十二传热过程与热交换器

1、第十二章 传热过程与热交换器12-1 传热过程一、通过平壁的传热一、通过平壁的传热 Q=kA(tf1-tf2) Q=kA(tf1-tf2) AttQff21112121111k二、二、 通过圆筒壁的传热通过圆筒壁的传热 三个环节的温度差可表示如下： tf1 tw1=Q/ 1d1 l tw1- tw2=(Q/2l) ln d2/d1 tw2- tf2=Q/ 2d2 l 联立得：ldddlldttQff21212121ln2111 Q=kA(tf1-tf2) 对圆管一般以外侧面积的传热系数k为基准: 21ln21112212dddddk三、通过肋壁的传热三、通过肋壁的传热 未加肋侧的表面积为A1，

2、加肋侧总表面积为A2，包括肋面突出部分的面积A2及肋与肋间的平壁部分A2”两个部分。A2 = A2 + A2” 1.热流体对肋壁内侧的对流换热 ： Q= 1 A1（tf1-tw1） 2.肋内侧与外侧导热 Q=A1（tw1-tw2）/ 3.外侧与冷流体对流换热 Q= 2 A2”（tw2-tf2）+ 2 A2（tw2-tf2）f 联立：以光侧表面面积A1为基准的肋壁传热系数 totAAAQ21121111totk211111肋面总效率 :tot= A1+ A2f / A2 = Ao/Ai 称为肋化系数12-2 热交换器类型一、换热器类型一、换热器类型（一）定义：冷热流体交换热量的设备。（一）定义：

3、冷热流体交换热量的设备。（二二）分类：分类： 1 1、按照工作原理分、按照工作原理分：（1 1）间壁式换热器：冷、热流体由间壁隔开而位于）间壁式换热器：冷、热流体由间壁隔开而位于壁面两侧进行热量交换的换热器。壁面两侧进行热量交换的换热器。（2 2）混合式换热器：冷、热流体通过直接接触、互）混合式换热器：冷、热流体通过直接接触、互相混合来实现热量交换的换热器。相混合来实现热量交换的换热器。（3 3）蓄热式换热器：冷、热流体依次交替流过同一）蓄热式换热器：冷、热流体依次交替流过同一换热面而热量交换的换热器。换热面而热量交换的换热器。 2、按照流动方式分为（1）顺流式：冷、热流体流动方向相同。 （2

4、）逆流式：冷、热流体流动方向相反。 （3）交叉流：冷、热流体流动方向相互垂直。 （4）混合流：上述流动方式的组合。 3、间壁式换热器的主要型式： （1）套管式换热器：（2）壳管式换热器： （3）交叉流换热器：（4）板式换热器 二、热计算公式和污垢热阻（系数）1.热计算公式：传热方程式：Q=KAtm 热平衡方程式： Q= qm1C1（t1- t1）= qmC2（t2- t2） 2污垢系数（污垢热阻）污垢系数（污垢热阻）Rf： Rf = 1/k污 1/k净 三、平均温差 tmax代表t1和t两者中大的，tmin为两者中小的。 对顺流： t1= t1-t2=tmax t= t1-t2=tmin 对逆

5、流： t1= t1-t2 t= t1-t2 tmax取两者中大的，tmin取两者中小的。 其它流动型式的平均温压其它流动型式的平均温压 tm =ttm逆 t查图四、各种流动型式比较四、各种流动型式比较 1、各种流动型式中，tm逆最大，tm顺最小； 2、逆流换热能力最大； 3、对逆流布置应注意高温侧温度过高的问题； 4、如果有一侧流体发生相变，无论是顺流还是逆流，对数平均温压都相等； 5、对蛇形管，弯曲次数大于4次，可按纯逆流或顺流处理； 6、 t值表明流型接近逆流程度，一般在0.9左右，不低于0.8，高温时除外。 五、 换热器的热计算 （一）、热计算类型（一）、热计算类型 1. 1.设计计算：

