第10章 傳熱過(guò)程和換熱器計(jì)算

1、第十章第十章 傳熱過(guò)程分析與換熱器的熱計(jì)算傳熱過(guò)程分析與換熱器的熱計(jì)算 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算換熱器的類(lèi)型換熱器的類(lèi)型傳熱過(guò)程的平均溫差及計(jì)算傳熱過(guò)程的平均溫差及計(jì)算間壁式換熱器的熱設(shè)計(jì)間壁式換熱器的熱設(shè)計(jì)熱量傳遞過(guò)程的控制熱量傳遞過(guò)程的控制(強(qiáng)化和削弱強(qiáng)化和削弱) 基基 本本 要要 求求1掌握傳熱過(guò)程的概念及宏觀規(guī)律掌握傳熱過(guò)程的概念及宏觀規(guī)律2掌握傳熱系數(shù)的概念及影響因素，并能計(jì)算掌握傳熱系數(shù)的概念及影響因素，并能計(jì)算 常見(jiàn)傳熱過(guò)程的傳熱系數(shù)常見(jiàn)傳熱過(guò)程的傳熱系數(shù)3了解換熱器的分類(lèi)及主要型式了解換熱器的分類(lèi)及主要型式4能計(jì)算不同型式換熱器的平均溫差，

2、并進(jìn)行能計(jì)算不同型式換熱器的平均溫差，并進(jìn)行 換熱器內(nèi)冷、熱流體的溫度變化規(guī)律分析換熱器內(nèi)冷、熱流體的溫度變化規(guī)律分析5熟記換熱器熱設(shè)計(jì)的基本公式，了解換熱器熟記換熱器熱設(shè)計(jì)的基本公式，了解換熱器 熱設(shè)計(jì)的類(lèi)型及計(jì)算方法，并能用平均溫差熱設(shè)計(jì)的類(lèi)型及計(jì)算方法，并能用平均溫差 法進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算法進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算6掌握熱量傳遞過(guò)程的控制原理與方法掌握熱量傳遞過(guò)程的控制原理與方法本章要求掌握的內(nèi)容：本章要求掌握的內(nèi)容：定量：傳熱過(guò)程的計(jì)算；對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算；定量：傳熱過(guò)程的計(jì)算；對(duì)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(guò)程的

3、熱阻分析法；傳熱過(guò)程定性：掌握傳熱過(guò)程的熱阻分析法；傳熱過(guò)程 強(qiáng)化與削弱措施。強(qiáng)化與削弱措施。10-1 10-1 傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算傳熱過(guò)程的分析和計(jì)算 傳熱過(guò)程：傳熱過(guò)程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過(guò)壁面?zhèn)鞯搅頍崃坑杀诿嬉粋?cè)的流體通過(guò)壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過(guò)程稱(chēng)傳熱過(guò)程。一側(cè)流體中去的過(guò)程稱(chēng)傳熱過(guò)程。 傳熱過(guò)程分析求解的傳熱過(guò)程分析求解的基本關(guān)系為基本關(guān)系為傳熱方程式傳熱方程式21ffttkA式中式中K K為為傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)（在容易與對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠幔ㄔ谌菀着c對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)想混淆時(shí)，稱(chēng)總傳熱系數(shù)）。系數(shù)想混淆時(shí)，稱(chēng)總傳熱系數(shù)）。說(shuō)明說(shuō)明： (1)(1)由于平壁的兩側(cè)的面積是相等的，因

4、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(duì)哪一側(cè)來(lái)說(shuō)都是一樣的系數(shù)的數(shù)值不論對(duì)哪一側(cè)來(lái)說(shuō)都是一樣的。 （2 2） h h1 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(duì)流換熱系數(shù)應(yīng)該采）如果計(jì)及輻射時(shí)對(duì)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)) )rcthhh10.1.1 10.1.1 通過(guò)平壁的傳熱通過(guò)平壁的傳熱21111hhk單層單層211111hhkniii多層多層影響傳熱系數(shù)影響傳熱系數(shù)k的數(shù)值的主要因素：的數(shù)值的主要因素：冷熱流體的物性；冷熱流體的物性； 流速；流速； 物體表面的形狀和布置；物體表面的形狀和布置

5、；壁面材料導(dǎo)熱系數(shù)壁面材料導(dǎo)熱系數(shù) 當(dāng)流過(guò)壁面的是輻射性氣體當(dāng)流過(guò)壁面的是輻射性氣體(二氧二氧華碳、水蒸汽、煙氣等華碳、水蒸汽、煙氣等), 或壁面與周或壁面與周?chē)砻骈g存在較大溫差時(shí)圍表面間存在較大溫差時(shí),則該側(cè)應(yīng)按則該側(cè)應(yīng)按復(fù)合換熱考慮復(fù)合換熱考慮.10.1.2 10.1.2 通過(guò)圓管的傳熱通過(guò)圓管的傳熱內(nèi)部對(duì)流：內(nèi)部對(duì)流：)(1wifiittldh()1ln()2wiwooittdld圓柱面導(dǎo)熱：圓柱面導(dǎo)熱：)(2fwooottldh外部對(duì)流：外部對(duì)流：hiho1iilhdln()2oiddl 1oohldooioiifofiooioiifofidhdddhttlldhlddldhtt12

