第10章 傳熱和換熱器

1、第第1010章章 傳熱和換熱器傳熱和換熱器 平壁平壁 第一類邊界第一類邊界 第三類邊界第三類邊界 t x 0 tw1 tw 2 tf1 tf2 h1 h2 10.1 通過(guò)肋壁的傳熱通過(guò)肋壁的傳熱 穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，比較不同形狀壁面穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，比較不同形狀壁面 21 21 11hh tt q ff A tt ww 21 圓筒壁圓筒壁 第一類邊界第一類邊界 第三類邊界第三類邊界 tw1tw2 R Rh1Rh2 tf1tf2 r1 r2 t1 t2 1 2 21 ln 2 1 d d l tt ww )/( ln 2 1 1 2 21 mW d d tt l q ww l R t ttkA ff )( 2

2、1 21 11 1 hh k 221 2 11 21 1 ln 2 11 hdd d hd tt q ff l 221 2 11 1 ln 2 11 1 hdd d hd kl 穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，比較不同形狀壁面穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，比較不同形狀壁面 肋壁肋壁 1、何時(shí)需要加肋壁？、何時(shí)需要加肋壁？ 2、加肋壁的作用、加肋壁的作用 3、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程 4、污垢熱阻、污垢熱阻 21 21 11hh tt q ff 當(dāng)一側(cè)對(duì)流傳熱當(dāng)一側(cè)對(duì)流傳熱h相對(duì)很小，如空氣換熱器相對(duì)很小，如空氣換熱器 如果兩側(cè)如果兩側(cè)h均很小，可以同時(shí)加肋均很小，可以同時(shí)加肋 增大傳熱面積，強(qiáng)化肋間流體擾動(dòng)增大傳熱面

3、積，強(qiáng)化肋間流體擾動(dòng) 肋壁肋壁 3、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程 穩(wěn)態(tài)傳熱，阻力串聯(lián)疊加過(guò)程穩(wěn)態(tài)傳熱，阻力串聯(lián)疊加過(guò)程 光壁側(cè)：光壁側(cè)： 壁內(nèi)：壁內(nèi)： 肋壁側(cè)：肋壁側(cè)： f 肋壁肋壁 3、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程1 21 21 11 A hh tt ff 穩(wěn)態(tài)傳熱，阻力串聯(lián)疊加過(guò)程穩(wěn)態(tài)傳熱，阻力串聯(lián)疊加過(guò)程 光壁側(cè)：光壁側(cè)： 壁內(nèi)：壁內(nèi)： 肋壁側(cè)：肋壁側(cè)： 1 1 2 A A 肋化系數(shù) 肋壁肋壁 3、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程 討論：肋片的結(jié)構(gòu)和物性參數(shù)如何影響肋壁的傳熱？討論：肋片的結(jié)構(gòu)和物性參數(shù)如何影響肋壁的傳熱？ 越大越好肋化系數(shù) 2 1 2 A1 A

4、 A 1 越大越好 f 書(shū)書(shū)P45圖圖2-16 肋高肋高 l 不要太高；不要太高； 選擇較高的導(dǎo)熱系數(shù)選擇較高的導(dǎo)熱系數(shù) L A hU m 肋壁肋壁 3、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程、通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程 注：與平壁、圓筒壁比較，記憶。注：與平壁、圓筒壁比較，記憶。 若以若以A2為面積基準(zhǔn)，為面積基準(zhǔn)， 肋壁肋壁 4、污垢熱阻、污垢熱阻 產(chǎn)生產(chǎn)生 作用作用-降低熱流量降低熱流量 數(shù)值、計(jì)算數(shù)值、計(jì)算 (1)查手冊(cè)，書(shū)查手冊(cè)，書(shū)P334附錄附錄12 (2) 按照壁面導(dǎo)熱熱阻計(jì)算按照壁面導(dǎo)熱熱阻計(jì)算 減小污垢熱阻的措施減小污垢熱阻的措施 (1)停產(chǎn)檢修，清洗，開(kāi)一備一停產(chǎn)檢修，清洗，開(kāi)一備一 (2)在線除垢，

