换热器计算课件

传热过程分析与换热器热计算本章的学习目的分析实际传热问题的能力综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力了解换热器的基本知识和设计过程§

7-1传热过程的分析和计算

传热过程？基本计算式(传热方程式)？式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，K的计算公式也不同。1通过平壁的传热K的计算公式？说明：(1)h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)单相对流：膜态沸腾：(7-24)(6-23)2通过圆管的传热hiho内部对流：圆柱面导热：外部对流：其中：3通过肋壁的传热肋壁面积：稳态下换热情况：A1A2Ai肋面总效率定义肋化系数：

则传热系数为所以，只要就可以起到强化换热的效果。4带保温层的圆管传热——临界热绝缘直径圆管外敷保温层后：可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是增强还是削弱呢？这要看d/ddo2和d2/ddo22的值可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也就是说，do2在do1~dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时，降低。or§

7-2换热器的型式及平均温差换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置2换热器的分类：三种类型换热器简介3间壁式换热器的主要型式套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形顺流逆流(2)管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。增加管程进一步增加管程和壳程(3)交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。(c)板翅式交叉流换热器(4)板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。(5)螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。4简单匠顺流抽及逆债流换狡热器榨的对矮数平铺均温轨差传热糟方程茫的一疗般形切式：这个弟过程过对于扩传热饱过程里是通扯用的插，但结是当会温差腊沿瓜整个拦壁面书不是丧常数互时，棍比如狭等壁僚温条驻件下逆的管写内对宏流换鄙热，厉以及倾我们虾现在牲遇到步的换扯热器范等。保对于只前者烫我们鲜曾经狡提到伐过对略数平缺均温淘差(L犹MT野D)的公温式，糕但是度没有默给出芒推导鸟。下各面我射们就有来看馋看LM东TD的推潮导过该程dthdtcthtc以顺流情况蛾为例庸，并岛作如扩下假乌设：（1）冷谁热流吸体的氧质量牙流量qm栋2、qm辟1以及垃比热住容c2煮,c左1是常锡数；(2乞)传热热系数冶是常归数；害（3）换宗热器弱无散乖热损汗失；理（4）换责热面健沿流呈动方割向的估导热急量可院以忽丘略不牌计。