6、)/ln(1)(12)/ln(1定義定義：(1) 以以圓圓管外側(cè)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)管外側(cè)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù) k)()(0000ffiffittldkttkA00001ln21hddddhdkiii(2) 以以圓管內(nèi)側(cè)圓管內(nèi)側(cè)面積為基準(zhǔn)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)的傳熱系數(shù) ki)()(00ffiiiffiiittldkttAk000ln211dhddddhkiiiii上式相加，通過(guò)圓筒壁的傳熱量：上式相加，通過(guò)圓筒壁的傳熱量：(10-2)等效電路圖等效電路圖(共三個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)共三個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)):ooioiioAhddlAhkA1ln2111從熱阻的角度來(lái)看從熱阻的角度來(lái)看 11ln2ooooiiiok

7、kdddhddh總傳熱熱阻總傳熱熱阻= = 管內(nèi)熱阻管內(nèi)熱阻 + + 管壁熱阻管壁熱阻 + + 管外熱阻管外熱阻00001ln21111:AhddlAhAkkARiiiiit即注意：注意：因因AiA 0，故不采用單位面積熱阻的概念；，故不采用單位面積熱阻的概念；管子內(nèi)、外側(cè)有污垢或包有保溫層時(shí)，只要增加相管子內(nèi)、外側(cè)有污垢或包有保溫層時(shí)，只要增加相 應(yīng)的熱阻項(xiàng)即可；應(yīng)的熱阻項(xiàng)即可；要強(qiáng)化或削弱傳熱過(guò)程，應(yīng)從熱阻最大的環(huán)節(jié)入手要強(qiáng)化或削弱傳熱過(guò)程，應(yīng)從熱阻最大的環(huán)節(jié)入手(10-5)10.1.3 10.1.3 通過(guò)肋壁的傳熱通過(guò)肋壁的傳熱肋壁面積：肋壁面積：21AAAo穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情況：穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情

8、況：()iifiwih A tt ()iwiwoA tt )()()(21fowoooofowofofowoottAhttAhttAhofoAAA)(21肋面總效率肋面總效率(1)(1)肋壁總效率肋壁總效率0021,000:)(AAAf見(jiàn)第二章肋面總效率式中：式中：為肋壁的實(shí)際散熱量0為肋壁的理論散熱量),(0000,0fwttAh)(:00000, 000fwttAh所以000()1111fiffifooiiioooiiioottA ttAAh AAhAh AAh ioAA111fooiiiookAAh AAh以肋側(cè)表面積為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)以肋側(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

9、肋化系數(shù)：則傳熱系數(shù)則傳熱系數(shù)111fiookhh肋壁的傳熱系數(shù)：肋壁的傳熱系數(shù)：(a)(a)以肋側(cè)總表面積以肋側(cè)總表面積A A0 0為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：000011hAAAhAkiiif(10-7a)(b)(b)以以光側(cè)表面積光側(cè)表面積Ai為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：0000011111hhAhAhkiiif(10-7b)(c)(c)未未加肋時(shí)平壁的傳熱系數(shù)為：加肋時(shí)平壁的傳熱系數(shù)為：0111hhki(10-1)稱(chēng)為肋化系數(shù),0iAA11111fiiooioookAhhhhA 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

10、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。1o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。 00()111fifififiiiioooiooottA ttAh AAhAhhA ),( 1.0來(lái)達(dá)到可通過(guò)選擇肋片的尺寸只要a注意：注意：b.不同的傳熱系數(shù)，在定義時(shí)所采用的計(jì)算面積不同不同的傳熱系數(shù)，在定義時(shí)所采用的計(jì)算面積不同c.復(fù)雜肋管的傳熱系數(shù)應(yīng)依靠專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定復(fù)雜肋管的傳

11、熱系數(shù)應(yīng)依靠專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定故加肋可以增強(qiáng)傳熱總有.kkf10.1.4 臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑問(wèn)題：?jiǎn)栴}：在圓管外加肋是否一定能增強(qiáng)傳熱？在圓管外加肋是否一定能增強(qiáng)傳熱？ 在圓管外敷設(shè)保溫層是否一定能削弱傳熱？在圓管外敷設(shè)保溫層是否一定能削弱傳熱？(2)加保溫層后，導(dǎo)熱熱阻增大，對(duì)流熱阻不變，加保溫層后，導(dǎo)熱熱阻增大，對(duì)流熱阻不變， 故總熱阻增大，傳熱系數(shù)減小，故總熱阻增大，傳熱系數(shù)減小， 換熱削弱換熱削弱0000011111:) 1 (hhAhAhkiiif加肋時(shí)01,fkk 只要(10-7b)21111:.1hhk平壁(10-1)10.1.4 10.1.4 臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直