5、湍流強(qiáng)化器，加顆粒等在線除垢，湍流強(qiáng)化器，加顆粒等 2 f 1 21 1 R 1 hh tt q ff A tt ww 21 1 2 21 ln 2 1 d d l tt ww 絕熱層的臨界半徑絕熱層的臨界半徑 設(shè)穩(wěn)態(tài)傳熱，管道外表面與環(huán)境間熱損失為：設(shè)穩(wěn)態(tài)傳熱，管道外表面與環(huán)境間熱損失為： R t T i i LhrL r r tt 0 0 2 1 2 ln h ti t1 R1 t R2 t ri ro 絕熱層的分析示意圖 max r c r 熱損失與絕熱層外半徑的關(guān)系熱損失與絕熱層外半徑的關(guān)系 有極大值時(shí)， 0 )( 0 dr Rd max :時(shí)，保溫層臨界半徑 T c h r 時(shí)，管道

6、外半徑 ci rr 時(shí)，管道外半徑 ci rr 增加絕熱層厚度，熱損失一定減小。增加絕熱層厚度，熱損失一定減小。 增加絕熱層厚度，熱損失可能增加，增加絕熱層厚度，熱損失可能增加， 果。時(shí)，才一定起到保溫效結(jié)論：管道外半徑 ci rr 保溫層的選擇：保溫層的選擇： 對(duì)需保溫的管子，ri一定。如果要滿足保溫條件， 應(yīng)從、hT兩方面考慮，選擇合適的保溫層材質(zhì)。 絕熱層的臨界厚度為絕熱層的臨界厚度為： icc rrb r1 r2 r3 圓管外的保溫 同時(shí)存在兩種以上傳熱方式的綜合傳熱。同時(shí)存在兩種以上傳熱方式的綜合傳熱。 例：設(shè)備表面的熱損失，對(duì)流例：設(shè)備表面的熱損失，對(duì)流 + + 熱輻射熱輻射 間壁

7、換熱過(guò)程中，對(duì)流間壁換熱過(guò)程中，對(duì)流 + + 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 (2) 復(fù)合換熱的計(jì)算復(fù)合換熱的計(jì)算 10.2 復(fù)合換熱時(shí)的傳熱計(jì)算復(fù)合換熱時(shí)的傳熱計(jì)算 (1) 復(fù)合傳熱復(fù)合傳熱 )()(輻射對(duì)流 Rc )(ttAh wwcc 對(duì)流傳熱： 44 ) 100 () 100 (: amw wbR TT AC輻射傳熱 )(ttAh wwR tt Ch w TT bR w 44 ) 100 () 100 ( 輻射表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 熱流量熱流量： 壁壁 溫溫 tw 環(huán)境環(huán)境 物體物體 tam c R 氣體氣體tf 注：輻射換熱具體表達(dá)式根據(jù)兩壁面間相互位置確定注：輻射換熱具體表達(dá)式根據(jù)兩壁面間相互位置確定 輻射折

8、算成對(duì)流輻射折算成對(duì)流 RcT hhh系數(shù)：對(duì)流輻射聯(lián)合表面?zhèn)鳠?經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式： 空氣自然對(duì)流時(shí)，空氣自然對(duì)流時(shí)， 平壁保溫層外 ： 圓管保溫層外 ： )(07. 08 . 9tth wT )(052. 04 . 9tth wT wwTwwRc AtthttAhh)()()(:熱流量 空氣沿粗糙表面強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，空氣沿粗糙表面強(qiáng)制對(duì)流時(shí)， 空氣流速 u5m/s hT=6.2+4.2u 空氣流速 u5m/s hT=7.8u0.78 復(fù)合換熱的分析復(fù)合換熱的分析 對(duì)流和輻射的方向不一定總相同對(duì)流和輻射的方向不一定總相同 例例1：書(shū)：書(shū)302 習(xí)題習(xí)題11，分析傳熱過(guò)程，分析傳熱過(guò)程 例例2

