1、2022-6-15第第1010章章 2022-6-15 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 10.1 10.1傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算 10.2 10.2換熱器的類型換熱器的類型 10.3 10.3傳熱過程的平均溫差及計算傳熱過程的平均溫差及計算 10.4 10.4間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-1510.1.1 通過平壁的傳熱過程通過平壁的傳熱過程10.1.2 通過圓筒壁的傳熱過程通過圓筒壁的傳熱過程10.1.3 通過肋壁的傳熱過程通過肋壁的傳熱過程10.1.4 肋片和保溫對傳熱的影響肋片和保溫對傳熱的影響10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算

2、10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-6-1510.1.1 通過平壁的傳熱過程通過平壁的傳熱過程等效電路圖等效電路圖(共三個環(huán)節(jié)串聯(lián)共三個環(huán)節(jié)串聯(lián)):10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-6-1521111hhkAhAAhttff212111 通過平壁的傳熱量：通過平壁的傳熱量：tkAttkAff)(2110.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算影響影響因素因素分析分析2022-6-1510.1.2 通過圓筒壁的傳熱過程通過圓筒壁的傳熱過程10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算等效電路圖等效

3、電路圖(共三個環(huán)節(jié)串聯(lián)共三個環(huán)節(jié)串聯(lián)):ooioiifofiooioiifofidhdddhttlldhlddldhtt12)/ln(1)(12)/ln(1定義定義：(1) 以以圓圓管外側(cè)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)管外側(cè)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù) k)()(0000ffiffittldkttkA00001ln21hddddhdkiii(2) 以以圓管內(nèi)側(cè)圓管內(nèi)側(cè)面積為基準(zhǔn)面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)的傳熱系數(shù) ki)()(00ffiiiffiiittldkttAk000ln211dhddddhkiiiii通過圓筒壁的傳熱量：通過圓筒壁的傳熱量：10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-

4、6-1510.1.3 通過肋壁的傳熱過程通過肋壁的傳熱過程10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算)(11wfiittAh)(1wowittA)()(21fomofowoottAhttAh2022-6-1510.1.3 通過肋壁的傳熱過程通過肋壁的傳熱過程10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算)()()(21fowoooofowofofowoottAhttAhttAh（1）肋片效率和肋壁總效率）肋片效率和肋壁總效率)()(220fowoofomofttAhttAhQQofoAAA)(21肋面總效率2022-6-15(2)(2)肋壁傳熱過程分析肋壁傳熱過

5、程分析)(:)(:)(:0000000fwwwiiwifiiiittAhttAttAh肋側(cè)壁面光側(cè)0,i熱穩(wěn)態(tài)時解得：解得：)()(110000000ffiifffifiiiffittAkttAkAhAAhtt10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-6-15肋壁的傳熱系數(shù)：肋壁的傳熱系數(shù)：( (a)a)以肋側(cè)總表面積以肋側(cè)總表面積A A0 0為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：000011hAAAhAkiiif( (b)b)以以光側(cè)表面積光側(cè)表面積Ai為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)為：0000011111hhAhAhkiiif( (c)c

6、)未未加肋時平壁的傳熱系數(shù)為：加肋時平壁的傳熱系數(shù)為：0111hhki稱為肋化系數(shù),0iAA10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-6-1510.1.4 肋片和保溫對傳熱影響肋片和保溫對傳熱影響問題：問題：在圓管或平壁外加肋是否一定能增強傳熱？在圓管或平壁外加肋是否一定能增強傳熱？ 在圓管或平壁外敷設(shè)保溫層是否一定能削弱傳熱？在圓管或平壁外敷設(shè)保溫層是否一定能削弱傳熱？(2)加保溫層后加保溫層后0000011111hhAhAhkiiifoihhk11110.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算(1)加肋后加肋后oifhhk111111 、平壁：、

7、平壁：2022-6-152、圓筒壁：、圓筒壁：(1) 加肋后加肋后10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算00002)/ln(11dhddddhkiioiif000ln211dhddddhkiiiii(2) 加保溫層后加保溫層后ldhddlddlldhRxxxt22121111ln21ln2112022-6-15臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑:02hdcrd0dcr時時,d0.10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-6-15 基基 本本 要要 求求1掌握傳熱過程的概念及宏觀規(guī)律掌握傳熱過程的概念及宏觀規(guī)律2掌握傳熱系數(shù)的概念及影響因素，并能計算掌

8、握傳熱系數(shù)的概念及影響因素，并能計算 常見傳熱過程的傳熱系數(shù)常見傳熱過程的傳熱系數(shù)3掌握肋片效率和肋片總效率的物理意義掌握肋片效率和肋片總效率的物理意義4掌握保溫或肋片對圓管或平板的傳熱影響掌握保溫或肋片對圓管或平板的傳熱影響10.1 10.1 傳熱過程的分析和計算傳熱過程的分析和計算2022-6-1510.2.1 換熱器的分類換熱器的分類10.2.2 間壁式換熱器的主要型式間壁式換熱器的主要型式10-2 換熱器的類型換熱器的類型10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型2022-6-1510.2.1 換熱器的分類換熱器的分類按操作過程分按操作過程分:間壁式間壁式也稱表面式，在工程中最常用也

