课件传热学ht10第十章传热过程和换热器计算

1、Zhu Hua (:)Heat Transfer第十章传热过程和换热器计算Chapter 10 Heat Exchangers10.4 换热器的热设计设计: A=?校核: =?LMTD:-NTU:kAtmqmaxBy Zhu Hua,University换热器的基本方程：1) 传热方程tm ?k ?kAtm2) 热平衡方程 qmhcptco )h (thimccpctcihoqcqhtqcimcthothi qmhtcoBy Zhu Hua,University（1）对数平均温差法设计计算步骤：1、qm1cp1,qm2cp2,t1,t2,t”1 已知；2、确定温度和换热量；1 (t t t )

2、 q1c2c23、计算对数平均温度差tm；4、选定换热器的形式和结构；5、计算两侧换热系数h1,h2,(u,deReNuh)；6、计算传热系数k；kAtm7、计算换热面积A及8、阻力计算P。By Zhu Hua,L；University（2）对数平均温差法校核计算步骤：1、qm1cp1,qm2cp2,t1,t2已知；2、假定t”1 ,计算t”2； q1 (t t t )1c2c23、计算对数平均温度差tm；4、计算两侧换热系数h1,h2 ；5、计算传热系数k；6、计算换热换热量1；7、计算换热换热量1；8、比较1和1 kAtm1 tq19、迭代直至收By敛Zhu 。Hua,University

3、【例 1】一环肋肋片管，管内100蒸汽凝结， hi=12200W/(m2.K), 空气横掠管外，若空气的进出口温度分别为20及25，按管外总表面积计算的ho=72.3W/(m2.K)。肋片管基管外径25.4mm，壁厚2mm，肋高15.8mm，肋厚0.381mm，肋片中心线的间距为2.5mm，基管与肋片均为铝材，=169W/(m.K)。求：当表面洁净时该肋片管的总传热系数k以面积传热量q。及按管外总表面积计算的By Zhu Hua,UniversityBy Zhu Hua,University解：先计算面积Ao、Ai、f及o：根据111R h A wkAh AooiioooAo Ao ln(do

4、 / di ) 1)1k (2 lh oh Aiiwoo4327.6 106 ln(25.4 / 21.4)4327.611 ()2 169 2.51012200 168.1372.3 0.789 50.2W / (m2 K )tm 77.5C又所以 q ktm 50.2 77.5 3.89kW / m2By Zhu Hua,University【例 2】某锅炉省煤器，规格为516mm，热导率=45W/（mK），管内水侧换热系数h2=5000W/（m2K），管外烟气侧换热系数h1=80W/（m2K）。试分析为最有效地增强传热，应在哪个环节采取措施？若省煤器运行一段时间后，管壁上积了一层厚3mm

5、的灰垢层，灰垢的热导率hg=0.116W/（mK），则传热的薄弱环节有无变化？（近似按平壁计算）By Zhu Hua,University解：(1)三个串联环节的各局部热阻分别为（m2K）/W水侧换热热阻 0.00025000h2 31（m2K）/W管壁导热热阻 0.00013345 0.0125 （m2K）/W80烟气侧换热热阻h1By Zhu Hua,University由计算结果可知烟气侧的热阻最大，此为最有效地强化传热，首先应减小烟气侧的热阻。如适当增加烟气流速或在烟气侧加肋等。(2)积灰后，增加了灰垢层热阻 hghg 0.003 0.0258620.116（m2K）/W【】此时的最大

6、局部热阻为灰垢层的导热热阻，为有效地增强传热，首先应清除灰垢。By Zhu Hua,University因例题3分别画出qm1c1qm2c2、qm1c1qm2c2和qm1c1qm2c2时的温度分布曲线：换热器顺流布置换热器逆流布置习题10-8(p.518) 习题10-26(p.520)习题10-27(p.520)By Zhu Hua,University10.5 传热的增强和削弱kAtm1、系统传热的增强：(1) A；(2) tm；(3)k kh1、h2、污垢Rf、壁面等k值比h1和h2中的最小值还要小。h1和h2中的最小值对k值的影响大。121k 21By Zhu Hua,Universit