9、：人在：人在20C的空調(diào)房間里，穿同樣的空調(diào)房間里，穿同樣 多的衣服時(shí)，冬天感覺(jué)冷而夏天會(huì)感多的衣服時(shí)，冬天感覺(jué)冷而夏天會(huì)感 覺(jué)熱？覺(jué)熱？ 分析溫度變化分析溫度變化 例例3：書(shū)：書(shū)P272 例例10-2，分析熱流量和，分析熱流量和 保溫層外的壁溫變化？保溫層外的壁溫變化？ wwTRc Atth)()()(輻射對(duì)流 壁壁 溫溫 tw 環(huán)境環(huán)境 物體物體 tam c R 氣體氣體tf 221 2 11 21 1 ln 2 11 hdd d hd tt q ff l Rc hhh 2 例例3：書(shū)：書(shū)P272 例例10-2，分析熱流量和保溫，分析熱流量和保溫 層外的壁溫變化？層外的壁溫變化？ 221

10、2 11 21 1 ln 2 11 hdd d hd tt q ff l Rc hhh 2 tw1tw2 R Rh1Rh2 tf1tf2 r1 r2 t1 t2 l wf wtfl q d d hd tt q 1 2 11 1 1, ln 2 11 保溫層外的壁溫升高保溫層外的壁溫升高 穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，通常是穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，通常是阻力串聯(lián)疊加阻力串聯(lián)疊加過(guò)程；過(guò)程； 利用利用熱阻（總、分）與溫差、熱流量熱阻（總、分）與溫差、熱流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系 熱流量一定時(shí)，溫差正比于熱阻；熱流量一定時(shí)，溫差正比于熱阻； 溫差一定時(shí)，熱阻越大則熱流量越小。溫差一定時(shí)，熱阻越大則熱流量越小。 R t 10.3

11、 換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑 )( 21ff ttkA 強(qiáng)化方法：提高強(qiáng)化方法：提高K、A或或t 目的：降低單位傳熱面積的設(shè)備費(fèi)用。目的：降低單位傳熱面積的設(shè)備費(fèi)用。 （1）提高）提高K值值 降低污垢熱阻；降低污垢熱阻； 提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) * * 若若hi100 湍流湍流),),h0 0，強(qiáng)化傳熱。，強(qiáng)化傳熱。 沖刷沉積物，減小污垢熱阻；沖刷沉積物，減小污垢熱阻； 對(duì)殼體起支撐作用。對(duì)殼體起支撐作用。 代價(jià)：代價(jià)：殼體阻力殼體阻力，系統(tǒng)動(dòng)力消耗，系統(tǒng)動(dòng)力消耗。 弓形弓形圓盤形圓盤形 單殼程水平圓缺形折流板管殼式換熱器流體在殼內(nèi)的流動(dòng)單殼程水平圓缺形折流板管殼式換熱

12、器流體在殼內(nèi)的流動(dòng) 管板 折流板 單殼程水平圓缺形折流板管殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖 單殼程圓盤形折流板管殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖 管板 折流板 單殼程圓盤形折流板管殼式換熱器流體在殼內(nèi)的流動(dòng)單殼程圓盤形折流板管殼式換熱器流體在殼內(nèi)的流動(dòng) 分類及特點(diǎn)分類及特點(diǎn) 原因：管、殼溫度不同，原因：管、殼溫度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力，產(chǎn)生熱應(yīng)力， 結(jié)果：結(jié)果：t50時(shí)時(shí)，管彎曲、斷裂或管板變形，管彎曲、斷裂或管板變形 固定管板式固定管板式 安裝膨脹節(jié)；安裝膨脹節(jié)； 浮頭式浮頭式 本身具有補(bǔ)償能力；本身具有補(bǔ)償能力； U形管式形管式 本身具有補(bǔ)償能力。本身具有補(bǔ)償能力。 分類：根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為：

13、分類：根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為： 為此，采用各種補(bǔ)償辦法，消除或減小熱應(yīng)力。為此，采用各種補(bǔ)償辦法，消除或減小熱應(yīng)力。 a）固定管板式換熱器）固定管板式換熱器 特點(diǎn)：特點(diǎn)： * 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低； * 可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力； * 殼程不易機(jī)械清洗；殼程不易機(jī)械清洗； 適用：適用： * 殼程流體不易結(jié)垢或容易化學(xué)清洗；殼程流體不易結(jié)垢或容易化學(xué)清洗； * 殼體與傳熱管壁溫度之差小于殼體與傳熱管壁溫度之差小于50 C，否則加膨脹節(jié)。，否則加膨脹節(jié)。 單管程固定管板換熱器單管程固定管板換熱器 帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器 浮頭式換熱器浮頭式換熱