12、徑ooioiifofidhdddhttl1)ln(211)(2122111)ln(21)ln(211)(ooooioiifofidhdddddhttl圓管外敷保溫層后：圓管外敷保溫層后：可見(jiàn)，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降可見(jiàn)，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降低了對(duì)流換熱熱阻，使得換熱增強(qiáng)，那么，綜合效果到底是低了對(duì)流換熱熱阻，使得換熱增強(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/ddo2o22 2的值的值21221121)ln(21)ln(211)(ooooioiiodhddddd

13、hd)()(2ofofidttl22222222121)()(ddooofofiodhddttld可見(jiàn)，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(jiàn)，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(shuō)，應(yīng)該是極大值。也就是說(shuō)，d do2o2在在d do1o1- d- dcrcr之間，之間， 是增加的，是增加的，當(dāng)當(dāng)d do2o2大于大于d dcrcr時(shí)，時(shí)， 降低。降低。0dd2odcrodhd2222or2222hdBio2122111)ln(21)ln(211)(ooooioiifofidhdddddhttl臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑B Bi i 是管道外表面

14、的畢渥數(shù)是管道外表面的畢渥數(shù)臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑:2)(200cricrdhBhd或即即:d0dcr(Bidcr(Bi2)時(shí)時(shí),d0.2、圓筒壁：、圓筒壁：ooioiifofidhdddhttl12)/ln(1)(1)加肋時(shí)，肋側(cè)對(duì)流熱阻加肋時(shí)，肋側(cè)對(duì)流熱阻Rh的下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)導(dǎo)熱熱的下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)導(dǎo)熱熱 阻阻 R的增大幅度，故總熱阻下降，換熱增強(qiáng)的增大幅度，故總熱阻下降，換熱增強(qiáng)(2)加保溫層后，導(dǎo)熱熱阻加保溫層后，導(dǎo)熱熱阻R增大，外側(cè)對(duì)流熱阻增大，外側(cè)對(duì)流熱阻 Rh減小。傳熱量的變化應(yīng)視兩者的變化幅度而定。減小。傳熱量的變化應(yīng)視兩者的變化幅度而定。 一般情況下，一般情況下，R的增加幅度

15、超過(guò)的增加幅度超過(guò)Rh的減小幅的減小幅 度度,故總熱阻增大故總熱阻增大,傳熱系數(shù)減小傳熱系數(shù)減小,換熱削弱換熱削弱. 特殊情況：當(dāng)特殊情況：當(dāng)R的增加幅度小于的增加幅度小于Rh的減小幅的減小幅 度時(shí)度時(shí),總熱阻減小總熱阻減小,傳熱系數(shù)反而增大傳熱系數(shù)反而增大,熱損失增加熱損失增加 (10-2) 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 tfofo=40=40C C，t

16、 twiwi7070C 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)每米電線的散熱不同時(shí)每米電線的散熱量。量。 (P(P465465) )oo()(70-40)1111ln()ln220.150.005110fifooioottddldh dd取取do1070mm，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。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

17、緣層厚度，可增強(qiáng)電流的通過(guò)能力。增加電線的絕緣層厚度，可增強(qiáng)電流的通過(guò)能力。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(lái)使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)：用來(lái)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。 10.2.1 10.2.1 換熱器的分類(lèi)換熱器的分類(lèi)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(guò)程按照操作過(guò)程v間壁式間壁式換熱器：換熱器： 是指冷熱流體被壁面隔開(kāi)進(jìn)行換熱的熱是指冷熱流體被壁面隔開(kāi)進(jìn)行換熱的熱交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞鳌⒗淠?、蒸發(fā)器；交換器。如暖

18、風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞?、冷凝器、蒸發(fā)器；v間壁式挨熱器種類(lèi)很多，從構(gòu)造上主要可分為：管殼式、間壁式挨熱器種類(lèi)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。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(guò)它的一半通道，從而交替式地吸收和放出熱流體輪換通過(guò)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(guò)換熱器時(shí)，蓄熱材料吸收并儲(chǔ)

19、蓄熱量，熱量，即熱流體流過(guò)換熱器時(shí)，蓄熱材料吸收并儲(chǔ)蓄熱量，溫度升高，經(jīng)過(guò)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(guò)一段時(shí)間后切換為冷流體，蓄熱材料放出熱量加熱冷流體。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。蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器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；3h/d

20、6mmm2緊湊式:700m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(lái)區(qū)別，或用每立方米中的傳來(lái)區(qū)別，或用每立方米中的傳熱面積即傳熱面積密度熱面積即傳熱面積密度來(lái)衡量。來(lái)衡量。3h/d1mmm2層流換熱器：3000m或100 m3h15/d1mmm2微型換熱器：000m或100 m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 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。兩種流體都可在較高溫

21、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。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(chēng)管殼式換熱器。傳熱間壁式換熱器的一種主要形式，又稱(chēng)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，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程管程和和殼程。殼程。列管式冷凝器實(shí)例列管式冷凝器實(shí)例 10.