7、y对于h的增强：如管内强迫对流：Nu 0.023 Re8.0Pr4.04.0p4.06.08.08.00.023h d2.0By Zhu Hua,University增强传热的具体措施：(1)扩展传热面(如p.500图10-38、39、40、41)；(2)改变状况（后详）；使用添加剂改变流体物性（后详）改变表面状况（后详） ； (5)改变换热面形状和大小； (6)改变能量传递方式；减小接触热阻；靠外力产生震荡强化换热。；By Zhu Hua,University12增加流速流道中加物增强扰动34采用旋转装置(2)改变状况采用射流方法喷射传热表面(3)使用添加剂改变流体物性12气流中添加少量固体

8、颗粒在蒸汽或气体中喷入液滴123增加粗糙度改变表面结构(如p.502图10-42)表面涂层(4)改变表面状况By Zhu Hua,UniversitykAtm2、系统传热的削弱：kh1、h2 、壁面等削弱传热的方法(1)覆盖热绝缘材料：热绝缘材料超细粉末热绝缘材料真空热绝缘层(2)改变表面状况：改变表面的辐射特性 x附加抑制对流的元件增加接触热阻 x0 x0By Zhu Hua,University(3) 临界热绝缘直径：存在临界热绝缘直径dc！如何正确地实施保温？ln d21ln dx1Rl22hd dd11w1ins 22xdlossdRl 0 0orddxddx 2hdcBy Zhu H

9、ua,University19qlRRlln dx12d2ins12xddd2dcd2dcd311dln 2 d1University21By Zhu Hua,20【例 4】某外径d2=15mm的管道需要保温，若保温层外表面与空气之间的换热系数h2=12 W/（m2K），试求采用导热系数x=0.12 W/（mK）的石棉制作为保温层材料是否合适?采用导热系数x=0.07 W/（mK）的矿渣棉作为保温层材料是否合适?若因环境条件改变, 保温层外表面与空气之间的换热系数增加为h2=20 W/（m2K）时，是否仍可用(1)的石棉制品?By Zhu Hua,University212x解: 圆筒壁的临界

10、热绝缘直径 dch2x .12 2d(1)0 0mch122管道外径d2dc，因此当在上述条件下,选用矿渣棉作为保温层材料较合适的。By Zhu Hua,University222x .12 0.012m 20(3) dch2管道外径d2dc，因此，当保温层外表面与空气之间的换热系数增加为h2=20 W/（m2）时，采用石棉制品作为保温层材料也合适。球形容器保温是否需要考虑临界热绝缘直径？By Zhu Hua,University233、图解法(Wilson plot)热阻分离法运行中监测换热器的工作性能确定Rti和Rf以管壳式换热器为例：1d0fwhd00By Zhu Hua,Univers

11、ityu8.01d0iiifw8.0d00i保持h0不变，How？1b 1 const.fwh01d0bmX8.0kc0i或者保持hi不变By Zhu Hua,University/10旧1b 新fwh0d0m ii/18.0iBy Zhu Hua,University例题5现有两块平行放置的大平板，温度分别保持T1800K和T2300K，两板的发射率12=0.8，两板间的距离远小于板的宽度和高度。求板1和板2之间的辐射换 热量、两板的自身辐射、有效辐射、反射辐射和吸收辐射，以及对板1、板2的投射辐射（板1和板2可作灰体处理）。解：网络法计算辐射换热的基本概念问题：By Zhu Hua,Uni

12、versity板1和板2之间的辐射换热量 4422110q1 1 112 115176.712 2X 1 5.67 10 800 3004 15.18kW / m22/2 18.0两板的自身辐射108 0.8 0.8 8004 18.58kW / m241425.675.67110108University 3004 0.367kW / m2220By Zhu Hua,有效辐射JJ1 1 J1 1 J1 1 2EE21 1将上述两式联立，得1J1 21m2 1 10.819.43 4.25kW / m2J 0.367221有没有另一种做法？By Zhu Hua,University对板1、板2的投射辐射分别为G1=J2=4.25kW/m2G2=J1=19.43kW/m2反射辐射对投入辐射的反射部分1 G1 G118.0.425 .085kW / m20.819.43 3.886kW / m2E111111 G1 GE22222吸收辐射对投入辐射的吸收部分.425 4.3kW / m2G8