14、器 特點(diǎn)：消除了溫差應(yīng)力、便于清洗和檢修；特點(diǎn)：消除了溫差應(yīng)力、便于清洗和檢修； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高； 適用：應(yīng)用廣泛。適用：應(yīng)用廣泛。 b）浮頭式換熱器）浮頭式換熱器 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): c）U形管式換熱器形管式換熱器 特點(diǎn)：具有溫度補(bǔ)償作用；特點(diǎn)：具有溫度補(bǔ)償作用； 管程不易清清洗。管程不易清清洗。 適用：可用于高溫高壓，適用于管程為潔凈而不易結(jié)垢的流體。適用：可用于高溫高壓，適用于管程為潔凈而不易結(jié)垢的流體。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 熱管換熱器熱管換熱器 一種新型傳熱元件。 熱熱 管管 優(yōu)點(diǎn)：傳熱能力大、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠；優(yōu)點(diǎn)：傳熱能力大、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠； 適用

15、：尤其適用于某些等溫性要求較高的場(chǎng)合。適用：尤其適用于某些等溫性要求較高的場(chǎng)合。 二、板式換熱器二、板式換熱器 平板式換熱器平板式換熱器 優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活性大、金屬材料消耗量?jī)?yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活性大、金屬材料消耗量 低、加工容易、檢修清洗方便。低、加工容易、檢修清洗方便。 缺點(diǎn)：允許操作壓力比較低、操作溫度不能太高、處理量不大。缺點(diǎn)：允許操作壓力比較低、操作溫度不能太高、處理量不大。 板式換熱器的板片和板面波紋形狀 板式換熱器流向示意圖 螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器 (3) 夾套式換熱器夾套式換熱器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：夾套式換熱器夾套式換熱器 主要用于反應(yīng)過(guò)程的加

16、熱主要用于反應(yīng)過(guò)程的加熱 或冷卻，是在容器外壁安或冷卻，是在容器外壁安 裝夾套制成。裝夾套制成。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：傳熱面受容器傳熱面受容器 壁面限制，傳熱系數(shù)小。壁面限制，傳熱系數(shù)小。 為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi) 液體受熱均勻，可在釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi) 安安 裝攪拌器。也可在釜裝攪拌器。也可在釜 內(nèi)安裝蛇管。內(nèi)安裝蛇管。 加熱蒸汽加熱蒸汽 釜釜 冷凝水冷凝水 物料物料 物料物料 攪拌器攪拌器 夾夾 套套 式式 換換 熱熱 器器 板殼式換熱器板殼式換熱器 與列管式換熱器的區(qū)別：板束管束 板殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)緊湊

17、、堅(jiān)固，能承受很高的溫度和壓力。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜、焊接要求高。 10.5 平均溫度差平均溫度差 (1) 恒溫傳熱恒溫傳熱 兩側(cè)流體溫度恒定兩側(cè)流體溫度恒定： 恒定 chm ttt (2) 變溫傳熱變溫傳熱 一側(cè)有溫度變化一側(cè)有溫度變化 th tc 沿管長(zhǎng)某截面取微元傳熱面積沿管長(zhǎng)某截面取微元傳熱面積dA， dAttkd xchx )( 兩側(cè)流體均有溫度變化兩側(cè)流體均有溫度變化 ccpcmhhphm dtcqdtcqd , 傳熱速率方程傳熱速率方程： 熱量衡算方程熱量衡算方程： tc1 tc2 th1 th2 tc1 tc2 th1 th2 當(dāng)當(dāng)qmhcph、 qmccpc=常數(shù)時(shí)，常

