第十章傳熱分析與熱交換器計(jì)算詳解

第十章傳熱分析與熱交換器計(jì)算詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二優(yōu)選第十章傳熱分析與熱交換器計(jì)算現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過平壁的傳熱W/（m2·K）說明：

h1和h2的計(jì)算采用對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算公式；

計(jì)及輻射時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)采用復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

ht大容器膜態(tài)沸騰：(9-33)(7-22)輻射表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：(7-23)(9-34)現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過圓管的傳熱hiho熱阻分析法適用范圍：一維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源以圓管內(nèi)側(cè)面積為基準(zhǔn)以圓管外側(cè)面積為基準(zhǔn)(常用)(2-31)熱流密度q＝const？現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過平肋壁的傳熱穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源情況下：熱流量＝const肋側(cè)總面積Ao＝A1+A2其中A1為肋間平壁面積123123肋面總效率：肋效率現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過平肋壁的傳熱穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源情況下：熱流量＝const肋側(cè)總面積Ao＝A1+A2123123++工程應(yīng)用以光側(cè)面積Ai為基準(zhǔn)：肋化系數(shù)：未加肋片的平壁：傳熱面積增加，肋側(cè)熱阻減小肋片強(qiáng)化傳熱的機(jī)理現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過圓管肋壁的傳熱圓管壁肋面總效率：圓管肋壁圓管加肋后不但會(huì)增加外表面面積，而且會(huì)增加導(dǎo)熱熱阻，對(duì)于傳熱的強(qiáng)化和削弱來說，這是兩種相反的趨勢(shì)。但是由于肋片導(dǎo)熱系數(shù)較大，且肋片增加的面積十分大，所以總熱阻仍然顯著降低?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過圓管外加保溫層的傳熱圓管外加保溫層與圓管外加肋壁形式上一致，均減小了對(duì)流換熱熱阻，而增加了導(dǎo)熱熱阻。圓管外加保溫層前圓管外加保溫層后忽略圓管本身導(dǎo)熱熱阻，則：現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二10-1傳熱過程的分析與計(jì)算—

通過圓管外加保溫層的傳熱圓管外加保溫層后強(qiáng)化or削弱換熱取決于減小的對(duì)流換熱熱阻與增加的導(dǎo)熱熱阻的平衡。令：判斷依據(jù)：臨界熱絕緣直徑dcr

