第10章-傳熱過程分析與換熱器的熱計(jì)算

1、10-1傳熱過程的分析和計(jì)算10-2換熱器的型式及平均溫差10-3換熱器中傳熱過程對數(shù)平均溫差的計(jì)算10-4 換熱器的熱計(jì)算10-5 傳熱的強(qiáng)化和隔熱保溫技術(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容：傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程。 傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式21ffttkA式中K為傳熱系數(shù)（在容易與對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。說明： (1)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)值不論對哪一側(cè)來說都是一樣的。 （2） h1和h2的計(jì)算；（3）如果計(jì)及輻射時(shí)對流換熱系數(shù)應(yīng)該采用等效換熱系數(shù)(總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))rcthhh10.1.1 10.1

2、.1 通過平壁的傳熱通過平壁的傳熱21111hhk單層211111hhkniii多層10.1.2 10.1.2 通過圓管的傳熱通過圓管的傳熱內(nèi)部對流：)(1wifiittldh()1ln()2wiwooittdld圓柱面導(dǎo)熱：)(2fwooottldh外部對流：hiho1iilhdln()2oiddl 1oohldooioiifofidhdddhttl1ln21111ln2ooooiiiokkdddhddh從熱阻的角度來看 ooioiioAhddlAhkA1ln2111上面三式相加10.1.3 10.1.3 通過肋壁的傳熱通過肋壁的傳熱肋壁面積：21AAAo穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情況：)(11wfiitt

3、Ah)(1wowittA)()()(21fowoooofowofofowoottAhttAhttAhofoAAA)(21肋面總效率肋面總效率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)定義肋化系數(shù)：則傳熱系數(shù)111fiookhh11111fiiooioookAhhhhA 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)所以，只要 就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。1o由于值常常遠(yuǎn)大于1，而使0的值總是遠(yuǎn)大于1，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。 00()

4、111fifififiiiioooiooottA ttAh AAhAhhA 10.1.4 10.1.4 臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑ooioiifofidhdddhttl1)ln(211)(2122111)ln(21)ln(211)(ooooioiifofidhdddddhttl圓管外敷保溫層后：可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降低了對流換熱熱阻，使得換熱贈強(qiáng)，那么，綜合效果到底是增強(qiáng)還是削弱呢？這要看d/ddo2 和d2/ddo22的值21221121)ln(21)ln(211)(ooooioiiodhdddddhd)()(2ofofidttl22222222121)()(

5、ddooofofiodhddttld可見，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，do2在do1- dcr之間，是增加的，當(dāng)do2大于dcr時(shí)，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 是管道外表面的畢渥數(shù)是管道外表面的畢渥數(shù) 解：每米電線在不同的絕緣層外徑do=0.0051+2m的散熱量為：【例】外徑為5.1mm的鋁線，外包=0.15W/(mK)的絕緣層。tfo=40C，twi70C。絕緣層表面與環(huán)境間的復(fù)合傳熱

6、系數(shù)ho=10W/(m2 K)。求：絕緣層厚度不同時(shí)每米電線的散熱量。 oo()(70-40)1111ln()ln220.150.005110fifooioottddldh dd取do1070mm，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。一般的動力保溫管道很少有必要考慮臨界熱絕緣直徑。增加電線的絕緣層厚度，可增強(qiáng)電流的通過能力。換熱器：用來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。 10.2.1 10.2.1 換熱器的分類換熱器的分類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程v間壁式換熱器： 是指冷熱流體被壁面

7、隔開進(jìn)行換熱的熱交換器。如暖風(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，其中以前兩種用得最為廣泛。另外，按流體流動方向可有順流、逆流、交叉流之分。蓄熱式換熱器：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，即熱流體流過換熱器時(shí)，蓄熱材料吸收并儲蓄熱量，溫度升高，經(jīng)過一段時(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換熱器：冷熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換

8、熱，在熱交換同時(shí)存在質(zhì)交換，如空調(diào)工程中噴淋冷卻塔，蒸汽噴射泵等；3h/d6mmm2緊湊式:700m或非緊湊式按表面緊湊程度區(qū)分緊湊程度可用水力直徑dh來區(qū)別，或用每立方米中的傳熱面積即傳熱面積密度來衡量。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。 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)簡單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。結(jié)構(gòu)簡單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。兩種流體都可在較高溫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，

9、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。間壁式換熱器的一種主要形式，又稱管殼式換熱器。傳熱間壁式換熱器的一種主要形式，又稱管殼式換熱器。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。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-

10、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，對壓力和溫度的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對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。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可分為管束式、呈交叉狀流動。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可分為管束式、管翅式及管帶

