(dú)立變量：獨(dú)立變量： 需要給定其中的需要給定其中的5 5個(gè)變量，才可以計(jì)算另外三個(gè)變量。個(gè)變量，才可以計(jì)算另外三個(gè)變量。 2 2、兩種設(shè)計(jì)方法、兩種設(shè)計(jì)方法 平均溫差法、效能平均溫差法、效能- -傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)( ( -NTU-NTU)

44、)法法 12 tt， 對于校核計(jì)算而言，給定的一般是對于校核計(jì)算而言，給定的一般是 ，A A，以及，以及2 2個(gè)個(gè) 進(jìn)口溫度，待求的是進(jìn)口溫度，待求的是 1 122 , mm q c q c 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 初步布置換熱面，并計(jì)算出相應(yīng)的總傳熱系數(shù)初步布置換熱面，并計(jì)算出相應(yīng)的總傳熱系數(shù)k k 根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的那個(gè)根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的那個(gè) 待定的溫度待定的溫度 由冷熱流體的由冷熱流體的4 4個(gè)進(jìn)出口溫度確定平均溫差個(gè)進(jìn)出口溫度確定平均溫差 由傳熱方程式計(jì)算所需的換熱面積由傳熱方程式計(jì)算所需的換熱面積A A，并核算換熱面流

45、體，并核算換熱面流體 的流動(dòng)阻力的流動(dòng)阻力 如果流動(dòng)阻力過大，則需要改變方案重新設(shè)計(jì)。如果流動(dòng)阻力過大，則需要改變方案重新設(shè)計(jì)。 m t 1 1、設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)計(jì)算 10.3.2 10.3.2 平均溫差法：平均溫差法： 直接應(yīng)用傳熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計(jì)算。直接應(yīng)用傳熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計(jì)算。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 （1 1）先假設(shè)一個(gè)流體的出口溫度，按熱平衡式計(jì)算另一個(gè)出口）先假設(shè)一個(gè)流體的出口溫度，按熱平衡式計(jì)算另一個(gè)出口 溫度；溫度； （2 2）根據(jù)）根據(jù)4 4個(gè)進(jìn)出口溫度求得平均溫差個(gè)進(jìn)出口溫度求得平均溫差 ； （3 3）根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的總傳

46、熱系數(shù)）根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的總傳熱系數(shù)k k； （4 4）已知）已知kAkA和和 ，按傳熱方程計(jì)算在假設(shè)出口溫度下的傳熱量；，按傳熱方程計(jì)算在假設(shè)出口溫度下的傳熱量； （5 5）根據(jù)）根據(jù)4 4個(gè)進(jìn)出口溫度，用熱平衡式計(jì)算另一個(gè)個(gè)進(jìn)出口溫度，用熱平衡式計(jì)算另一個(gè) ，這個(gè)值，這個(gè)值 和上面的和上面的 ，都是在假設(shè)出口溫度下得到的，因此，都不是，都是在假設(shè)出口溫度下得到的，因此，都不是 真實(shí)的換熱量；真實(shí)的換熱量； （6 6）比較兩個(gè)）比較兩個(gè) 值，滿足精度要求則結(jié)束，否則，重新假定出值，滿足精度要求則結(jié)束，否則，重新假定出 口溫度，重復(fù)口溫度，重復(fù)(1)-(6)(1)-(6)，

47、直至滿足精度要求。，直至滿足精度要求。 m t 2 2、校核計(jì)算、校核計(jì)算 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 1 1、換熱器效能的定義、換熱器效能的定義 換熱器的效能按下式定義：換熱器的效能按下式定義： max 12 tt tt minmax ()() m q ctt 換熱器交換的熱流量：換熱器交換的熱流量： min12 () m q ctt 10.3.3 10.3.3 換熱器熱設(shè)計(jì)效能換熱器熱設(shè)計(jì)效能- -傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法 2 2、順流和逆流時(shí)換熱器效能的計(jì)算、順流和逆流時(shí)換熱器效能的計(jì)算 1112 ()tttt 根據(jù)熱平衡式得：根據(jù)熱平衡式得： 1 1112 222 ()()

48、mm q c ttq c tt 1 1 2211 2 2 () m m q c tttt q c 1 122mm q cqc并假設(shè)并假設(shè) 則有則有 冷流體或熱流體在換熱器中的 實(shí)際溫度差值的大者 流體在換熱器中可能發(fā)生的最 大溫差值 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 式，式， 相加：相加： 1 112 122 2 1(1) m m q ctt ttq c 整理：整理：由上一節(jié)知道由上一節(jié)知道 12 12 kA tt e tt 1 1 121212 2 2 ()()(1)() m m q c tttttt q c 1112 ()tttt 1 1 2211 2 2 () m m q c ttt

