操作型换热器流体出口温度的确定

1、第27卷第5期 辽 宁 工 学 院 学 报 V ol.27,No.52007年10月 Journal of Liaoning Institute of Technology Oct.2007收稿日期:2006-10-10作者简介:闫绍峰(1963-,男,辽宁锦州人,副教授,硕士。操作型换热器流体出口温度的确定闫绍峰1,隋博远1,2,李 红3,王锦阔4(1.辽宁工业大学 机械工程与自动化学院,辽宁 锦州 121001;2. 辽宁石化职业技术学院, 辽宁 锦州 121001; 3. 锦州石化实业公司 冷换设备制造厂, 辽宁 锦州 121001; 4. 锦州石化公司 技术发展处, 辽宁 锦州, 12

2、1001摘 要:操作型换热器计算在换热器的设计中历来都是难点,其解决办法一般都采用试差法或传热单元法(图表法,缺点是计算过程繁锁、精度低。通过理论分析,推导出流体出口温度。结合计算机技术,其计算过程简捷,且精度高。关键词:换热器;解析式;热量平衡;流量中图分类号:O351 文献标识码:A 文章编号:1005-1090(200705-0325-02Determination of Fluid Outlet Temperature for OperationalHeat ExchangerYAN Shao-feng 1 , SUI Bo-yuan 1,2 , LI Hong 3, W ANG Ji

3、n-kuo 4(1. Mechanical Engineering & Automation College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China; 2. Liaoning Petrochemical Occupation College ,Jinzhou 121001,China; 3. Cold Exchanger Plant of Petrochemical Company ,Jinzhou ,Jinzhou 121001,China; 4. Tech-development Sector, Jinzhou P

4、etro Chemical Co, Jinzhou 121001, China Key words: heat exchanger; analytical equation; heat budget; discharge amountAbstract: The computation of the fluid outlet temperature in the operational heat exchanger has always been the thorny point in the design of the heat exchanger. The most commonly use

5、d solutions to this point are known as the trial and error method and the heat transfer unit method (charts, which have the shortcomings in complex computation and low precision. Based on the theoretical analysis, the fluid outlet temperature has been inferred with the combination of the computer te

6、chnology. The new computation is simple and direct, having high degree of precision.在实际设计中,换热器的操作型计算问题是经常遇到的,常见的有两种命题形式,第一类命题是给定传热面积以及有关尺寸,冷、热流体的物理性质,冷、热流体的流量和进口温度以及流体的流动方式,求冷、热流体的出口温度;第二类命题是给定传热面积以及有关尺寸,冷、热流体的物理性质,热流体的流量和进、出口温度,冷流体的进口温度以及流动方式,求冷流体的流量及出口温度。无论哪一类命题,传统方法一般都采用平均温差法和传热单元法,其缺点是过程繁锁,精度低,且

7、需要图表求解。而本文是根据传热过程的基本方程式和热量平衡方程式,推导出流体出口温度,再利用编程技术,即可求出流体出口温度,整个过程简捷、迅速,且精度较高。1 流体出口温度的推导1.1 第一类命题:(以逆流为例第一类命题可由传热过程的基本方程式和热量平衡方程式采用消元法求出流体出口温度的解析式。传热过程基本方程式:326 辽宁工学院学报 第27卷12211221(ln(m T t T t Q KA KAt T t T t = (1 式中:Q 为传热速率(W ,K 为总传热系数(W/(m 2,A 为传热面积(m 2,t m 为传热平均温差(,T 1,t 1为热、冷流体进口温度(, T 2,t 2为

8、热、冷流体出口温度(。热量平衡方程式:(21T T c q Q ph mh h = (2(12t t c q Q pc mc c = (3式中:h Q ,c Q 为分别为热、冷流体的传热速率(W ,mh q ,mc q 为分别为热、冷流体的质量流量(kg/s ,ph c ,pc c 为分别为热、冷流体的比热 (J/kg。 由式(1和(2得: 1(ln21121221T T t t c q KAt T t T phmh = (4由式(2和(3得:pcmc phmh c q c q T T t t =(2112 (5 1212(t T T c q c q t pcmc ph mh +=(6将(5式

9、代入(4式整理有:+=pcmc ph mh c q c q KA t T t T 11exp /(2112 (7 将(6式代入(7式整理有:21111221(1(K K T K t K T =(812111212(1(t K K t T K K t +=式中:pcmc phmh c q c q K =1,=pcmc ph mh c q c q KA K 11exp 2. 1.2 第二类命题第二类命题必须直接处理非线性的传热基本方程式,采用迭代法逼近,直至设定值t 2和计算值t 2*之差小于规定的允许值即:*22t t . 计算过程:假设冷流体出口温度t 2,由式(2和式(3可得mc q ,由此

10、计算给热系数2和传热系数K ,再由(4式计算*2t ,如计算值*2t 和设定值相符t 2,则计算结果正确。否则应俢正设定值,重新计算。2 流体出口温度编程计算框图2.1计算框图图1 第一类命题框图图2 第二类命题框图2.2 应用实例某气体冷却器,总传热面积为20 m 2,用以将流量为1.4 kg/s 的某气体从50 冷却,使用的冷却水初温为25 ,流量为0.215 kg/s ,换热器的传热系数为230 w/(m ,气体的平均比热容为 1.0 kJ/(kg 。在C 语言环境下,按下Ctrl+F9后,只许输入q mc 、q mh 、c ph 、c pc 、A 、K 、T 1、t 1等数值,即可计算出中间变量w 1、w 2、w 3 ,然后逆流计算输入0,(按并流计算输入0以外的任何数。再按alt+F5,并按回车键,即可得到运算结果。逆流时T 2=34.992 ,t 2=48.413 ,(手工计算T 2=35 ,t 2=48.