18、數(shù)時(shí)， -th、 -tc為線性關(guān)系，為線性關(guān)系， 所以，所以， -(th- tc)也為線性關(guān)系。也為線性關(guān)系。 21 )(tt d td 21 )(tt tdAk td A t t dA tt t td k 0 21 1 2 )(1 hphm h cq dt d , cpcm c cq dt d , ccpcmhhphm dtcqdtcqd , m tkA t t tt kA 2 1 21 ln th1 tc2 th2 傳熱量 dth dtc dAd tc1 t=th-tc 平均傳熱溫度差的推導(dǎo) t2 t1 2 1 21 ln t t tt tm 對(duì)數(shù)平均溫度差： 說(shuō)明：說(shuō)明： 并流：并流：

19、逆流：逆流： 1 ,2 ,1ch ttt 2,1 ,2ch ttt 1 ,1 ,1ch ttt 2,2,2ch ttt )( 2 1 2/ 2121 ttttt m 時(shí)，可近似取 進(jìn)、出口條件相同時(shí)，進(jìn)、出口條件相同時(shí)， 并逆,mm tt 工業(yè)上，一般采用逆流操作（節(jié)省加熱面積）工業(yè)上，一般采用逆流操作（節(jié)省加熱面積） 逆流 并流 一側(cè)流體溫度有變化，另一側(cè)恒溫時(shí)一側(cè)流體溫度有變化，另一側(cè)恒溫時(shí), 并逆,mm tt 錯(cuò)流、折流時(shí)平均溫差錯(cuò)流、折流時(shí)平均溫差 圖算法圖算法 逆,mtm tt ),(PRf t 溫差校正系數(shù)： 冷流體溫升 熱流體溫降 12 21 cc hh tt tt R 兩流體最

20、初溫差 冷流體溫升 11 12 ch cc tt tt P 1 1 2 1 2 一側(cè)流體變溫時(shí)的溫差變化 溫度校正系數(shù) c）當(dāng)）當(dāng) t值小于 值小于0.8時(shí)，則傳熱效率低，時(shí)，則傳熱效率低， 經(jīng)濟(jì)上不合理，經(jīng)濟(jì)上不合理， 操作不穩(wěn)定。操作不穩(wěn)定。 a）校正系數(shù)）校正系數(shù) t可根據(jù) 可根據(jù)R和和P兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。 b）溫差校正系數(shù)）溫差校正系數(shù) t恒小于 恒小于1。 原因原因: 換熱器內(nèi)出現(xiàn)溫度交叉或溫度逼近現(xiàn)象。換熱器內(nèi)出現(xiàn)溫度交叉或溫度逼近現(xiàn)象。 避免措施避免措施: 采用多個(gè)換熱器串聯(lián)或采用多殼程結(jié)構(gòu)，采用多個(gè)換熱器串聯(lián)或采用多殼程結(jié)構(gòu)， 換熱器個(gè)數(shù)或所需的殼

21、程數(shù)換熱器個(gè)數(shù)或所需的殼程數(shù),可用圖解法確定。可用圖解法確定。 說(shuō)明：說(shuō)明： th1 tc2 th2 tc1 A Ns=2 無(wú)相變換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算無(wú)相變換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用 要求：要求：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計(jì)或選擇合適的換熱器根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計(jì)或選擇合適的換熱器 ( (計(jì)算傳熱面積，確定管、殼程數(shù)，管規(guī)格，管排布等計(jì)算傳熱面積，確定管、殼程數(shù)，管規(guī)格，管排布等） （1）列管式換熱器設(shè)計(jì)和選用應(yīng)考慮的問(wèn)題）列管式換熱器設(shè)計(jì)和選用應(yīng)考慮的問(wèn)題 (a)選擇流程選擇流程 一般原則：不潔凈或易結(jié)垢的液體一般原則：不潔凈或易結(jié)垢的液體 腐蝕性流體腐蝕性流體 壓力高的流體壓

22、力高的流體 管程管程 飽和蒸汽飽和蒸汽 流量小而粘度大的流體流量小而粘度大的流體 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體 需要冷卻的流體需要冷卻的流體 殼程殼程 等，5 . 2382252195 . 225 管子長(zhǎng)度：管子長(zhǎng)度：1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m 64 D L 一般情況下： (b) 流速的選擇流速的選擇 流速影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和污垢的大小。流速影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和污垢的大小。 流速流速 流體中顆粒流體中顆粒沉積，甚至堵塞管路；沉積，甚至堵塞管路； 流速流速 流體阻力增大。流體阻力增大。 (c) 流動(dòng)方式的選擇流動(dòng)方式的選擇 對(duì)于同樣的進(jìn)、出口條件，傳熱量相同，對(duì)于同樣的進(jìn)

