管壳式热交换器设计全解

1、第2节热交换设备的传热补正算的基本方法，本章要求掌握的内容：传热过程的补正算对数平均温度差的补正算间壁式热交换设备的设定补正算和补正算。热交换设备热校正计算的基本原理、1.1热校正计算基本方程1.2平均温度差法1.3效率传热单针织面料数法(传热有效度) 1.4热交换设备热校正计算方法的比较1.5流体流动方式的选择、1.1热校正计算基本方程、热交换设备的热交换面积f入口温度、产水量、比热、出口温度、 两流体入口温度差、两流体的出口温度差、1、传热方程式：、工序上，在热交换设备的任一个微小元件传热面上的传热，2、热平衡方程式：适用于任意流体、分别适用于热流体和冷流体的质量流率、Kg/s、分别为热流

2、体和冷流体的焓、J/Kg， 分别对应于两流体定压质量比热、j/即W/K、单位温度的变化而产生的流动流体的储能系统速度分别为热、冷流体的出入口温度范围内的平均定压质量比热、J/(Kg )、研究： 考虑1热损失时：或两流体在热交换设备内的温度变化与他们的热容量成反比，3为=Q，在热交换设备内热容量越大的流体，温度变化值越小，热容量越小的流体，温度变化值越大，在修正、4流体的热容量时， 也可以看出m和c的单位必须一致的2.2热交换设备的传热修正计算的基本方法：平均温度差法效率(性能)传热单针织面料法(NTU )一、平均温度差法、流体1的发热值、流体2的吸热量、热交换设备的传热热量、热交换设备向外部的

3、散热热量、流体1的发热值、流体2的吸热量， 从微单元传热面传递来的热流量：工序上：平均传热系数Km、平均温度差tm、13、二、平均温度差、流体的温度分布1、等温过渡相的传热2、热流体等温冷凝、冷流体温度持续上升的冷流体等温沸腾、热流体温度持续降低。 3、不发生相变的顺流逆流4、冷凝机(蒸发器)内的温度变化状况5、由可凝结蒸汽和非凝结瓦斯气体构成的热流体.1简单顺流和逆流热交换设备的对数平均温度差、传热方程式的一般形式：流动形式不同，冷热流体温度差的沿着热交换面的变化规则也不同. 三、 关于热交换设备中的传热过程的对数平均温度差的修正，以顺流的情况为例，(1)冷热流体的质量流率qm2、qm1以及

4、比热C2、C1为常数，(2)传热系数为常数，(3)热交换设备没有散热损失，(4)热交换面的流动方向的导热量可以忽略。 要计算沿整个热交换面的平均温度差，必须首先知道当地温度差随热交换面积的变化，然后沿整个热交换面积进行平均。 基于假设，我们知道冷热流体的输入输出通讯端口温度，现在我们来看看图中的微单元热交换面dA的一段传热。在固体微单元面dA内，两流体热交换量为：相对于热流体：冷流体：当地温度差根据热交换面而指数变化时，可知沿着热交换面整体的平均温度差为：(1)，逆流时：时：不断对数平均温度差统一表示方法lmtd (logarithmic-meantemperaturedifference )

5、表示始端和终端的最大和最小的温度差。 在、式中，平均温度差的另一个更简单的形式是算术平均数温度差，即使用条件：只要流体的温度沿着传热面不怎么变化，就可以在范围内使用算术平均数温度差。 算术平均数和对数平均温度差、算术平均数温度差相当于温度直线变化的情况，所以总是比相同的进出口温度下的对数平均温度差大，其中，两者的差小于4，两者的差小于2.3。 2复杂配置时的热交换设备的平均温度差的补正、非混合流和混合流的不同：以错流为例，带翅片的管束被限制为在管外侧流动的气体在翅片之间分别形成独立的通路，不能在与流动垂直的方向(横向)上自由流动，也不能自身混合，该气体但是，管内的流体属于非混合流。 3、其他流