11、式、板翅式等。管翅式及管帶式、板翅式等。管束式管束式管翅式管翅式板翅式板翅式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，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，其特點(diǎn)是拆卸清洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體。板板式式換換熱熱器器優(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。流體湍動程度大，強(qiáng)化流體湍動程度大，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，易泄漏。密封周邊長，易泄漏。承

12、壓能力低（承壓能力低（P2MPa）。）。流動阻力大，處理量小。流動阻力大，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，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，傳熱效率高。動，傳熱效率高。螺旋流動，有自沖刷作用，螺旋流動，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。10.3.1 簡單順流及逆流換熱器的對數(shù)平均溫差傳熱方程的一般形式傳熱方程的一般形式：m

13、tkA流動形式不同，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 換熱器中傳熱過程對數(shù)平均溫差的計(jì)算換熱器中傳熱過程對數(shù)平均溫差的計(jì)算以順流情況為例，作如下假設(shè)：（1）冷熱流體的質(zhì)量流量qm2、qm1以及比熱容C2,C1是常數(shù)；（2）傳熱系數(shù)是常數(shù)；（3）換熱器無散熱損失；（4）換熱面沿流動方向的導(dǎo)熱量可以忽略不計(jì)。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換熱面積的變化,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，并已知冷熱流體的進(jìn)出口溫度，現(xiàn)在

14、來看圖中微元換熱面dA一段的傳熱。溫差為： ddtAk1212dddtttttt 在固體微元面dA內(nèi)，兩種流體的換熱量為:dt1dt2t1t21t2t1t2t1 1111 11ddddmmq c ttq c 對于熱流體:2222221ddddmmq cttq c 對于冷流體:121 12211dddddmmtttq cq c ddtAktdAddktdAtdktxxAttkt0dAtdxxkAttln可見，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：)exp(txxkAtx0 xx0)dAexp(t1 dAt1xAAmkAAAt1 12211mmq cq cxxkAttlnAAx1

15、-)exp(t)dAexp(t1x0kAkAkAAtxAmkAt tln)exp(tkAt tttttttm tlnttlnt1-ttlnt對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差minmaxminmaxlntttttm 平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均溫差，即2minmax,tttm算術(shù)3 3 算術(shù)平均與對數(shù)平均算術(shù)平均與對數(shù)平均平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均溫差，即2minmax,tttm算術(shù)minmaxminmax,tlnttttm對數(shù)算術(shù)平均溫差相當(dāng)于溫度呈直線變化的情況，因此，總是大于相同進(jìn)出口溫度下的對數(shù)平均溫差，當(dāng) 時(shí)，兩者的差別小于4；當(dāng) 時(shí)，兩者的差別小于2.3。2minm

16、axtt7 . 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)是逆流，有時(shí)又是順流。對于這種復(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，實(shí)際上，逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對純逆流的對數(shù)平均溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下的平均溫差。ctfmmtt)(_小于1的修正系數(shù)。 按逆流布置的對數(shù)平均溫差； ctfmt圖10-2310-24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22111222ttttPRttt 、mmctftt（）對于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式

17、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完成其對數(shù)平均溫差的計(jì)算。具體的做法是：（a）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)的對數(shù)平均溫差；（b）從修正圖表由兩個(gè)無量綱數(shù)查出修正系數(shù)(c) 最后得出叉流方式的對數(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) 圖圖10-24 210-24 24 4、2 28 8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-

18、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） 值取決于無量綱參數(shù) P和 R式中：下標(biāo)1、2分別表示兩種流體，上角標(biāo) 表示進(jìn)口， 表示出口，圖表中均以P為橫坐標(biāo)，R為參量。（3）R的物理意義：兩種流體的熱容量之比2211221 1mmqcttRttq c（2）P的物理意義：流體2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1（4） 對于管殼式換熱器，查圖時(shí)需要注意流動的“程”數(shù)22111222ttttPRttt 、10.3.3 10.3.3 各種流動形式的比較各種流動形

19、式的比較(1)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 最大，順流則最??；(2)順流時(shí) ，而逆流時(shí)， 則可能大于 ，可見，逆流布置時(shí)的換熱最強(qiáng)。mt12tt2t1tdqiToThdTcdTTInOutdqiToT1dT2dTTInOut2dT1dT(3) 一臺換熱器的設(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)在換熱器的同一側(cè)，使得該處的壁溫特別高，可能對換熱器產(chǎn)生破壞，因此，對于高溫?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) 對于有相變的換熱器，如蒸發(fā)器和冷凝器，發(fā)生相變的流體溫度

