高教传热学第四版课件第10章

第10章传热过程分析与换热器热计算本章重点内容重点内容：①常见传热过程的特点及分析；②换热器热计算的传热方程式及热平衡方程式；③换热器的对数平均温差；④换热器热计算的基本方法。掌握内容：①应用传热学知识分析实际传热问题；②综合应用三种基本传热方式及其相关公式；③换热器热计算的基本方法。了解内容：了解换热器的结构型式及热计算的步骤。作业10-3，10-13，10-17，10-22，10-27，10-32，10-4310-1传热过程的分析和计算)(21ffttkA传热方程式：式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，K的计算公式不同。传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。一.通过平壁的传热10-1传热过程的分析和计算K的计算公式？21111hhkw1t2wt,f11thf22th，二.通过圆筒壁的传热10-1传热过程的分析和计算内部对流：圆筒壁导热：外部对流：iifiwihdltt1ln2wiwooittdldoowofohdltt111ln2fifooiiioolttdhddhd21fitttxtδ21witttxtδ/ΔtΦδλA1iihdlln/2oiddl1oohdl21wotttxtδ21fotttxtδ二.通过圆筒壁的传热10-1传热过程的分析和计算ofifoofifokAttkdltt111ln2oooiiiokdddhddh1111ln2ooiiioodkAhAldhA三.通过肋片的传热10-1传热过程的分析和计算iifiwihAttiwiwoAtt12owofoofwofohAtthAttooowofohAtt12/ofoAAA肋面总效率：11fifoiiioootthAAhA＋＋三.通过肋片的传热10-1传热过程的分析和计算111foiiiookAhAAh＋＋oA以肋侧表面积为基准的肋壁传热系数为：11111fiiiooiioookAhAhhAhA＋＋＋＋iA以光侧表面积为基准的肋壁传热系数为：/oiAA肋化系数110-1传热过程的分析和计算四.临界热绝缘直径圆管外加肋片，在增加表面积（即减小表面换热热阻）的同时也增加了导热热阻在圆管外敷设保温层也具有减小表面对流换热热阻及增加导热热阻两种作用增强传热削弱传热加保温层一定能减小热损失?肋片都用金属做成，导热系数很大，而且肋片所增加的换热面积的倍数较高保温材料的导热系数都很小，敷设保温层后换热面积的增加是由于简单地扩大直径而致，增加的幅度有限10-1传热过程的分析和计算四.临界热绝缘直径1111lnln22oxliiiinsooxddRhdddhd则通过圆筒壁的总热阻为：idodxdins设圆管内径为，外径为，管壁导热系数为，加保温层后管的外径为，保温层的导热系数为211102lxinsxoxdRdddhd2insxodh2insxodh10-1传热过程的分析和计算四.临界热绝缘直径10-2换热器的型式及对数平均温差一.换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置二.换热器的分类：螺旋板式板式交叉流换热器管壳式壳管式套管式)(蓄热式混合式间壁式板翅式管翅式管束式三种类型换热器三.间壁式换热器的主要型式10-2换热器的型式及对数平均温差1.套管式换热器套管式换热器示意图2.管壳式换热器10-2换热器的型式及对数平均温差简单的壳管式换热器示意图1-2型换热器剖面示意图10-2换热器的型式及对数平均温差2-4型换热器示意图10-2换热器的型式及对数平均温差3.交叉流换热器(c)板翅式交叉流换热器10-2换热器的型式及对数平均温差紧凑式换热器：单位体积内所包含的换热面积大于700m2/m3的换热器4.板式换热器10-2换热器的型式及对数平均温差由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动板式换热器示意图5.螺旋板式换热器换热表面由两块金属板卷制而成10-2换热器的型式及对数平均温差螺旋板式换热器10-2换热器的型式及对数平均温差四.简单顺流及逆流换热器的对数平均温差mkAt逆流顺流传热方程式：10-2换热器的型式及对数平均温差1mq2mq1c2c假设：（1）冷、热流体的质量流量、及比热容、在整个换热面上都是常量；（2）传热系数在整个换热面上不变；（3）换热器无散热损失；（4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。01AmxttdAA10-2换热器的型式及对数平均温差12tttdktdA111mdqcdt222mdqcdt温差:微元换热量:热流体放热量:冷流体吸热量:12()dtdtdt112211mmddqcqc()dtktdA10-2换热器的型式及对数平均温差()dtkdAt0()xxtAtdtkdAt()dtktdAlnxxtkAtxkAxtte10-2换热器的型式及对数平均温差xkAxtte001xAAkAmxtttdAedAAA1kAtekAlntkAtkAtet1lnlnmtttttttttt10-2换热器的型式及对数平均温差112211mmqcqc逆流:maxminmaxminlnmttttt10-2换热器的型式及对数平均温差maxmin/2ttmaxminm2ttt若:算术平均温差:算术平均温差相当于流体温度沿换热表面成线性关系变化，算术平均温差总是大于对数平均温差。