6、动模式时的平均温度差、逆流模式中算出的对数平均温度差、温度校正因数，在相同的流体进出口温度条件下，以某流动模式工作时的平均温度差与逆流工作时的对数平均温度差之比， 在相同的流体进出口温度条件下，逆流动作所需的传热面积和以某个流动形式动作所需的传热面积之比(传热系数相等的条件小)、值的大小表示某个流动形式的热交换设备在某个动作条件下接近逆流形式的程度，一般的设定修正时为0.9、0.75的情况下，被认为设定修正不合理。 总是在0或1以下，值的求法，逆流时的对数平均温度差是：p的意思：冷流体的实际吸热量和最大可能的吸热量的比例称为温度效率。 P1 r的含义：冷流体的热容量与热流体的热容量之比，R1、

7、R=1或R1。 可以将：表示为p和r的函数，并为了简单的校正，引入两个辅助残奥仪表：温度效率、热容量比、的实际吸热量与最大可能吸热量的比率总是小于1，而冷流体的热容量与热流体的热容量的比率可以大于1，例如关于管路双位数流动的壳和管片式换热器，(导出)，2个流体中仅1个在横向混合的片偏移式热交换设备的值为，温度校正因数与流体的流动的形状无关，对于某特定的流动的形状为辅助残奥计p，对于仅1个流体在横向混合的错流式热交换设备在工序上，为了使修正运算变得容易，多将求出的式子制成线图，可以调查图来求出。 壳和管片式换热器的。图1、等多流壳和管片式换热器的校正因数、互联数据式热交换设备的、图2、等多流壳和

8、管片式换热器的校正因数、其它流式热交换设备中，传热式的平均温度的修正计算关系式复杂，工程上往往使用修正格拉夫完成其对数平均温度差的修正计算。具体方法是(a )根据热交换设备冷热流体的出入口温度，以逆流方式计算相应的对数平均温度差，(b )根据修正统计图表从两个无量纲检测校正因数，(c )最后叉流方式的对数平均温度差，图3交叉流，两个流体分别不混合时的校正因数，图4一次交叉流， (3)R的物理意义：两种流体的热容量之比；(2)P的物理意义：流体2的实际温度上升与理论上能够达到的最大温度上升之比，只有1以下；(4)关于壳和管片式换热器， 从流动的“行程”数中需要留心的值的大小可以看出，某一流动方式

9、在规定情况下接近逆流的程度。 在(6)设定订正中优选为0.9，若为0.75则被认为不合理。 以降低墙温为目的排除在外。 (7)在r超出线图所示的范围或一部分区域的值难以读取的情况下，能够用p和r来检查图。 p和r意味着在热交换设备中的两个流体交换之后，下标1变为冷流体，而下标2变为热流体之后，p和r可用p和r表示。 各流动形式的比较、顺流和逆流在两种极端情况下，在相同的进出口温度下逆流的最大、顺流最小的顺流时、逆流时可能更大，可知逆流配置时的热交换最强。In、Out、(3)1台热交换设备的设定修订，不仅要考虑热交换的强弱，还需要考虑很多因素。 例如，逆流时的冷热流体的最高温度全部出现在热交换设

10、备的同一侧，那里的壁温特别高，有可能对热交换设备造成破坏，所以对于高温热交换设备，需要有意地设定修正下溢。 在具有x，t，In Out，x，t，In Out，冷凝，蒸发，(4)蒸发器和冷凝机等相变化的热交换设备中，由于相变化的流体的温度不变化，所以不存在(1)设定修正计算：设定新的热交换设备，确定必要的热交换面积的修正计算：已有的或者已经热交换面积热交换设备热补正算的基本方程必须给出传热方程式和热平衡公式、热交换设备热补正算、2种设定补正和2种设定补正方法、1.2种设定补正和2种设定补正方法、独立变量：其中5个变量才能补正其他3个变量。 在校正计算中，一般赋予a和两个进口温度，在设定校正计算中