圓管外加保溫層后如果外徑do大于dcr，則散熱量隨do的增加而減?。ㄒ话銊?dòng)力管道）；如果小于dcr，則散熱量隨do的增加而增加（電線-例題10-2）。平壁加保溫層總是使熱阻增加，散熱量減小。球壁加保溫層也存在臨界熱絕緣直徑?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-2換熱器的類型換熱器（熱交換器）：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定工藝中對(duì)溫度要求的裝置。換熱器的分類（按工作原理）間壁式混合式蓄熱式套管式管殼式交叉流式板式螺旋板式管束式管翅式板翅式現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer混合式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)直接接觸，相互混合實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：直接接觸混合；傳熱傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行；要求冷熱流體互不相溶、易分離。應(yīng)用：電站冷卻塔、噴淋室、化工洗滌塔等?；旌鲜綋Q熱器-冷卻塔蓄熱式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)交替流過換熱表面而實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體交替流過；傳熱過程非穩(wěn)態(tài)；一般氣體介質(zhì)。應(yīng)用：空氣分離器、高爐、平爐等用來預(yù)熱、預(yù)冷空氣。10-2換熱器的類型現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)由壁面隔開，通過間壁實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體互不接觸；按照流動(dòng)方向分為順流、逆流和交叉流。分類：套管式、管殼式、交叉流式、板式、螺旋板式等套管式換熱器：最簡(jiǎn)單的一種間壁式換熱器，流體有順流和逆流兩種，適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。順流逆流10-2換熱器的類型現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)由壁面隔開，通過間壁實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體互不接觸；按照流動(dòng)方向分為順流、逆流和交叉流。分類：套管式、管殼式、交叉流式、板式、螺旋板式等管殼式換熱器：最主要的一種間壁式換熱器。傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程和殼程。1-2型管殼換熱器（殼程數(shù)-管程數(shù)）殼程數(shù):殼側(cè)流體流經(jīng)殼體的個(gè)數(shù)；管程數(shù):管內(nèi)流體流動(dòng)方向的改變次數(shù)+1。（圖10-9）10-2換熱器的類型為何加擋板？現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)由壁面隔開，通過間壁實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體互不接觸；按照流動(dòng)方向分為順流、逆流和交叉流。分類：套管式、管殼式、交叉流式、板式、螺旋板式等新型管殼式換熱器：螺旋折流板換熱器、折流桿換熱器。10-2換熱器的類型常規(guī)的垂直折流板換熱器阻力大、容易結(jié)垢?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)由壁面隔開，通過間壁實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體互不接觸；按照流動(dòng)方向分為順流、逆流和交叉流。分類：套管式、管殼式、交叉流式、板式、螺旋板式等交叉流換熱器：間壁式換熱器的又一種主要形式。其主要特點(diǎn)是冷熱流體呈交叉狀流動(dòng)。交叉流換熱器又分管束式、管翅式、管帶式、板翅式等。10-2換熱器的類型現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)由壁面隔開，通過間壁實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體互不接觸；按照流動(dòng)方向分為順流、逆流和交叉流。分類：套管式、管殼式、交叉流式、板式、螺旋板式等板式換熱器：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。10-2換熱器的類型現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器：冷、熱流體介質(zhì)由壁面隔開，通過間壁實(shí)現(xiàn)換熱。特點(diǎn)：冷熱流體互不接觸；按照流動(dòng)方向分為順流、逆流和交叉流。分類：套管式、管殼式、交叉流式、板式、螺旋板式等螺旋板式換熱器：換熱表面由兩塊金屬板卷制而成。優(yōu)點(diǎn)：換熱效果好，缺點(diǎn)：密封比較困難。10-2換熱器的類型現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-3換熱器中傳熱過程的平均溫差平均溫差Δtm：回顧P.245恒壁溫下管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱換熱量的計(jì)算WHY?換熱器中，冷熱流體溫度沿?fù)Q熱面是不斷變化的，其局部的換熱溫差也是沿程變化，而利用牛頓冷卻公式計(jì)算換熱量時(shí)用總面積的平均溫差Δtm，其與換熱器的型式和冷熱流體的流動(dòng)方向均有關(guān)。HotColdΔt現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-3換熱器中傳熱過程的平均溫差平均溫差的推導(dǎo)（基本假設(shè)）：冷熱流體的質(zhì)量流量、比熱容以及傳熱系數(shù)都是常數(shù)；換熱器無散熱損失（熱流體放熱＝冷流體吸熱）；忽略換熱面流動(dòng)方向?qū)幔划?dāng)?shù)販夭铍S局部換熱面積的變化沿整個(gè)換熱面積進(jìn)行積分平均平均溫差的推導(dǎo)（基本思路）：現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer平均溫差的推導(dǎo)：套管式換熱器順流HotCold逆流HotCold10-3換熱器中傳熱過程的平均溫差現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer對(duì)數(shù)平均溫差進(jìn)、出口流體溫差中之大者進(jìn)、出口流體溫差中之小者算術(shù)平均溫差進(jìn)、出口流體溫差中之大者進(jìn)、出口流體溫差中之小者算術(shù)平均溫差相當(dāng)于冷熱流體沿程溫度線性變化順流HotCold對(duì)數(shù)平均溫差：冷熱流體溫度曲線間面積。10-3換熱器中傳熱過程的平均溫差現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer間壁式換熱器換熱量計(jì)算中平均溫差的計(jì)算：套管式、板式、螺旋板式換熱器：直接用對(duì)數(shù)平均溫差。（注意順流、逆流）順流：逆流：管殼式、交叉流式換熱器：逆流布置時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差小于1的修正系數(shù)ctf:counter-flow

表示了某種流動(dòng)型式接近逆流的程度，一般設(shè)計(jì)要求>0.9圖10-23~10-26分別給出了管殼式換熱器和交叉流式換熱器的。相同進(jìn)出口溫度下：順流的平均溫差最小，逆流的平均溫差最大；盡量采用逆流布置10-3換熱器中傳熱過程的平均溫差現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算換熱器的熱計(jì)算類型設(shè)計(jì)計(jì)算(計(jì)算換熱面積)校核計(jì)算(計(jì)算流量、進(jìn)出口溫度)換熱器的熱計(jì)算方法平均溫差法(LMTD)效能-傳熱單元數(shù)法(ε-NTU)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer傳熱方程式熱平衡方程式對(duì)數(shù)平均溫差123已知：6個(gè)變量中的5個(gè)求：kA計(jì)算步驟：1.選擇換熱器型式，初步布置換熱面，并計(jì)算總傳熱系數(shù)k；2.根據(jù)給的條件，由方程2求出6個(gè)變量中未知的1個(gè)，以及傳熱量；3.利用方程3計(jì)算所選型式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差（>0.8）；4.利用方程1計(jì)算傳熱面積A；5.校核流動(dòng)阻力。LMTD－設(shè)計(jì)計(jì)算10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算—