1t顺流2t2t2t逆流1t2t1t2t10-2换热器的型式及对数平均温差五.其他复杂布置时换热器平均温差的计算mmctftt注意事项：（1）值取决于无量纲参数P和R（2）P表示流体2的实际温升与理论上所能达到的最大温升之比，所以只能小于1；R表示两种流体的热容量之比（3）对于管壳式换热器，需要注意流动的“程”数2212ttPtt1122ttRtt22111122mmqcttRqctt10-2换热器的型式及对数平均温差六.各种流动型式的比较（1）顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的平均温差最大，顺流则最小（2）顺流时，而逆流时，则可能大于21tt2t1t1t顺流2t2t2t逆流1t2t1t2t(3)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。10-2换热器的型式及对数平均温差10-2换热器的型式及对数平均温差(4)理论分析表明，对工程上常见的流经蛇形管束的传热,只要管束的曲折次数超过4次，就可作为纯逆流和纯顺流来处理。(5)其他流动型式介于顺流与逆流之间，设计时使ψ0.9。10-3换热器的热计算换热器热计算：设计计算和校核计算传热方程式:设计计算：校核计算：设计一个新的换热器，确定所需的换热面积对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务热平衡方程式：mkAt11112222mmqcttqcttkA11mqc22mqc1122tttt、、、8个变量:中的3个设计计算：校核计算：11mqc22mqc1122tttt、、、中的3个A11mqc22mqc12tt、10-3换热器的热计算热计算的方法：平均温差法效能-传热单元数(-NTU)法平均温差法：直接应用传热和热平衡方程进行热计算设计计算的步骤：（1）初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数（2）根据给定条件，由热平衡式求出待定的温度（3）由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差（4）由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算热面流体的流动阻力（5）如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计1.平均温差法：10-3换热器的热计算（1）先假设一个流体的出口温度，计算另一个出口温度校核计算的步骤：（3）根据换热器的结构，算出相应的总传热系数k（2）根据4个进出口温度求得平均温差（6）比较两个值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温度，重复(1)~(6)，直至满足精度要求（4）已知kA和，按传热方程式计算mt（5）根据4个进出口温度，用热平衡式计算另一个值10-3换热器的热计算2．换热器热计算的效能—传热单元数法换热器的效能:换热器的实际换热量与最大可能换热量的比值max12minssmqctt1111min122222min12mmmmttqcqcttttqcqctt10-3换热器的热计算12minminmaxmmqcttqctt假定1122mmqcqc1112tttt11112222mmqcttqctt11221122mmqcttttqc11121212221mmqcttttttqc10-3换热器的热计算1112221211mmqcttqctt1212kAttett112211kAmmeqcqc11112211221exp11mmmmmqckAqcqcqcqc1122mmqcqc1122mmqcqc22221122111exp11mmmmmqckAqcqcqcqcminminmaxminmax1exp11mmmmmqckAqcqcqcqcminmkANTUqcminmaxminmax1exp11mmmmqcNTUqcqcqc10-3换热器的热计算逆流换热器:minmaxminminmaxmax1exp11exp1mmmmmmqcNTUqcqcqcNTUqcqc1expNTUmaxmqc冷、热流体之一发生相变，即趋于无穷大时：冷、热流体的值相等:mqc1exp22NTU1NTUNTU顺流：逆流：10-3换热器的热计算10-3换热器的热计算10-3换热器的热计算3.用效能-传热单元数法计算换热器的步骤设计计算：利用已知条件计算出，而待求的k、A则包含在NTU内。设计计算是已知，求NTU校核计算：校核计算是已知NTU，求。仍需要假设一个出口温度10-3换热器的热计算4.换热器热设计时的综合考虑换热器设计是个综合性的课题，必须考虑初投资、远行费用、安全可靠等因素，而以达到最佳的综合技术经济指标为目标。流动阻力计算、材料强度计算、必要的技术经济分析与比较流速适当考虑污垢热阻10-3换热器的热计算5.换热器的结垢及污垢热阻011fRkkfR污垢热阻：01111ooowioiiikAARRRhAhA设计时对污垢热阻的考虑方法：（1）采用污垢