20、不變，所以不存在順流還是逆流的問題。(1)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(2)校核計(jì)算：對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)。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 兩種類型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法1. 兩種類型的設(shè)計(jì)和兩種設(shè)計(jì)方法1 1112222mmq c ttq ctt 1 1221122, , ,mmk A q c q ctttt以及 ， ， ， 中的三個(gè)對于設(shè)計(jì)計(jì)算而言，給定的是 ，以及進(jìn)出口溫度中的三個(gè)，最終求1 11 1,mm

21、q c q c1111,mmA qcqcmtkA1 1112222mmq c ttqctt 獨(dú)立變量：需要給定其中的5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、效能-傳熱單元數(shù)(-NTU)法12tt，對于校核計(jì)算而言，給定的一般是 ，A，以及2個(gè)進(jìn)口溫度，待求的是1 122,mmq c q c(1)初步布置換熱面，并計(jì)算出相應(yīng)的總傳熱系數(shù)k(2)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(3)由冷熱流體的4個(gè)進(jìn)出口溫度確定平均溫差 (4)由傳熱方程式計(jì)算所需的換熱面積A，并核算換熱面流體的流動阻力(5)如果流動阻力過大，則需要改變方案重新設(shè)計(jì)

22、。mt1 1、設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)計(jì)算10.4.2 10.4.2 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（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)出口溫度；（2）根據(jù)4個(gè)進(jìn)出口溫度求得平均溫差 ；（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)k；（4）已知kA和，按傳熱方程計(jì)算在假設(shè)出口溫度下的傳熱量；（5）根據(jù)4個(gè)進(jìn)出口溫度，用熱平衡式計(jì)算另一個(gè)，這個(gè)值和上面的 ，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；（6）比較兩個(gè)值，滿足精度要求則結(jié)束，否則，重新假定出口溫度，重復(fù)(1)-(6)，直至滿足精度要求。mt2 2、校核計(jì)算、校核計(jì)算1 換熱器

23、效能的定義換熱器的效能按下式定義：max12ttttminmax()()mq ctt min12()mq ctt 換熱器交換的熱流量：10.4.3 10.4.3 換熱器熱設(shè)計(jì)效能換熱器熱設(shè)計(jì)效能- -傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法2 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：1 1112222()()mmq c ttq c tt1 1221122()mmq cttttq c1 122mmq cqc并假設(shè) 則有即：式， 相加：1 112122 21(1)mmq cttttq c整理：由上一節(jié)知道1212kAttett1 11212122 2()()(1)()mmq ctttttt

24、q c1112()tttt1 1221122()mmq cttttq c1 1112212122 2()()()()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) 時(shí)，類似推導(dǎo)可得22221 1221 11 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c合并寫成minminmaxminmax1 exp11mmmmmq ckAq cq

25、cq cq c令令minmkANTUq cminmaxminmax1 exp11mmmmq cNTUq cq cq c（）類似的推導(dǎo)可得逆流換熱器的效能為minmaxminminmaxmax1 exp11exp1mmmmmmq cNTUq cq cq cNTUq cq c（）（）稱為傳熱單元數(shù)當(dāng)冷熱流體之一發(fā)生相變時(shí)，即 趨于無窮大時(shí)，于是上面效能公式可簡化為NTUexp1當(dāng)兩種流體的熱容相等時(shí)， 公式可以簡化為1exp2NTU2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NTU：傳熱單元數(shù)，換熱器熱設(shè)計(jì)中的一個(gè)無

26、量綱參數(shù)，在一點(diǎn)意義上可看成是換熱器kA大小的一種度量。對于比較復(fù)雜的流動形式，可以參照線算圖來計(jì)算效能對于比較復(fù)雜的流動形式，可以參照線算圖來計(jì)算效能 。順流順流逆流逆流圖圖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NTUNTUNTUNTU4 用效能用效能傳熱單元數(shù)法（法）計(jì)算換熱器的步驟傳熱單元數(shù)法（法）計(jì)算換熱器的步驟6 6 換熱器的結(jié)垢及污垢熱阻換熱器的結(jié)垢及污垢熱阻 污垢增加了熱阻，使傳熱系數(shù)減小，這種熱阻成為污垢熱阻，用Rf表示，式中：k為有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)，k0為潔凈換熱面的傳熱系數(shù)。011kkRf5 5 換熱器