22、2 10.2 換熱器的類(lèi)型換熱器的類(lèi)型1-21-2型換熱器型換熱器增加管程增加管程side) (shell ,inBToutBT,side) (tube,inAToutAT,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波紋管換熱器波紋管換熱器波紋換熱管波紋換熱管 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(duì)壓力和溫度的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)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。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

23、換熱器。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、管束式、管翅式管翅式及管帶式、及管帶式、板翅式板翅式等。等。3 3、交叉流換熱器、交叉流換熱器 管翅式管翅式直片形直片形 U形形 L形形方形方形板翅式板翅式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

24、體洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 ,占用空間??；傳熱系數(shù)高占用空間??；傳熱系數(shù)高 ；端部溫差小端部溫差小(可達(dá)可達(dá)1); 熱損失小熱損失小 ，熱效率高，熱效率高(98%); 適應(yīng)性好，易調(diào)整適應(yīng)性好，易調(diào)整 ; 不易結(jié)垢不易結(jié)垢1 ,2 介質(zhì)介質(zhì)3 環(huán)行孔道環(huán)行孔道 墊圈墊圈4 板片密封板片密封 墊圈墊圈5 激光切焊激光切焊 焊縫焊縫6 焊接密封焊接密封 流道流道 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(zhǎng)，易

25、泄漏。密封周邊長(zhǎng)，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。5 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，螺旋板換熱器的特點(diǎn)螺旋板換熱器的特點(diǎn): 傳熱效率高傳熱效率高(總傳熱系數(shù)最高可達(dá)總傳熱系數(shù)最高可達(dá)3300Kcal/m2.h.，傳熱效率為列管式換熱器的傳熱效率為列管式換熱器的13倍。倍。 )，節(jié)能效果好，節(jié)能效果好，體積小、價(jià)格便宜，使用可靠等。適用氣氣、液體積小、價(jià)格便宜，使用可靠等。適用氣氣、液液、氣液對(duì)流傳熱，以及用于蒸氣冷凝和液體蒸發(fā)液、氣液對(duì)流傳熱，以及用于蒸氣冷凝和液體蒸

26、發(fā)傳熱。但密封較困難傳熱。但密封較困難. 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6. 管束式換熱器管束式換熱器7. 熱管換熱器熱管換熱器 換熱器中流體的流程及流向換熱器中流體的流程及流向 流程流程: 用用 i j 表示表示 i 殼程數(shù)殼程數(shù) ； j 管程數(shù)管程數(shù) 流向：流向： 順流順流冷熱兩種流

27、體平行而同向流動(dòng)冷熱兩種流體平行而同向流動(dòng) 逆流逆流冷熱兩種流體平行而反向流動(dòng)冷熱兩種流體平行而反向流動(dòng) 交叉流交叉流冷熱兩種流體空中垂直相交流動(dòng)冷熱兩種流體空中垂直相交流動(dòng) 混合流混合流上述幾種流向的混合上述幾種流向的混合10.2 10.2 換熱器的類(lèi)型換熱器的類(lèi)型10.2.3 提高換熱器緊湊性的途徑提高換熱器緊湊性的途徑減小管徑減小管徑; 采用板式結(jié)構(gòu)采用板式結(jié)構(gòu)(減小當(dāng)量直徑減小當(dāng)量直徑); 采用肋化表面采用肋化表面; 采用絲網(wǎng)狀材料采用絲網(wǎng)狀材料10.2.4 殼管式換熱器的近期發(fā)展殼管式換熱器的近期發(fā)展螺旋折流板換熱器螺旋折流板換熱器, 折流桿換熱器折流桿換熱器10.2 10.2 換熱

28、器的類(lèi)型換熱器的類(lèi)型10.3.1 10.3.1 簡(jiǎn)單順流及逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差簡(jiǎn)單順流及逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差傳熱方程的一般形式傳熱方程的一般形式：mtkA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(guò)程對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算換熱器中傳熱過(guò)程對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算以以順流順流情況為例，作如下假設(shè)情況為例，作如下假設(shè)：（1 1）冷熱流體的

29、質(zhì)量流量）冷熱流體的質(zhì)量流量q qm2m2、q qm1m1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(wú)散熱損失；）換熱器無(wú)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。dt1dt2t1t21t2t1t2t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

