換熱器選型和計(jì)算演示文稿

換熱器選型和計(jì)算演示文稿當(dāng)前第1頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)優(yōu)選換熱器選型和計(jì)算當(dāng)前第2頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)推薦參考書目：<化工原理>第三版/第四版.

王志魁劉麗英劉偉.<化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)>.任曉光宋永吉李翠清.<換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)>.錢頌文當(dāng)前第3頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)4換熱概述熱傳導(dǎo)對(duì)流傳熱一、換熱理論四、管殼式換熱器選型步驟二、管殼式換熱器三、兩流體間傳熱過程計(jì)算當(dāng)前第4頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)5生產(chǎn)中的應(yīng)用：熱量的傳遞簡(jiǎn)稱傳熱。物料的加熱或冷卻；熱量與冷量的回收利用；設(shè)備或管路的保溫。傳熱的基本方式：熱傳導(dǎo)；對(duì)流；熱輻射。1、傳熱概述一、換熱理論當(dāng)前第5頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)6傅里葉定律2.熱傳導(dǎo)1)溫度場(chǎng)和溫度梯度溫度場(chǎng)：某時(shí)刻，物體內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分布。

等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。

t1t2t1>t2等溫線Q注意：不同溫度的等溫面不相交。溫度梯度：溫度場(chǎng)內(nèi)，某一點(diǎn)沿其等溫面法線方向的溫度變化率。（向量，與法線方向一致，以溫度增加的方向?yàn)檎?。）等溫線：不同等溫面與同一平面相交的交線。當(dāng)前第6頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)7式中Q──熱流量或傳熱速率，W或J/s；

A──導(dǎo)熱面積，m2；t/n──溫度梯度，℃/m或K/m；

──熱傳導(dǎo)系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)。在質(zhì)地均勻的物體內(nèi)，若等溫面上各點(diǎn)溫度梯度相同，則單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量Q與溫度梯度及垂直于熱流方向上的導(dǎo)熱面積A成正比。2)傅里葉定律t+tt-ttnQdA─傅立葉定律數(shù)學(xué)表達(dá)式：當(dāng)前第7頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)8假設(shè)：(1)A大，b?。?2)材料均勻，熱導(dǎo)率λ視為常數(shù)；(3)溫度僅沿x方向變化，且不隨時(shí)間變化，故為一維穩(wěn)態(tài)傳熱。單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)AQ圖中，Q─熱流量或傳熱速率，W或J/s；A

─平壁的面積，m2；b─平壁的厚度，m；─平壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；t1,t2─平壁兩側(cè)的溫度，℃。t1t2btxdxQxQx+dxA當(dāng)前第8頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)9對(duì)dx薄層，

導(dǎo)熱速率可表示為：

邊界條件為：

積分導(dǎo)出，單層平壁導(dǎo)熱速率方程式為：當(dāng)前第9頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)假定：圓筒壁材質(zhì)均勻，熱導(dǎo)率λ為常數(shù)；溫度只沿半徑方向變化，等溫面為同心圓柱面，一維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)；單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)圖中，Q─熱流量或傳熱速率,W或J/s；─導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)或W/(m·K)；t1,t2─圓筒壁兩側(cè)的溫度,℃；r1,r2─圓筒壁內(nèi)外半徑,m。rbdt當(dāng)前第10頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)11對(duì)于dr同心薄層圓筒，傳熱速率為邊界條件：

積分導(dǎo)出，圓筒壁導(dǎo)熱速率方程式為：對(duì)數(shù)平均面積：當(dāng)前第11頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)12對(duì)流傳熱過程間壁：導(dǎo)熱，熱阻大，溫差大。層流底層：導(dǎo)熱，熱阻大，溫差大。湍流核心：對(duì)流，熱阻很小，溫差很小。過渡區(qū)域：介于層流底層和湍流核心之間。熱流體冷流體3、對(duì)流傳熱當(dāng)前第12頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)13對(duì)流傳熱速率方程牛頓冷卻公式：式中 Q──對(duì)流傳熱速率，W；──對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；

t──對(duì)流傳熱溫度差，℃；

A──傳熱面積，m2。的求解是關(guān)鍵，通過對(duì)流傳熱的特征關(guān)系式求解。當(dāng)前第13頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)又稱管殼式換熱器，工業(yè)上廣泛使用。二、列管式換熱器傳熱面為殼內(nèi)所有管束壁內(nèi)外表面積。主要部件：封頭、管板、管束、折流擋板、外殼管殼式換熱器示意圖：管程：流體在同一組管束中的流程。殼程：流體在殼體中沿某一方向的流程。當(dāng)前第14頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)式中，K─總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)；

Q─總傳熱速率，W或J/s；

A─總傳熱面積，m2；

tm─兩流體的平均溫差，℃或K。冷熱兩流體通過間壁傳熱過程，其總傳熱速率Q與傳熱面積A和兩流體溫度差成正比。即總傳熱速率方程式：三、兩流體間傳熱過程的計(jì)算當(dāng)前第15頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)16一、熱量衡算圖中，─熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；

cp1,cp2─熱、冷流體的比熱容，J/(Kg℃)；

h1,h2─冷流體的進(jìn)、出口焓，J/kg；

H1,H2─熱流體的進(jìn)、出口焓，J/kg。熱流體G1,T1,cp1,H1T2H2冷流體G2,t2,cp2,h1t2h2列管換熱器當(dāng)前第16頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)17若流體均無相變，且流體比熱容cp不隨溫度變化。此時(shí)，熱量衡算式：假設(shè)，傳熱過程無熱損失：熱量衡算式：當(dāng)前第17頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)18一、恒溫傳熱：二、變溫傳熱：二、求傳熱平均溫度差飽和蒸汽-液體沸騰兩側(cè)流體溫度沿傳熱面無變化。一側(cè)或兩側(cè)流體沿傳熱面的不同位置溫度不同。三、流體流動(dòng)方式：逆流：冷熱流體沿傳熱面兩側(cè)流向相反。順流：冷熱流體沿傳熱面兩側(cè)流向相同。錯(cuò)流：兩流體垂直交叉流動(dòng)。折流：一側(cè)流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，另一側(cè)流體反復(fù)改變流向來回折返流動(dòng)。當(dāng)前第18頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)191、逆流和并流時(shí)的tmt2t1T1T2t1t2T1T2逆流并流傳熱平均溫差：注意：較大溫差記為t1，較小溫差記為t2；當(dāng)＜2時(shí)，當(dāng)前第19頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)20：逆流時(shí)的平均溫度差2、錯(cuò)流、折流時(shí)的溫度校正系數(shù)ψ是輔助量P、R的函數(shù)，即注意：校正系數(shù)ψ應(yīng)至少不小于0.8。當(dāng)前第20頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)c)固體壁面另一側(cè)冷流體b)固體壁面一側(cè)另一側(cè)21

t2dAT1t1

T2對(duì)于微元段dA，三、總傳熱系數(shù)冷流體twTw對(duì)流對(duì)流導(dǎo)熱熱流體tTQa)熱流體固體壁面一側(cè)微元段溫度分布：當(dāng)前第21頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)22式中K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)，沿同一熱流方向上，傳熱速率為定值，故當(dāng)前第22頁\共有23頁\編于星期五\0點(diǎn)23污垢熱阻

式中，

R1、R2——傳熱面兩側(cè)的污