要想栏计算英沿整蜜个换霉热面免的平晶均温懒差，乌首先辉需要织知道首当地箩温差会随换吴热面格积的摊变化专，即蓬，然框后再提沿整谎个换口热面来积进军行平很均在前隙面假衰设的构基础夸上，离并已分知冷考热流弦体的隶进出吗口温就度，壁现在才来看询图7-赶13中微讯元换片热面dA一段泻的传幕热。奖温差乎为：在固斗体微技元面dA内，贵两种纵流体范的换价热量减为:对于泻热流签体和快冷流届体:可见烤，当惰地温住差随执换热针面呈未指数抱变化祖，则项沿整闻个换县热面京的平惊均温强差为惠：(1葛)(2翠)(3言)(1引)+冰(2缎)+仰(3胜)对数荣平均槐温差顺流生：逆流壤时：其他粱过程迁和公赌式与慢顺流拴是完诸全一器样，耀因此宰，最滩终仍煮然可格以得到像：顺流声和逆突流的柏区别克在于都：顺流患：逆流难：或者弹我们富也可自以将命对数驴平均焰温差芝写成招如下星统一敢形式(顺流钱和逆趴流都汪适用)5算术羽平均驻温差平均绢温差迁的另算一种似更为吸简单疼的形销式是慢算术难平均务温差漠，即算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当时，两者的差别小于4％；当时，两者的差别小于2.3％。6其他件复杂证布置痕时换而热器喜平均轻温差姜的计林算以上流所讨求论的拴对数漂平均守温差(L惨MT粥D)只是痕针对谅纯顺碧流和欣纯逆澡流情私况，涛而这雄种情漂况的穿出现对是比极较少号的，夜实际悠换热间器一逝般都顷是处诊于顺韵流和如逆流帮之间眨，或会者有电时是烧逆流亚，有嚷时又龄是顺若流。斯对于厚这种犯复杂罚情况约，我疯们当慌然也腐可以誉采用沾前面艺的方沃法进凤行分犬析，御但数早学推谊导将荡非常雅复杂软，实遥际上点，逆意流的呈平均隆温差尿最大阴，因添此，诊人们茎想到再对纯浩逆流遭的对氧数平搭均温涉差进灰行修桌正以许获得她其他指情况唐下的挺平均微温差督。是给娇定的串冷热乒流体饱的进零出口改温度餐布置振成逆扭流时练的LM挽TD，是众小于1的修舰正系结数。端图7-脖15陆~忙7西-1杆7分别玩给出衣了管歇壳式键换热己器和贱交叉征流式采换热屠器的测近。关于婶的喇注意府事项（1）触值取列决于州无量苦纲参很数P和R式中相：下椒标1、2分别摧表示致两种咸流体浓，上蛮角标`表示甜进口秘，``表示国出口概，图闪表中撕均以P为横协坐标寇，R为参盖量。（3）R的物恒理意舟义：星两种犬流体匀的热卸容量生之比（2）P的物弱理意贸义：爪流体2的实蹦际温屈升与晃理论促上所态能达准到的最激大温呜升之油比，称所以刘只能绳小于1（4）对于彼管壳蛋式换肚热器唉，查甲图时秒需要川注意桌流动还的“丧程”牢数7各种街流动筐形式夹的比惩较顺流钻和逆男流是姑两种秩极端行情况迈，在板相同宵的进恭出口竿温度清下，竟逆流气的吼最大宫，顺旁流则软最小或；顺流源时天，而稳逆流绑时，谜则歇可能陪大于犬，可苍见，体逆流阔布置幼时的鞭换热让最强老。InOutInOut(3茂)那么价是不敏是所派有的释换热尼器都膜设计济成逆鹊流形拆式的亩就最腐好呢材？不维是，彻因为虎一台臂换热叛器的提设计侧要考黎虑很财多因茂素，俗而不务仅仅矩是换钱热的娇强弱反。比覆如，守逆流鹿时冷店热流懂体的会最高苗温度销均出回现在验换热轮器的震同一茅侧，小使得事该处茂的壁禾温特再别高拥，可泥能对磨换热屈器产旋生破刑坏，抽因此琴，对的于高普温换均热器春，又茅是需待要故货意设适计成碍顺流(4绒)对于古有相宴变的悔换热举器，宏如蒸版发器航和冷软凝器宝，发富生相姜变的碑流体史温度剩不变酸，所仅以不蚂存在柄顺流忽还是托逆流孔的问叔题。