49、t q c 1 1 11221212 2 2 ()()()() m m q c tttttttt q c 1 1 2 2 1(1) kA m m q c e q c 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 1 1 22 1 exp() 1 m m kA q c q c 1 1 1 122 1 1 22 1 exp1 1 m mm m m q ckA q cq c q c q c 1 122 11 mm q cq c 1 1 2 2 1(1) kA m m q c e q c 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 1 122mm q cqc當(dāng)當(dāng) 時(shí)，類似推導(dǎo)可得時(shí)，類似推導(dǎo)可得 22 221 1

50、22 1 1 1 exp1 1 m mm m m q ckA q cq c q c q c 合并寫成合并寫成 min minmax min max 1 exp1 1 m mm m m q c kA q cq c q c q c 1 1 1 122 1 1 22 1 exp1 1 m mm m m q ckA q cq c q c q c 1 122mm q cqc 1 122mm q cqc 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 令令 min m kA NTU q c min max min max 1 exp1 1 m m m m q c NTU q c q c q c （） 類似的推導(dǎo)可得

51、類似的推導(dǎo)可得逆流逆流換熱器的效能為換熱器的效能為 min max minmin maxmax 1 exp1 1exp1 m m mm mm q c NTU q c q cq c NTU q cq c （） （） 稱為稱為傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù) 順流順流 逆流逆流 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 當(dāng)冷熱流體之一發(fā)生相變時(shí)，即當(dāng)冷熱流體之一發(fā)生相變時(shí)，即 趨于無窮大時(shí)，于是趨于無窮大時(shí)，于是 上面效能公式可簡化為上面效能公式可簡化為 NTUexp1 當(dāng)兩種流體的熱容相等時(shí)，當(dāng)兩種流體的熱容相等時(shí)， 公式可以簡化為公式可以簡化為 1exp2NTU 2 順流順流 NTU1 NTU 逆流逆流 ma

52、x m q c 3 3、用傳熱單元數(shù)表示的效能計(jì)算公式與圖線、用傳熱單元數(shù)表示的效能計(jì)算公式與圖線 NTUNTU：傳熱單元數(shù)，換熱器熱設(shè)計(jì)中的一個(gè)無量綱參數(shù)，在：傳熱單元數(shù)，換熱器熱設(shè)計(jì)中的一個(gè)無量綱參數(shù)，在 一點(diǎn)意義上可看成是換熱器一點(diǎn)意義上可看成是換熱器kAkA大小的一種度量。大小的一種度量。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 對于比較復(fù)雜的流動(dòng)形式，可以參照教材對于比較復(fù)雜的流動(dòng)形式，可以參照教材P488-489P488-489的線算圖的線算圖 來計(jì)算效能來計(jì)算效能 。 順流順流逆流逆流 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 圖圖10-3210-32單殼程換熱器單殼程換熱器 NTU

53、圖圖10-33 10-33 雙殼程換熱器雙殼程換熱器 NTU 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 根據(jù)根據(jù) 及及 的定義及換熱器兩類熱計(jì)算的任的定義及換熱器兩類熱計(jì)算的任 務(wù)可知，設(shè)計(jì)計(jì)算是已知?jiǎng)?wù)可知，設(shè)計(jì)計(jì)算是已知 求求 ，而校核計(jì)，而校核計(jì) 算則是由算則是由 求取求取 值。它們計(jì)算步驟都與平值。它們計(jì)算步驟都與平 均溫差中對應(yīng)計(jì)算大致相似，故不再細(xì)述。均溫差中對應(yīng)計(jì)算大致相似，故不再細(xì)述。 NTU NTU NTU 4、用效能、用效能傳熱單元數(shù)法（法）計(jì)算換熱器的步驟傳熱單元數(shù)法（法）計(jì)算換熱器的步驟 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 5 5 換熱器的結(jié)垢及污垢熱阻換熱器的結(jié)垢及污垢熱

54、阻 污垢增加了熱阻，使傳熱系數(shù)減小，這種熱污垢增加了熱阻，使傳熱系數(shù)減小，這種熱 阻成為污垢熱阻，用阻成為污垢熱阻，用R Rf f表示，表示， 式中：式中：k k為有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)，為有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)，k k0 0為潔為潔 凈換熱面的傳熱系數(shù)。凈換熱面的傳熱系數(shù)。 0 11 kk R f 4 4 換熱器設(shè)計(jì)時(shí)的綜合考慮換熱器設(shè)計(jì)時(shí)的綜合考慮 換熱器設(shè)計(jì)是綜合性的課題，必須考慮出投資，換熱器設(shè)計(jì)是綜合性的課題，必須考慮出投資， 運(yùn)行費(fèi)用，安全可靠等諸多因素。運(yùn)行費(fèi)用，安全可靠等諸多因素。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 對于兩側(cè)均已結(jié)垢的管殼式換熱器，以管子外表對于兩側(cè)