30、的進(jìn)出口溫度，進(jìn)出口溫度，現(xiàn)在來(lái)看圖中微元換熱現(xiàn)在來(lái)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： ddtAk1212dddtttttt 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: :dt1dt2t1t21t2t1t2t1 1111 11ddddmmq c ttq c 對(duì)于熱流體對(duì)于熱流體: :2222221ddddmmq cttq c 對(duì)于冷流體對(duì)于冷流體: :121 12211dddddmmtttq cq c ddtAktdAddktdAtdktxxAttkt0dAtdxxkAttln可見(jiàn)，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

31、平可見(jiàn)，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(txxkAtx0 xx0)dAexp(t1 dAt1xAAmkAAAt1 12211mmq cq cxxkAttlnAAx1-)exp(t)dAexp(t1x0kAkAkAAtxAmkAt tln)exp(tkAt tttttttm tlnttlnt1-ttlnt對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差2.逆流換熱器逆流換熱器22211121dtcqddtcqdtdAkdtttmm在微元面在微元面dA中中:221111cqcqmm其他均同順流其他均同順流不論順流逆流，不論順流逆流，對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差可統(tǒng)一用下式表示：可統(tǒng)

32、一用下式表示：minmaxminmaxlntttttm 平均溫差的另一種更為簡(jiǎn)單的形式是平均溫差的另一種更為簡(jiǎn)單的形式是算術(shù)平均算術(shù)平均溫差溫差，即，即2minmax,tttm算術(shù)3 3 算術(shù)平均與對(duì)數(shù)平均算術(shù)平均與對(duì)數(shù)平均平均溫差的另一種更為簡(jiǎn)單的形式是算術(shù)平均溫差，即平均溫差的另一種更為簡(jiǎn)單的形式是算術(shù)平均溫差，即2minmax,tttm算術(shù)minmaxminmax,tlnttttm對(duì)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(duì)數(shù)平均溫差，當(dāng)同進(jìn)出口溫度下的對(duì)數(shù)平均溫差，當(dāng) 時(shí)，兩者的差時(shí)，兩者的差別小

33、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。2minmaxtt7 . 1minmaxtt 實(shí)際換熱器一般都是處于順流和逆流之間，或者有時(shí)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(duì)于這種復(fù)雜情況，我們當(dāng)然也是逆流，有時(shí)又是順流。對(duì)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，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，逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對(duì)純逆流實(shí)際上，逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對(duì)純逆流的對(duì)數(shù)平均溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下的平均溫差。的對(duì)數(shù)平均溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下

34、的平均溫差。ctfmmtt)( _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(duì)數(shù)平均溫差；按逆流布置的對(duì)數(shù)平均溫差； ctfmt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22111222ttttPRtttt、mmctftt（）對(duì)于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式中的平均溫度的對(duì)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(lái)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(lái)完成其對(duì)數(shù)

35、平均溫差的計(jì)算。具體的做法是：其對(duì)數(shù)平均溫差的計(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(duì)數(shù)平均溫差；計(jì)算出相應(yīng)的對(duì)數(shù)平均溫差；（b b）從修正圖表由兩個(gè)無(wú)量綱數(shù)查出修正系數(shù)）從修正圖表由兩個(gè)無(wú)量綱數(shù)查出修正系數(shù)(c) (c) 最后得出叉流方式的對(duì)數(shù)平均溫差最后得出叉流方式的對(duì)數(shù)平均溫差圖圖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510 24、28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

36、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10-25 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) 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) 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(wú)量綱參數(shù)值取決于無(wú)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，圖表中均以表示出口，圖表中均以P P為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，R R為參為參量。量。（3 3）R

37、 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2211221 1mmqcttRttq 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(duì)于管殼式換熱器，查圖時(shí)需要注意流動(dòng)的對(duì)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)22111222ttttPRtttt、10.3.3 10.3.3 各種流動(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，

38、順流則最?。蛔畲螅樍鲃t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(jiàn)，可見(jiàn)，逆流布置時(shí)的換熱最強(qiáng)。逆流布置時(shí)的換熱最強(qiáng)。mt12tt2t1tdqiToThdTcdTTInOutdqiToT1dT2dTTInOut2dT1dT(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)在換熱器的同一端，使得該處的壁溫特別高，可能對(duì)換熱器產(chǎn)生器的同一端，使得該處的壁溫特別高，可能對(duì)換熱器產(chǎn)生破壞，因此，對(duì)于高溫?fù)Q熱器，又是需要故