xTInOutxTInOut冷凝蒸发§7-莲3换热妈器的危热计肝算换热撇器热谨计算胳分两眉种情粗况：设计扇计算和校核熊计算(1炼)设计搏计算葛：设计埋一个晶新的蜂换热指器，萌以确奖定所楚需的填换热级面积校核手计算炮：对已旨有或芝已选貌定了广换热敢面积阀的换颂热器爆，在赢非设计工陪况条猛件下度，核抓算他蝴能否帮胜任稀规定孝的新糊任务石。换热装器热吨计算谱的基鲜本方奸程式醋是传热些方程童式及热平丧衡式式中骗，赔不是伙独立烧变量梳，因船为它争取决瓜于校以话及换妥热器绞的布轧置。话另外穗，根靠据公币式(7纱-1秒5)可是愧，一民旦和辽以煎及须中的末三个宪已知夏的话府，我们就件可以鹿计算窃出另竖外一栽个温延度。叮因此呆，上盛面的那两个帜方程中共躲有7个未予知数呜，即需要使给定醒其中平的5个变添量，华才可编以计平算另女外三陈个变拐量。对于设计李计算而言瓦，给甘定的片是元，以世及进海出口温度谊中的斑三个固，最捏终求对于校核蚁计算而言踢，给同定的槽一般圈是碍，帖以及2个进恒口温度弓，待束求的斤是换热以器的机热计忧算有令两种签方法叹：平均捞温差励法效能-传热币单元索数(-宵NT孙U)法平均齐温差代法：就是桂直接榴应用产传热连方程滔和热街平衡烘方程贸进行雅热计算醒，其此具体男步骤及如下蔽：对于设计醉计算腿（已球知缴，熟及进幕出口诸温度徐中的西三个漆，求娱）初步妇布置劈燕换热甚面，引并计无算出替相应欧的总从传热仗系数k根据谜给定灵条件趴，由卷热平册衡式悟求出抱进、虚出口训温度暂中的涂那个效待定艘的温昂度由冷论热流及体的4个进吃出口敞温度寨确定端平均招温差由传吩热方缓程式谣计算乳所需跳的换呆热面烈积A，并笔核算季换热护面流鸽体的楼流动宿阻力如果产流动晴阻力离过大降，则搏需要肢改变城方案讨重新茎设计表。对于校核帮计算逝（已恶知尿，及及两个刮进口期温度扛，求雅）先假佩设一松个流抓体的简出口堪温度况，按夹热平茄衡式裹计算政另一捕个出液口温谅度根据4个进歉出口锈温度棕求得狂平均丹温差根据放换热轻器的耀结构幕，算制出相搂应工殊作条遍件下证的总候传热圆系数k已知kA和壁，按季传热个方程杯式计耕算在营假设蒸出口增温度摇下的根据4个进耕出口阵温度爬，用好热平呀衡式降计算惜另一姥个艘，施这个配值和含上面哄的现，满都是淋在假莫设出番口温斧度下茎得到锦的，背因此责，都折不是明真实连的换胳热量比较筹两个捡值，两满足鱼精度驰要求今，则纷结束蚕，否索则，拨重新寺假定亏出口做温度址，重志复(1届)~莫(6号)，直万至满帅足精述度要震求。2效能-传热朵单元散数法(1凡)换热沾器的禾效能颂和传网热单述元数换热东其效百能的泊定义贵是基狼于如茅下思障想：万当换算热器绳无限葬长，密对于只一个逆流抽换热捐器来讲左，则勿会发家生如油下情加况a当致时别，水，则b当稼时害，合，则于是鉴，我惕们可琴以得雷到然而等，实厉际情傍况的雄船热杂量q总是仍小于干可能披的最友大传精热量qma刚x，我傅们将q/部qma免x定义假为换务热器葬的效教能，洋并用跪表示抱，即对于询一个申已存栗在的别换热译器，毕如果印已知陪了效焦能灯和冷肌热流速体的僵进口若温差剂，则司实际封传热阶量可喂很方锦便地抓求出那么类在未沫知传叮热量蛇，之冰前，替库又累如何伟计算斧？和绑那些朴因素雄有关锈？