23、、出口條件，傳熱量相同， A逆 逆 殼程 氣體 液體 th1 ht2 tc1 tc2 3、計(jì)算平均傳熱溫差、計(jì)算平均傳熱溫差 逆,mtm tt ),(PRf t 溫差校正系數(shù)： 冷流體的溫升 熱流體的溫降 12 21 tt TT R 流體的最初溫差 冷流體的溫升 11 12 tT tt P 查書(shū)查書(shū)P301圖圖4.6.6：t t0.8 )時(shí)，用單殼程； 2）有溫度交叉時(shí)， （1）試差法 P301圖4.6.6 （2）圖解法 P312圖4.7.10 殼程數(shù)殼程數(shù)Ns(或換熱器個(gè)數(shù)或換熱器個(gè)數(shù))確定：確定： 計(jì)算傳熱溫差：計(jì)算傳熱溫差：tt tm 4、估算傳熱面積、估算傳熱面積A 方法：方法：假設(shè)K

24、值（書(shū)P295表4.6.2） 為增大裕度，假設(shè)值可選小。 5、確定單殼程內(nèi)的管程數(shù)、確定單殼程內(nèi)的管程數(shù) Np 書(shū)P312 1）選擇管規(guī)格(常用值見(jiàn)P312) m tKA (1)正三角形排列(2)正方形排列 (3)正方形錯(cuò)列 管子在管板上的排列 單管程時(shí)管根數(shù)單管程時(shí)管根數(shù) n： 單管程時(shí)管長(zhǎng)：?jiǎn)喂艹虝r(shí)管長(zhǎng)： 3）選擇管排列方式 正方形 正三角形 同心圓 4）確定管程數(shù) Np（一個(gè)殼程內(nèi)） 2）選擇管長(zhǎng)，系列標(biāo)準(zhǔn) nud q q ii m iv設(shè) 2 , 4 設(shè)ii iv ud q n 2 , 4 nLdA 0 設(shè) nd A L 0 設(shè) th1 th2 tc1 tc2 管程數(shù)：管程數(shù)： 單殼程

25、內(nèi)傳熱管數(shù)目：?jiǎn)螝こ虄?nèi)傳熱管數(shù)目： 選擇的管長(zhǎng) 單程時(shí)的管長(zhǎng) L L N p nNN pT 6、確定殼體內(nèi)徑、確定殼體內(nèi)徑Di 單管程：?jiǎn)喂艹蹋?多管程：多管程： 0 )32() 1(dbtDi Ti NtD05. 1 7、選擇換熱器、選擇換熱器 1）選擇標(biāo)準(zhǔn)系列選擇標(biāo)準(zhǔn)系列 書(shū)P427 附錄U 2）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，自行加工定做）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，自行加工定做 計(jì) ，換熱器設(shè)計(jì)：設(shè)AKu 管程數(shù)，管根數(shù)選定管規(guī)格 th1 th2 tc1 tc2 管程阻力：管程阻力： 殼程阻力：殼程阻力： 2 3 2 )( 2 2 u p u d l p NNFppp r i psirit 2 ) 2 5 .3( 2

26、 )1( )( 2 0 2 0 00 0 u D B Np u NNFfp NFppp Bip BTc ssips 8、換熱器核算、換熱器核算 1）阻力計(jì)算）阻力計(jì)算 2）傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K校核校核 按照選定換熱器，計(jì)算按照選定換熱器，計(jì)算K計(jì) 計(jì) 需滿足：需滿足： 0 00 111 h R d db d d R d d hK do mi o di ii 計(jì) %)30%20( 設(shè)計(jì) KK 3）傳熱面積傳熱面積A校核校核 計(jì)算傳熱面積計(jì)算傳熱面積A計(jì) 計(jì) m tKA m tK A 計(jì) 計(jì) 設(shè)：換熱器實(shí)際傳熱面積設(shè)：換熱器實(shí)際傳熱面積Ap 需滿足：需滿足： 傳熱面積裕度：傳熱面積裕度： p AA