39、意設(shè)計(jì)成順流。破壞，因此，對(duì)于高溫?fù)Q熱器，又是需要故意設(shè)計(jì)成順流。xTIn OutCondTxTIn OutEvapT冷凝冷凝蒸發(fā)蒸發(fā)(4) (4) 對(duì)于有相變的換熱器，如蒸發(fā)器和冷凝器，發(fā)生相變的對(duì)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(wèn)題。流體溫度不變，所以不存在順流還是逆流的問(wèn)題。(5) 蛇形管束當(dāng)蛇形管束當(dāng) 曲折次數(shù)超曲折次數(shù)超 過(guò)四次時(shí)過(guò)四次時(shí),可可 作純順流或作純順流或 純逆流處理純逆流處理 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計(jì)換熱器的熱設(shè)計(jì)類(lèi)型 1.設(shè)計(jì)計(jì)算 2.校核計(jì)算換熱器熱設(shè)計(jì)的基本方法 1.平均溫差法* 2.傳熱單元數(shù)法換熱器的污垢

40、熱阻及對(duì)傳熱的影響換熱器的綜合設(shè)計(jì)(1)(1)設(shè)計(jì)計(jì)算：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)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(duì)已有或已選定了換熱面積的換熱器，在非設(shè)對(duì)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，核算他能否勝任規(guī)定的新任務(wù)。計(jì)工況條件下，核算他能否勝任規(guī)定的新任務(wù)。換熱器熱計(jì)算的基本方程式是換熱器熱計(jì)算的基本方程式是傳熱方程式傳熱方程式及及熱平衡式熱平衡式mtkA10-4 10-4 換熱器的熱計(jì)算換熱器的熱計(jì)算10.4.1 兩種類(lèi)型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法兩種類(lèi)型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法1.兩種類(lèi)型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法兩種類(lèi)型的設(shè)計(jì)和

41、兩種設(shè)計(jì)方法1 1112222mmq c ttq ctt 1 1221122, ,mmk A q c qctttt以及 ， ， ， 中的三個(gè)對(duì)于對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算而言，給定的是而言，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1 122,mmq c qcAmtkA1 1112222mmq c ttqctt 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)方法平均溫差法平均溫差法、效能效能- -傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)( ( -NTU-NTU) )法法12tt，對(duì)于對(duì)于

42、校核計(jì)算校核計(jì)算而言，給定的一般是而言，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,mmq c q c2. 換熱器的兩種熱計(jì)算方法換熱器的兩種熱計(jì)算方法平均溫差法平均溫差法(LMTD法法) 傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法效能效能傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法(-NTU-NTU法法) )平均溫差法用于校核計(jì)算的步驟見(jiàn)平均溫差法用于校核計(jì)算的步驟見(jiàn)P485(需試算需試算)常用于設(shè)計(jì)計(jì)算常用于設(shè)計(jì)計(jì)算(可直接進(jìn)行計(jì)算可直接進(jìn)行計(jì)算) 具體步驟見(jiàn)具體步驟見(jiàn)常用于校核計(jì)算常用于校核計(jì)算計(jì)算步驟與平均溫壓法大致相似計(jì)算步驟與平均溫壓法大致相似 初步布置換熱面，并計(jì)算出相

43、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(guò)大，則需要改變方案重新設(shè)計(jì)。如果流動(dòng)阻力過(guò)大，則需要改變方案重新設(shè)計(jì)。mt1 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

44、熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計(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

45、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)，直至滿足精度要求。，直至滿足精度要求。mt2 2、校核計(jì)算、校核計(jì)算)1610() (:21max最大可能換熱效果實(shí)際換熱效果定義tttt)1710() ()()()(:21minmaxminttcqttcqmm則換熱器的傳熱量為1. 換熱器效能換熱器效能的定義的定義(效能效能的概念與計(jì)算是傳熱單元數(shù)法的關(guān)鍵的概念與計(jì)算是傳熱

46、單元數(shù)法的關(guān)鍵)10.4.3 換熱器熱設(shè)計(jì)的效能換熱器熱設(shè)計(jì)的效能傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法 (-NTU法法), 簡(jiǎn)稱(chēng)傳熱單元數(shù)法簡(jiǎn)稱(chēng)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 1112222()()mmq c ttqc tt1 122112 2()mmq cttttq c1 122mmq cqc并假設(shè)并假設(shè) 則有則有式，式， 相加：相加：1 112122 21(1)mmq cttttq c整理：整理：由上一節(jié)知道由上一節(jié)知道1212kAttett1 11212122 2()()(1)()mmq cttt

47、tttq c1112()tttt1 122112 2()mmq cttttq c1 11122121222()()()()mmq cttttttttq c1 12 21(1)kAmmq ceq c1 1221 exp()1mmkAq cq c1 11 1221 1221 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c1 12211mmq cq c1 12 21(1)kAmmq ceq c1 122mmq cqc當(dāng)當(dāng) 時(shí)，類(lèi)似推導(dǎo)可得時(shí)，類(lèi)似推導(dǎo)可得22221 1221 11 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c合并寫(xiě)成合并寫(xiě)成minminmaxminmax1 exp1