以顺流换热筑器为您例，债并假磁设察，度则有根据例热平杠衡式殊得：于是式①，塞②相加元：热容似比①②式①代入陆下式遍得：++当榆时，扁同样径的推婆导过衡程可粪得：上面的推导过程得到如下结果，对于顺流：当时上面亦两个筛公式心合并农，可群得：换热扑器效馒能公衣式中搅的厚依赖私于换宇热器保的设忙计，镇则依碎赖于呢换热祝器的渣运行消条件控，因猪此，势在盈一定左程度蹲上表羽征了催换热申器综彩合技匠术经迎济性珠能，升习惯圆上将诸这个研比值也（无虑量纲暴数）浆定义嚷为传仆热单顾元数NT机U，即因此度，与顺弊流类垂似，逆流时：当冷热流体之一发生相变时，相当于，即，于是上面效能公式可简化为当两疲种流腊体的爪热容悟相等施时，殿即公式供可以支简化浸为顺流借：逆流肾：（倾，浩及两箩个进置口温盛度，赵求扫）(2邻)用效防能-传热遍单元冷数法董计算蹲换热辽器的院步骤a设计即计算显然店，利司用已帅知条世件可夹以计暑算出斗，而这带求谨的k，A则包将含在NT骑U内，番因此唤，对卖于设胀计计袍算是非已知猾芝，求NT委U，求还解过盯程与绸平均惭温差捎法相久似，璃不再盾重复b校核戴计算由于k事先游不知领，所报以仍托然需这要假姐设一派个出夹口温贯度，键具体柱如下鼻：①假设缺一个闭出口涛温度须，利挂用热悉平衡变式计饰算另扯一个②利用霸四个呈进出愈口温呀度计涛算定雕性温每度，撇确定程物性花，并沿结合蔬换热古器结扇构，眉计算竭总传抚热系雅数k③利用k,猎A计算NT倾U（，及进出口温度中的三个，求）④利用NT惠U计算⑤利用(7抽-1蒜7)计算，饭利用(7麦-1栋4)计算屑另一勿个⑥比较勒两个，加是否炒满足芳精度匹，否辜则重岛复以氏上步挣骤从上蹲面步橡骤可浊以看触出，则假设朱的出术口温育度对蛮传热喝量的究影响朗不是孤直接乱的，指而是蛋通过馅定性役温度油，影惑响总顶传热亭系数孩，从池而影搅响NT钩U，并钳最终锅影响瞒便值鬼。而取平均叼温差失法的胁假设乖温度杏直接毁用于僚计算监炉值，因显然岔-N狭TU法对短假设你温度叼没有侮平均照温差露法敏地感，取这是邀该方坡法的恼优势赏。3换热四器设盒计时变的综林合考粮虑换热而器设陷计是外综合色性的银课题灰，必炉须考森虑出建投资给，运联行费掉用，辣安全致可靠慎等诸画多因遭素。4换热网器的融结垢速及污腥垢热猎阻污垢倡增加逆了热盗阻，齿使传和热系剖数减萍小，扇这种搁热阻冠成为择污垢干热阻琴，用Rf表示膊，式中怖：k为有鹊污垢滤后的砌换热个面的货传热亚系数蔬，k0为洁镜净换烛热面的传某热系讯数。对于朵两侧狗均已膨结构醒的管坊壳式踩换热签器，赌以管止子外悉表面照为计哈算依削据的颂传热浅系数暖可以魂表示扯成：如果失管子字外壁些没有过肋化柿，则级肋面士总效河率o=山1。管壳赵式换塞热器爽的部蒜分污肯垢热陆阻可瓜以在亦表7-犬1种查勿得。§7-糟4传热学的强奏化和两隔热黑保温望技术强化弦传热妖的目厚的：缩小兰设备属尺寸造、提物高热鸟效率孝、保巴证设窄备安串全削弱积传热诉的目做的：减少病热量都损失根据戏不同冤的需捉求，跃对于建实际购传热牢的传屿热过因程，收有时挣需要制强化烂，有番时则孙需要震削弱志。显倡然，瞒根据呜不同汤的传仔热方息式，纠强化固和削蛋弱传呆热的威手段邮应该搭不同享，本轻节主蜂要针溜对对流跌换热戚过程拢的强晓化和邮削弱1强化民传热哲的原病则和驴手段(1诊)强化搁换热味的原念则：哪个剧环节蒙的热吵阻大晒，就厚对哪胶个环明节采笛取强告化措锣施。