平均溫差法LMTD現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer傳熱方程式熱平衡方程式對(duì)數(shù)平均溫差123已知：，兩者之一，兩者之一求：另外兩個(gè)溫度計(jì)算步驟：1.假設(shè)其中一個(gè)未知溫度，由方程2計(jì)算另外一個(gè)未知溫度及傳熱量；2.利用方程3計(jì)算所選型式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差；3.利用方程1計(jì)算傳熱量；4.步驟1得到的傳熱量≠計(jì)算步驟4的傳熱量，重新假定溫度迭代；5.步驟1，4傳熱量偏差<2～5％，OK！LMTD－校核計(jì)算10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算—

平均溫差法LMTD現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer傳熱方程式熱平衡方程式對(duì)數(shù)平均溫差123已知：kA，兩者之一，四者之三求：另外一個(gè)溫度和一個(gè)qmc計(jì)算步驟（課后思考）LMTD－校核計(jì)算利用LMTD法進(jìn)行換熱器的校核計(jì)算一般需要迭代ε-NTU法10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算—

平均溫差法LMTD現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算–

效能-傳熱單元數(shù)法ε-NTU換熱器的效能ε：換熱器的實(shí)際換熱效果與最大可能的換熱效果之比。ε<1實(shí)際換熱量：理想換熱器最大可能的換熱量：熱容量小的流體出口溫度＝另一種流體的入口溫度12分母：冷熱流體的進(jìn)口溫差；分子：冷熱流體進(jìn)出口溫差中的大者現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer換熱器的效能ε：換熱器的實(shí)際換熱效果與最大可能的換熱效果之比。ε<1基于ε-NTU法的實(shí)際換熱量：只需冷熱流體的進(jìn)口溫差如何計(jì)算？順流逆流傳熱單元數(shù)兩種特殊情況：有相變；冷熱流體qmc相等。10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算–

效能-傳熱單元數(shù)法ε-NTU現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer基于ε-NTU法的設(shè)計(jì)計(jì)算已知：4個(gè)溫度中的3個(gè)求：kA計(jì)算步驟：1.選擇換熱器型式，初步布置換熱面，并計(jì)算總傳熱系數(shù)k；2.由熱平衡方程計(jì)算未知的溫度，計(jì)算ε；3.查圖得到NTU；4.根據(jù)NTU定義計(jì)算換熱面積A；5.校核流動(dòng)阻力。10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算–

效能-傳熱單元數(shù)法ε-NTU現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer基于ε-NTU法的校核計(jì)算已知：求：計(jì)算步驟：1.假定出口溫度，計(jì)算總傳熱系數(shù)k；2.計(jì)算NTU；3.查圖得到ε；4.根據(jù)計(jì)算換熱量；5.由，計(jì)算出口溫度；6.迭代計(jì)算至傳熱量偏差<2～5％，OK！10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算–

效能-傳熱單元數(shù)法ε-NTU現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransferε-NTU法與LTMD法的比較：校核計(jì)算中均需要假設(shè)溫度。-NTU法假設(shè)的出口溫度對(duì)傳熱量的影響不是直接的，而是通過定性溫度，影響總傳熱系數(shù)，從而影響NTU，并最終影響值。而平均溫差法的假設(shè)溫度直接用于計(jì)算值，顯然-NTU法對(duì)假設(shè)溫度沒有平均溫差法敏感，這是該方法的優(yōu)勢(shì)。LMTD法可以計(jì)算Ψ，從而簡(jiǎn)便有效的評(píng)估換熱器不同流動(dòng)型式的優(yōu)劣。制冷低溫行業(yè)一般用-NTU法，電站鍋爐行業(yè)一般用LMTD法。10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-4間壁式換熱器的熱計(jì)算–

換熱器的結(jié)垢與污垢熱阻換熱器長(zhǎng)期運(yùn)行后換熱面覆蓋污垢層使得傳熱系數(shù)減小，效能下降。k-有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)；k0

-潔凈換熱面的傳熱系數(shù)m2·K/W污垢熱阻管殼式換熱器單側(cè)污垢熱阻查表10-1～10-4；管殼式換熱器雙側(cè)污垢后總傳熱系數(shù)（以外表面積Ao為基準(zhǔn)）：現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期二傳熱學(xué)HeatTransfer10-5熱量傳遞過程的控制（強(qiáng)化與削弱）實(shí)質(zhì)：一定溫差下增加傳熱量，并減少金屬消耗和阻力損失。目的：A,Δtm一定時(shí)增加k來增加Φ；Φ,Δtm一定時(shí)增加k來減小A；重點(diǎn)：對(duì)流和輻射換熱，特別是對(duì)流換熱。傳熱的強(qiáng)化傳熱的削弱（隔熱保溫）傳熱學(xué)實(shí)質(zhì)：一定溫差下增加熱阻，減少傳熱量。目的：減小熱量（冷量）損耗，節(jié)能（冰箱、空調(diào)）保持溫度恒定，減小溫度波動(dòng)；提高低溫下外表面溫度，避免結(jié)霜；防止溫度不均勻