48、1mmmmmq ckAq cq cq cq c令令minmkANTUq cminmaxminmax1 exp11mmmmq cNTUq cq cq c（）類(lèi)似的推導(dǎo)可得類(lèi)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minmaxminminmaxmax1 exp11exp1mmmmmmq cNTUq cq cq cNTUq cq c（）（）稱(chēng)為稱(chēng)為傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)當(dāng)冷熱流體之一發(fā)生相變時(shí)當(dāng)冷熱流體之一發(fā)生相變時(shí)，即，即 趨于無(wú)窮大時(shí)，于是趨于無(wú)窮大時(shí)，于是上面效能公式可簡(jiǎn)化為上面效能公式可簡(jiǎn)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(jiǎn)化為公式可以簡(jiǎn)化為1

49、exp2NTU2順流順流NTU1NTU逆流逆流maxmq c3 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(wú)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(wú)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。對(duì)于比較復(fù)雜的流動(dòng)形式，可以參照教材對(duì)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(lái)計(jì)算效能來(lái)計(jì)算效能 。順流順流逆流逆流三個(gè)無(wú)因次量：三個(gè)無(wú)因次量： 換熱器的效能換熱器的效能及其計(jì)算及其計(jì)算)1610()(:21max最大

50、可能換熱效果實(shí)際換熱效果定義tttt計(jì)算計(jì)算式式(10-18)式式(10-23)、線算圖、線算圖 水當(dāng)量比水當(dāng)量比:m inm a x()()mrmqcCqc)()(min大小表征換熱器換熱能力的傳熱單元數(shù)qmckANTU圖圖10-3210-32單殼程換熱器單殼程換熱器NTU圖圖10-33 10-33 雙殼程換熱器雙殼程換熱器NTU (1)計(jì)算傳熱單元數(shù)計(jì)算傳熱單元數(shù) (2)計(jì)算兩個(gè)水當(dāng)量之比計(jì)算兩個(gè)水當(dāng)量之比 (3)根據(jù)換熱器型從相應(yīng)線算圖中查得效能根據(jù)換熱器型從相應(yīng)線算圖中查得效能 值值. (4)由熱程計(jì)算傳熱量由熱程計(jì)算傳熱量 (5)計(jì)算兩個(gè)出口溫度計(jì)算兩個(gè)出口溫度min)(GckANT

51、U maxmin)()(GcGcCr 已知：已知： kA、兩個(gè)水當(dāng)量、兩個(gè)進(jìn)口溫度、兩個(gè)水當(dāng)量、兩個(gè)進(jìn)口溫度t1、t2 求：求： 兩個(gè)出口溫度兩個(gè)出口溫度t1”、t2”、及傳熱量、及傳熱量3. 3. 采用傳熱單元數(shù)法計(jì)算換熱器的步驟采用傳熱單元數(shù)法計(jì)算換熱器的步驟 參見(jiàn)參見(jiàn) P48910.4.4 換熱器的污垢熱阻換熱器的污垢熱阻2. 污垢對(duì)傳熱的影響污垢對(duì)傳熱的影響 污垢的存在將使傳熱系數(shù)下降，換熱削弱污垢的存在將使傳熱系數(shù)下降，換熱削弱.1. 污垢熱阻污垢熱阻 換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后, 由于在換熱面上由于在換熱面上 積起水垢、污泥、煙灰等覆蓋物垢層積起水垢、污泥、煙灰等覆蓋

52、物垢層, 或由于或由于 換熱面與流體的相互作用發(fā)生腐蝕而引起的換熱面與流體的相互作用發(fā)生腐蝕而引起的 覆蓋物垢層所產(chǎn)生的附加熱阻覆蓋物垢層所產(chǎn)生的附加熱阻.3、處理方法、處理方法)2410(111:000ffRkkkkkR如對(duì)于平壁有注意注意：當(dāng)換熱壁面面積不是常量時(shí)，應(yīng)考慮面：當(dāng)換熱壁面面積不是常量時(shí)，應(yīng)考慮面 積變化的影響，即引用總熱阻的概念。積變化的影響，即引用總熱阻的概念。污垢熱阻的參考值見(jiàn)污垢熱阻的參考值見(jiàn)P340表表9-1（與水文地質(zhì)條件等有關(guān)（與水文地質(zhì)條件等有關(guān), 由實(shí)驗(yàn)測(cè)得）由實(shí)驗(yàn)測(cè)得）(1)使用中，對(duì)冷卻水進(jìn)行預(yù)處理，并應(yīng)使用中，對(duì)冷卻水進(jìn)行預(yù)處理，并應(yīng)定期清洗定期清洗(2