举例轰：以爱圆管看内充僻分发井展湍朴流换印热为穿例，救其实羡验关炒联式押为：(2胆)强化即手段:躁a无源恰技术(被动日技术)；b有源潜技术(主动漏式技顶术)a无源营技术(被动稻技术)：除伶了输汽送传义热介欺质的检功率呈消耗精外，术无需送附加精动力其主昌要手趣段有捆：①谎涂层填表面凤；②着粗糙邪表面(图7-南27斧)；③腿扩展葱表面(图7-酬27蚁)；④挣扰流止元件(图7-低30射a)；⑤范涡流睬发生建器(图7-固30岔b)；⑥鄙螺旋抖管(图7-遗30大c)；⑦画添加消物；网⑧统射流碰冲击穗换热b有源气技术(主动梯式技忧术)：需猫要外帐加的趣动力其主匙要手焰段有悦：①强对换君热介移质做留机械宪搅拌脱；②仆使换罢热表摇面振尚动；哲③使称换热脚瘤体猛振动师；④令将电尿磁场那作用耀于流宿体以言促使得换热伟表面攀附近秤流体昨的混标合；仔⑤将嘴异种赶或同载种流执体喷础入换垄热介眼质或耐将流找体从冬换热唱表面均抽吸锈走。对换凳热器勤而言渣，随丈着强贼化措娘施的片完善搂，污难垢热本阻有败时会隆成为昼传热鼻过程页的主捐要热菜阻，迫因此鼓，需是要给深换热亲器的罢设计溪提供难哈里困的污气垢热狱阻的建数据指，这昆就需狐要实地验测愉定，湖可是失实验赞测出姓来的伤是总许表面勉传热袄系数业，那言么如图何将编总的霜传热骨系数征分成胁各个躲环节骡的热准阻呢贼？下韵面的孟威尔我逊图裹解法抬提供忠了一座种有炮效途具径2确定域传热辜过程愚分热吧阻的线威尔嫌逊图烘解法利用吧数据腾采集奴系统嗽可以殊测定由壁面淡和流息体的持温度里，从奖而获秀得平努均温慎差，匪利用唯热平凉衡方净程式尖获得终热流贸量，餐换热狠面积趴可以相根据授设计于情况竖获得乖，这酿样就批可以栽通过风传热惧方程净式计眯算出原总表神面传臂热系惑数。肃这是威尔兰逊图讨解法的基迫础。我们污已管端壳式替换热见器为盒例，竹说明要如何水应用房诚威尔盛逊图怎解法焦获得田各个酷分热宁阻。巷总表肢面传恰热系伙数可子以表幸示成烟：工业讯换热洒器中洋的管去内流位体的及流动酱一般袋都是梳处于话旺盛荷湍流竹状态运，hi与流怀速u0当.7成正羞比，命因此链，可沸以写右成钳的形兴式，包带入吵上式联：如果亏能保密持ho不变蔑，Rw壁面吉的导座热热肤阻不晒会变洗化，Rf在短殖时间妹内不亲会有红大的炼改变档，因原此，关上式贤右边纪的前旁三项蹄可认扑为是乳常数戴，用b表示畅，物招性不悼变的帽情况林下，仪可念以认蕉为是常数倾，用m表示害，于富是上秋式可悔变为改变赶管内交流速u，则收可以宵测得漂一系际列的律总表亚面传猾热系拌数，稼然后振绘制丽成图巩，则筒是一胆条直魂线，愁如图(7旅-3豆1)所示从这冲个图蓄中可辉以获消得b，m，和ci，从使而，奋管子艳内侧很的对使流换全热系昆数这样回就将仔内部口热阻肾从总氏传热复系数伪中分两离出云来，绪然后柄，当算换热有器运阶行一停段时洗间后僻，再耕进行逐同样映过程仁的测乞量，攻可以宏获得兵另外睁一条饥曲线匙，则赤两条戒曲线妇截距荷之差掘就是脏污垢学热阻性，这钓样又筑把污劲垢热亡阻分短离出枪来了光。威尔齿逊图拢解法披的前堪提是化有一剂侧的掀换热墙热阻扫基本哲保持加不变呆，有毙时候扁这格薯条件状很难辫被满枣足，冒因此脾，后辫来人汤们提误出了督一种禁修正削威尔隆逊图扁解法狮。3隔热千保温听技术(1抚)需求扮背景(2郑)高于亚环境老温度房诚的热贷力设叠备的等保温莫多采舅用无再机的强绝热俩材料(3字)低于搏环境裁温度台时，巡寿有三被个档瓣次的