27、設(shè)計(jì)時(shí)的綜合考慮換熱器設(shè)計(jì)時(shí)的綜合考慮 換熱器設(shè)計(jì)是綜合性的課題，必須考慮出投資，運(yùn)行費(fèi)用，安全可靠等諸多因素。對于兩側(cè)均以結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器，以管子外表面為計(jì)算依據(jù)的傳熱系數(shù)可以表示成：如果管子外壁沒有肋化，則肋面總效率o = 1。管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表10-1種查得。oofowioifiRhRAARhk1111【例】流量Vl=39m3/h的30號透平油，在冷油器中從 t159.5 冷卻到t145。冷油器采用12型殼管式結(jié)構(gòu)，管子為銅管，外徑為15mm，壁厚1mm。47.7t/h的河水作為冷卻水在管側(cè)流過，進(jìn)口溫度為t233。 油安排在殼側(cè)。油側(cè)的換熱系數(shù)ho450W/(m2K)

28、，水側(cè)的換熱系數(shù)i5850W/(m2.K)。已知30號透平油在運(yùn)行溫度下的物性為l879kg/m3,c11.95kJ/(kgK)。求所需換熱面積。 【解】 油側(cè)的熱流量： qmlcl(t1 - t1) lVlcl(t1 - t1 ) 879391.95(56.9-45)/3600 798000kJ/h221000W冷卻水的溫升 t2- t2 = /(qm2c2)=798000/(47700 4.19)=4 于是，冷卻水的出口溫度為 t233十437計(jì)算參量 P 和 R ： 17. 0339 .5633372122 ttttP33337459 .562221 ttttR查圖1023得 0.97,

29、 平均溫壓為1 .153345379 .56ln)3345()379 .56(97. 0mt按表101取管內(nèi)、外側(cè)污垢系數(shù)為0.0005m2K/W和0.0002m2K/W，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 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10的裕度，取為47.31.10=52.0m2?！纠可侠缋溆推鞯倪M(jìn)口油溫升高到58.7，水的流量、進(jìn)口溫度以及油的流量均不變，求出口油溫和出口水溫?！窘狻浚河秃退臏囟热缟吆芏?，則需考慮物性變化對k的影響?，F(xiàn)在升高甚少，可認(rèn)為傳熱系數(shù)仍為311W/(m

30、2.K)。此題應(yīng)采用 NTU 法計(jì)算。計(jì)算如下：W/K1856036001095. 139879311cqmW/K5552036001019. 447700322cqm334. 05552018560)()(maxmincqcqmm87. 0185605 .51313)/(mincqkANTUm查圖得 0.54。熱流量W58000. 2)337 .58(1856054. 0)()(21minttcqm8 .44185602580007 .58)/(1111 cqttm6 .375552025800033)/(2222 cqttm 7 7 平均溫差法與平均溫差法與 -NTU-NTU法的比較法的比

31、較設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，兩者的工作量差不多，只是平均溫差法要求，可以知道流動布置與逆流的差距，有利于改進(jìn)型式的選擇。校核計(jì)算時(shí)，-NTU法工作量小一些，迭代時(shí)對物性參數(shù) k 的影響也較??；10.5.1 10.5.1 強(qiáng)化傳熱問題概述強(qiáng)化傳熱問題概述mkA tl 增加k ，主流l 增加溫差，常常使不可逆損失增大l 增大傳熱面積強(qiáng)化傳熱的目的：強(qiáng)化傳熱的目的：縮小設(shè)備尺寸；提高熱效率；保證設(shè)備安全。在一定的傳熱面積與溫差下，增加傳熱系數(shù)或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)在一定的傳熱面積與溫差下，增加傳熱系數(shù)或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的技術(shù)，稱為的技術(shù)，稱為強(qiáng)化傳熱技術(shù)強(qiáng)化傳熱技術(shù)?！纠?壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，ho=90W

32、/(m2.K)。冷卻水在管內(nèi)流過，hi=6000W/(m2.K)。冷卻管是外徑為16mm厚1.5mm的黃銅管。求：(a)此時(shí)的傳熱系數(shù)；(b)如管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化？(c)如管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作如何變化？)KW/(m3 .880111.00000149.0000205.019011316ln1112016.013166000112k(b) 略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為)KW/(m174180113166000112k(c) 略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為)KW/(m2 .89901131612000112k解：解： (a) 黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)為111W/(m.K)管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加96%管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加不足1%強(qiáng)化換熱的原則：在熱阻最大的環(huán)節(jié)上下功夫強(qiáng)化換熱的原則：在熱阻最大的環(huán)節(jié)上下功夫一般說來管壁熱阻較小，常常要強(qiáng)化對流熱阻強(qiáng)化對流換熱的原則： (1)無相變的對流換熱：減薄邊界層，加強(qiáng)流體混合； (2)核態(tài)沸騰：增加汽化核心 (3)膜狀凝結(jié)：減薄液膜及加速凝結(jié)液膜的排