53、)計(jì)算中，在計(jì)算式中附加一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)的熱阻，即計(jì)算中，在計(jì)算式中附加一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)的熱阻，即 污垢熱阻（污垢系數(shù)）污垢熱阻（污垢系數(shù)）Rf (m2. /W)4. 有污垢時(shí)的傳熱系數(shù)有污垢時(shí)的傳熱系數(shù)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10-1種查得。種查得。 當(dāng)管壁兩側(cè)均結(jié)垢時(shí)當(dāng)管壁兩側(cè)均結(jié)垢時(shí), 以管子外表面積為計(jì)算以管子外表面積為計(jì)算依據(jù)的傳熱系數(shù)為依據(jù)的傳熱系數(shù)為:)(1)(1)1(100000iiiiwAAhAARRRhk(10-25)式中式中:) 1(,0000無(wú)肋時(shí)肋面總效率管壁導(dǎo)熱熱阻外側(cè)的污垢熱阻管子內(nèi)外側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管子內(nèi)wiiRRRhh【例例】流量流

54、量V Vl l=39m=39m3 3/h/h的的3030號(hào)透平油，在冷油器中從號(hào)透平油，在冷油器中從 t t1 159.5 59.5 冷卻到冷卻到t t1 1 4545。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(guò)，進(jìn)口溫度為在管側(cè)流過(guò)，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)h hi i5850

55、W/(m5850W/(m2 2.K).K)。已知已知3030號(hào)透平油在運(yùn)行溫度下的物性為號(hào)透平油在運(yùn)行溫度下的物性為 l l879kg/m879kg/m3 3,c,c1 11.95kJ/(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)(56.9-45)/3600/3600 798000kJ/h798000kJ/h221000221

56、000W W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 )=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 t233十437計(jì)算參量計(jì)算參量 P P 和和 R R ： 17. 0339 .5633372122 ttttP33337459 .562221 ttttR查圖查圖10102323得得 0.97, 0.97, 平均溫壓為平均溫壓為1 .153345379 .56ln)3345()379 .56(97. 0mt按表按表10101 1取

57、管內(nèi)、外側(cè)污垢系數(shù)為取管內(nèi)、外側(cè)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21313W/(m K)11()ooioiikARRhhA246.8mmAk 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47.347.31.10=52.0m1.10=52.0m2 2?！纠可侠缋溆推鞯倪M(jìn)口油溫升高到上例如冷油器的進(jìn)口油溫升高到58.758.7，水的流量、進(jìn)，水的流量、進(jìn)口溫度以

58、及油的流量均不變，求出口油溫和出口水溫?？跍囟纫约坝偷牧髁烤蛔儯蟪隹谟蜏睾统隹谒疁??！窘饨狻浚河秃退臏囟热缟吆芏?，則需考慮物性變化對(duì)：油和水的溫度如升高很多，則需考慮物性變化對(duì)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. 139879311cqmW/K5552036001019. 447700322cqm334. 05552018560)()(maxmincqcqmm87. 0185605

59、 .51313)/(mincqkANTUm查圖得查圖得 0.540.54。熱流量。熱流量W58000. 2)337 .58(1856054. 0)()(21minttcqm8 .44185602580007 .58)/(1111 cqttm6 .375552025800033)/(2222 cqttm 六、平均溫差法與六、平均溫差法與 -NTU-NTU法的比較法的比較設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，兩者的工作量差不多，只是平均溫差法要設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，兩者的工作量差不多，只是平均溫差法要求求 ，可以知道流動(dòng)布置與逆流的差距，有利于改進(jìn)型，可以知道流動(dòng)布置與逆流的差距，有利于改進(jìn)型式的選擇。式的選擇。校核計(jì)算時(shí)，校核計(jì)算

60、時(shí)， -NTU-NTU法工作量小一些，迭代時(shí)對(duì)物性參法工作量小一些，迭代時(shí)對(duì)物性參數(shù)數(shù) k k 的影響也較?。坏挠绊懸草^??；10.4.5 換熱器的綜合設(shè)計(jì)換熱器的綜合設(shè)計(jì) 應(yīng)將初投資、運(yùn)行費(fèi)用、安全可靠等因素進(jìn)行應(yīng)將初投資、運(yùn)行費(fèi)用、安全可靠等因素進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到最佳的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)綜合考慮，以達(dá)到最佳的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)基本原則基本原則：1、應(yīng)以最?lèi)毫拥倪\(yùn)行條件為設(shè)計(jì)依據(jù)；、應(yīng)以最?lèi)毫拥倪\(yùn)行條件為設(shè)計(jì)依據(jù)；2、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用一定的安全系數(shù)（減小傳熱系數(shù)、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用一定的安全系數(shù)（減小傳熱系數(shù)、 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或增大換熱面積表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或增大換熱面積)；3、考慮一些技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、