6、 一般已知qm1C1、qm2C2、t1、t2、t1（或t2） 求K、A。 2.校核计算： 一般已知qm1C1、qm2C2、t1、t2A 、K 求t1、t2 （二）、平均温压法（二）、平均温压法设计计算步骤 1、初步布置换热面，并计算出相应的传热系数； 2、根据给定的条件，由热平衡方程式求出未知温度； 3、由冷、热流体4个温度求平均温压，并注意t具有合适的值； 4、由传热方程式求出所需传热面积A； 5、核算换热面两侧流体的流动阻力，如过大，则重新计算14。 （三）、传热单元数法的校核计算1、效能 =（t-t）max/（t1-t2） 分母为流体在换热器中可能发生的最大温差值，分子为冷流体或热流体在

7、换热器中的实际温差最大的。 如果冷流体的温差大，（t-t）max= t2- t2 如果热流体的温差大，（t-t）max= t1- t1 意义：从温度角度看，是最大可用温差的利用率。 2、热流量Q Q= （qmC）min*（t-t）max Q =（qmC）min*（t1-t2）3 3、热单元数NTU NTU=KA/（qmC）min 4、 与NTU关系 =f(NTU, （qmC）min / （qmC）max, ，流动方式） 可用公式或图求出。5、校核计算步骤： （1）比较冷热流体当量（ qmC）min /（qmC）max大小，求NTU； （2） 根据图中和NTU及（qmC）min /（qmC）ma

8、x的关系求； （3）计算热流量Q =（qmC）min*（t1-t2） 4） 利用热平衡方程求t1、t2。 （四）、换热器设计时的综合考虑：四）、换热器设计时的综合考虑： 1、换热器设计是个综合性问题：初投资、运行费用、安全可靠等因素，最佳的综合技术指标。热计算是一个局部，还有流动阻力、材料强度、技术经济分析等。 2、换热器设计时，要对一些主要影响因素做全面考虑：如流速高可以增强传热，节省初投资，但使运行费用增加，引起水蚀和震动振动；如低则会引起积垢。有最优化设计问题。 3、应考虑具体问题：如管间距、管距选择，既要考虑换热，又要考虑清洗，根据经验作恰当选择。 例题：在一台螺旋板式换热器中，热水流

9、量位2000kg/h, 冷水流量位3000kg/h热水进口温度t1=80，冷水进口温度t2=10。如果要求将冷水加热到30，水的比热C=4200J/kg.k，传热系数k=300w/m2 k，求顺流和逆流时的平均温差及面积。 解：Q=qm1C1（t1-t1）=qm2C2（t2-t2） 2000/3600*4200（80-t1）=3000/3600*4200（30-10） Q=70（k w ） t1=50（） 1、顺流： tmax = t1-t2=80-10=70（） tmin= t1-t2=50-30=20（） tm=70-20/（LN70/20）=39.9（） Q=KAtm A=Q/Ktm A

10、=70000/300*39.9=5.85 （m2） 2、逆流： t1= t1-t2=80-30=50（）=tmax t= t1-t2=50-10=40（）=tmin tm=50-40/（LN50/40）=44.8（） Q=KAtm A=Q/Ktm A=70000/300*44.8=5.21（m2） 逆流布置时，tm比顺流时大12.3%。在相同的传热量和同样的传热系数下，只要将顺流系统改为逆流系统，就可减少12.3%。 12-3 增强传热的方法和热绝缘的应用一、增强传热的途径：Q=KAtm.增加.加大冷热流体温差.提高K21111k二、临界热绝缘直径临界热绝缘直径 R=1/1d+(lnd/d)/21 +(lndx/d)/22+1/ dxdx 绝缘层外经。 对上式求导： dR/d dx=（1/dx）*（1/22 - 1/ dx）=0 dx= dCR=22/ dCR临界热绝缘直径 ddCR ，加保温层热量增大， ddCR，加保温层热量