27、計(jì)%)30%20%(100 計(jì) 計(jì) A AAp th1 th2 tc1 tc2 1、估計(jì)傳熱面積 2、初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、核算阻力 4、核算傳熱能力 詳見(jiàn)詳見(jiàn)化工原理課程設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)示例 書(shū)P317例4.7.1 總結(jié)設(shè)計(jì)步驟總結(jié)設(shè)計(jì)步驟 傳熱效率和傳熱單元數(shù)法傳熱效率和傳熱單元數(shù)法 設(shè)計(jì)型計(jì)算無(wú)須試差法設(shè)計(jì)型計(jì)算無(wú)須試差法, ,操作型計(jì)算需用試差法。操作型計(jì)算需用試差法。 設(shè)計(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算 m cccpcmhhhphm tKA ttcqttcq )()( 12,21, ;, 12,1,cccpcmhhphm ttcqtcq已知條件： AK tt mh 假定 借助于假定的

28、傳熱系數(shù) 由此可求得得可用熱流量衡算方程求, 2 總之，對(duì)于總之，對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算冷、熱流股的溫度都已知，冷、熱流股的溫度都已知， 或者可以通過(guò)熱流量衡算達(dá)到已知，無(wú)須試差?；蛘呖梢酝ㄟ^(guò)熱流量衡算達(dá)到已知，無(wú)須試差。 操作型計(jì)算操作型計(jì)算 已有一臺(tái)面積為已有一臺(tái)面積為A的換熱器，若用其加熱某流體，的換熱器，若用其加熱某流體， 未知和、但，、已知 2211chch tttt mmhc m tKAttt t 22 , 假定 顯然必須試差，即無(wú)法計(jì)算因此 若采用若采用1955年由凱斯導(dǎo)出的傳熱效率及傳熱單元年由凱斯導(dǎo)出的傳熱效率及傳熱單元 數(shù)法，則能避免試差而方便地求得其解。數(shù)法，則能避免試

29、差而方便地求得其解。 (1) (1) 傳熱效率和傳熱單元數(shù)傳熱效率和傳熱單元數(shù) 傳熱效率傳熱效率 h 逆流：逆流： 哪一側(cè)流體能獲得最大的溫度變化（哪一側(cè)流體能獲得最大的溫度變化（t h1 -t c1 ）max， 這將取決于兩流體熱容量流率這將取決于兩流體熱容量流率(qmcp)的相對(duì)大小。的相對(duì)大小。 )()( 12 21 ccpcmchhph h m ttcqttcq 1212 1 1 chhc hc h m c m ttttA ttqq 或則： ，若： tc1 th2 tc1 th2 th2 th1 tc1 tc2 傳熱 溫度 傳熱 th1 tc2 溫度 溫度 傳熱 逆 流 傳 熱 效 果

30、 示 意 圖 ., )()( )()( 2 11 21 11min, 21min, max hh ch hh chhPhm hhhPhm h t tt tt ttcq ttcq 則可求得已知若 并流：并流： tc1 th2 tc2 th1 th2 th1 tc2 tc1 傳熱 溫度 溫度 傳熱 并流傳熱效果示意圖 2 11 12 cc ch cc c t tt tt 已知，則可求得若同理： 傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)NTU (The Number of Transfer Units ) dAttKdtcqdtcqd chccpcmhhphm ) , （ hphmch h cq KdA tt dt , 對(duì)于熱流體，則有 A hphm t t ch h h cq KdA tt dt NTU h h 0 , 1 2 hphmm hh h cq KA t tt NTU , 21 溫度 傳熱面積 tc1 th2 th1 tc2 dth dtc dA 單程逆流換熱器流體溫度分布 可表示為換熱器的傳熱單元數(shù)同樣，對(duì)于冷流體 C NTU, cpcmm cc c cq KA t tt NTU , 12 傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系 d cqcq ttd cq d dt cq d