55、均已結(jié)垢的管殼式換熱器，以管子外表 面為計(jì)算依據(jù)的傳熱系數(shù)可以表示成：面為計(jì)算依據(jù)的傳熱系數(shù)可以表示成： 如果管子外壁沒有肋化，則肋面總效率如果管子外壁沒有肋化，則肋面總效率 o o = 1 = 1。 管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表10-110-1種查種查 得得。 o of o w i o if i R h R A A R h k 111 1 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 【例例】流量流量V Vl l=39m=39m3 3/h/h的的3030號透平油，在冷油器中從號透平油，在冷油器中從 t t1 1 56.9 56.9 冷卻到冷卻到t t1 1 4

56、545。冷油器采用。冷油器采用1 12 2型殼管式結(jié)構(gòu)，管型殼管式結(jié)構(gòu)，管 子為銅管，外徑為子為銅管，外徑為15mm15mm，壁厚，壁厚1mm1mm。47.7t/h47.7t/h的河水作為冷卻水的河水作為冷卻水 在管側(cè)流過，進(jìn)口溫度為在管側(cè)流過，進(jìn)口溫度為t t2 23333。 油安排在殼側(cè)。油側(cè)的油安排在殼側(cè)。油側(cè)的 換熱系數(shù)換熱系數(shù)h ho o450W/(m450W/(m2 2K)K)，水側(cè)的換熱系數(shù)，水側(cè)的換熱系數(shù) i i5850W/(m5850W/(m2 2.K).K)。 已知已知3030號透平油在運(yùn)行溫度下的物性為號透平油在運(yùn)行溫度下的物性為 l l879kg/m879kg/m3 3

57、,c,c1 1 1.95kJ/(kg1.95kJ/(kgK)K)。求所需換熱面積。求所需換熱面積。 【解解】 油側(cè)的熱流量：油側(cè)的熱流量： q qm ml lc cl l(t(t1 1 - t - t1 1 ) ) l lV Vl lc cl l(t(t1 1 - t - t1 1 ) ) 87987939391.951.95(56.9-45)/3600(56.9-45)/3600 798000kJ/h798000kJ/h221000W221000W 冷卻水的溫升冷卻水的溫升 t t2 2 - t- t2 2 = = /( /(q qm m2 2c c2 2)=798000/(47700 )=

58、798000/(47700 4.19)=4 4.19)=4 于是，冷卻水的出口溫度為于是，冷卻水的出口溫度為 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 t233十437 計(jì)算參量計(jì)算參量 P P 和和 R R ： 17. 0 339 .56 3337 21 22 tt tt P 3 3337 459 .56 22 21 tt tt R 查圖查圖10102323得得 0.97, 0.97, 平均溫壓為平均溫壓為 1 .15 3345 379 .56 ln )3345()379 .56( 97. 0 m t 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 按表按表10101 1取管內(nèi)、外側(cè)污垢系數(shù)為取管內(nèi)、外側(cè)

59、污垢系數(shù)為0.0005m0.0005m2 2K/WK/W和和0.0002m0.0002m2 2K/WK/W， 于是總的污垢系數(shù)為于是總的污垢系數(shù)為 2 1 313W/(m K) 11 () o oi oii k A RR hhA 2 46.8m m A k t 注：注： 污垢系數(shù)有內(nèi)外之分污垢系數(shù)有內(nèi)外之分 管壁導(dǎo)熱熱阻可以忽賂不計(jì)管壁導(dǎo)熱熱阻可以忽賂不計(jì) 實(shí)際設(shè)計(jì)面積可留實(shí)際設(shè)計(jì)面積可留1010的裕度，取為的裕度，取為46.846.81.10=51.5m1.10=51.5m2 2。 第10章-傳熱過程分析和換熱器計(jì) 算 【例例】上例如冷油器的進(jìn)口油溫升高到上例如冷油器的進(jìn)口油溫升高到58.7

60、58.7，水的流量、進(jìn)，水的流量、進(jìn) 口溫度以及油的流量均不變，求出口油溫和出口水溫。口溫度以及油的流量均不變，求出口油溫和出口水溫。 【解解】：油和水的溫度如升高很多，則需考慮物性變化對：油和水的溫度如升高很多，則需考慮物性變化對k k的的 影響?，F(xiàn)在升高甚少，可認(rèn)為傳熱系數(shù)仍為影響?，F(xiàn)在升高甚少，可認(rèn)為傳熱系數(shù)仍為311W/(m311W/(m2 2.K).K)。此。此 題應(yīng)采用題應(yīng)采用 NTU NTU 法計(jì)算。計(jì)算如下：法計(jì)算。計(jì)算如下： W/K1856036001095. 139879 3 11 cqm W/K5552036001019. 447700 3 22 cqm 334. 0 5