11、，赋予进出口温度中的三个，最终求出a，预备配置热交换面，校正相应的总传热系数k，并根据规定的条件从热平衡公式进行，直接应用1、设定校正计算、平均温度差法：传热方程式和热平衡方程式而进行热已知有： (1)首先，假定一个流体的出口温度，利用热平衡公式校正另一个出口温度；(2)根据4个进出口温度求出平均温度差；(3)根据热交换设备的结构计算相应工作条件下的总传热系数；(4)根据传热方程式校正假定出口温度下的传热量基于4个进出口温度，用热平衡式修正另一个，该值和以上的值全部假定出口温度而得到，因此比较不是真正的热交换量的(6)2个值，若满足精度要求则结束，若不满足精度要求则重新假定出口温度，重复(1)

12、-(6)直到满足精度要求2、校正计算、1、等温有过渡相传热，2、热流体等温凝结，冷流体温度不断上升，冷流体等温沸腾，热流体温度不断下降，3、无过渡相顺流逆流顺流两个流体向同一方向流动，逆流两个流体向相反方向平行流动，4、冷凝机、冷凝机三、 流体的比热或传热系数变化时的平均温度差在流体的比热不随时间变化时，流体的温度变化与吸收或放出的热量成比例，两者表示线性关系。 1 .流体比热变化时的平均温度差、积分平均温度差的修正计算起点：各短语中的传热温度差可以通过对数平均温度差或算术平均数温度差的方法来修正。在研究的温度范围内比热随温度显着变化时(23倍以上)，适用积分平均温度差进行修正。 校正步骤：

13、(1)创建q-t图；(2)分段q-t图，并对Qi进行校正。 (3)求出各级的对数平均温度差或算术平均数温度差；(4)校正积分平均温度差。 在各级传热面、总传热面、使用状况(1)的热交换过程中，当一个流体在蒸发制冷和冷凝、过冷或加热和沸腾过热时，比热急剧变化，必须考虑阶段性的修正。 (2)热流体中含有不凝聚瓦斯气体时，此时放出的热量与温度的变化不成比例，因此此时也必须阶段性地修正平均温度差。 2 .如果流体传热系数变化时的平均温度差、传热系数的变化可靠地较大，则可将每个段的传热系数视为常数，可按每个段修正平均温度差和传热量。某段的传热量、某段的传热系数、某段的平均温度差、某段的传热面积、如果传热

14、系数根据温度差t线性变化，或者k根据两流体的任一流体温度线性变化时，对于顺流或逆流，可以使用下式：式中：的传热系数和两流体温度差下的传热系数和两流体温度差。 其他的流型可以乘以温度差校正因数，作为逆流状况下补正的端部温度差。 例如，有将质量流率21600kg/h的空气从10加热到50的蒸汽加热空气的热交换设备。 空气和蒸汽发生逆流，比热为1.02kJ/(kg )、加热蒸汽为压力P=0.2MPa、温度为140的过热蒸气，在热交换设备被该压力下的饱和水蒸发制冷。 求其平均温度差。 解：根据水蒸气的热特性表，饱和温度ts=120.23饱和蒸气焓i=2707kJ/kg过热蒸气焓i=2749kJ/kg；

15、 求出汽化潜热r=2202kJ/kg、热交换设备的传热量：蒸汽消耗：从过热蒸气的蒸发制冷级放出的热量：从过热蒸气冷凝级放出的热量、平均温度，求出区段边界的空气温度ta、蒸发制冷级的平均温度差3333热交换设备的最大可能传热量Qmax :面积无限大，其流体流量和入口温度与实际的热交换器的流量和入口温度相同传热有效度：将实际的传热量q和最大传热量之比Qmax称为传热有效度。 如果，如果，时，综合统一书：说明：(1)无原因，(2)不足1，(3)，已知，t1 t2，t1 t2，热平衡方程式，2，有顺流和逆流时的传热有效度，顺流假说，从热平衡式中：式，加法：整理，冷热流体的一个过渡相时，即成为无限大，上述的当两