9、稱表面式，在工程中最常用混合式混合式適用于冷熱流體為同類介質(zhì)的場合適用于冷熱流體為同類介質(zhì)的場合回?zé)崾交責(zé)崾?蓄熱式蓄熱式) 適用于氣體與氣體間的換熱適用于氣體與氣體間的換熱 換熱器換熱器使熱量從熱流體傳遞到冷流體使熱量從熱流體傳遞到冷流體, ,以滿足規(guī)以滿足規(guī) 定的工藝要求的裝置定的工藝要求的裝置10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型2022-6-151. 殼管式換熱器殼管式換熱器10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型2022-6-1510.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型1-21-2型換熱器型換熱器2022-6-15列管式冷凝器實例列管式冷凝器實例 10.2 10.2 換

10、熱器的類型換熱器的類型2022-6-15波紋管換熱器波紋管換熱器波紋換熱管波紋換熱管 10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型2022-6-15適用適用: 傳熱量不大或流體流量不大的情形傳熱量不大或流體流量不大的情形 2.套管換熱器套管換熱器10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型2022-6-153. 板式換熱器板式換熱器10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型(c)2022-6-15特點：特點：結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 ,占用空間??；傳熱系數(shù)高占用空間小；傳熱系數(shù)高 ；2022-6-154. 交叉流換熱器交叉流換熱器例：板翅式換熱器例：板翅式換熱器10.2 10.2 換熱器的類型換熱器

11、的類型板翅交叉流板翅交叉流管束交叉流管束交叉流2022-6-15 基基 本本 要要 求求1了解換熱器的分類了解換熱器的分類2. 識別常用換熱器，能說出管殼換熱器和板式識別常用換熱器，能說出管殼換熱器和板式換熱器的流程換熱器的流程10.2 10.2 換熱器的類型換熱器的類型2022-6-1510.3.1簡單順、逆流換熱器平均溫差的計算簡單順、逆流換熱器平均溫差的計算10.3.2其他復(fù)雜布置時平均溫差的計算其他復(fù)雜布置時平均溫差的計算10-3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差10.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差2022-6-15 簡化假定簡化假定: a. 冷、熱流體的質(zhì)量流量冷、熱

12、流體的質(zhì)量流量qm2、qm1及比熱容及比熱容c2、 c1在整個換熱面上都是常量；在整個換熱面上都是常量； b. 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) k 在整個換熱面上不變；在整個換熱面上不變； c. 換熱器無散熱損失；換熱器無散熱損失； d. 換熱面沿流動方向的導(dǎo)熱量可忽略不計。換熱面沿流動方向的導(dǎo)熱量可忽略不計。10.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差10.3.1簡單順、逆流換熱器平均溫差的計算簡單順、逆流換熱器平均溫差的計算2022-6-151.順流換熱器順流換熱器22211121dtcqddtcqdtdAkdtttmm在在dA中中:tdAkddcqcqdtdttdmm)11()(2211211

13、0.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差（2）（3）（4）（5）（6）（7）（1）2022-6-15) 1(10kAAxmekAtdAtAt或：或：minmaxminmaxlntttttmlntttt= 將上式沿全換熱面積分平均，即可得整個換熱將上式沿全換熱面積分平均，即可得整個換熱面的平均溫差面的平均溫差tm:xkAxett得截面得截面Ax處的溫差處的溫差t tx x與與Ax的關(guān)系為的關(guān)系為:10.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差2022-6-152.逆流換熱器逆流換熱器minmaxminmaxlntttttm2022-6-15 3. 平均溫壓的平均溫壓的簡化計算簡化

14、計算用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差)(21minmaxtttm%3 . 2,7 . 1.minmax差別時tta%0 . 4,2.minmax差別時ttb條件：條件：10.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差2022-6-1510.3.2 其他復(fù)雜布置時平均溫差的計算其他復(fù)雜布置時平均溫差的計算 采用修正系數(shù)線算圖求解采用修正系數(shù)線算圖求解(1)以給定的冷熱流體的進(jìn)出口溫度以給定的冷熱流體的進(jìn)出口溫度,計算按逆流計算按逆流 布置時的對數(shù)平均溫差布置時的對數(shù)平均溫差(t tm m ) )ctfctf(2)根據(jù)流動型式根據(jù)流動型式, 根據(jù)根據(jù)P、R從相應(yīng)的線

15、算圖中查從相應(yīng)的線算圖中查 得修正系數(shù)得修正系數(shù), 則則:ctfmmtt)(ctfmmtt)(10.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差2022-6-15 基基 本本 要要 求求1掌握不同換熱器平均溫差的計算方法掌握不同換熱器平均溫差的計算方法2會分析換熱器內(nèi)冷熱流體的變化規(guī)律會分析換熱器內(nèi)冷熱流體的變化規(guī)律10.3 10.3 換熱器的平均溫差換熱器的平均溫差2022-6-15 10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計換熱器的熱設(shè)計類型換熱器的熱設(shè)計類型 1. 1.設(shè)計計算設(shè)計計算 2.2.校核計算校核計算換熱器熱設(shè)計的基本方法換熱器熱設(shè)計的基本方法 1.1.平均

16、溫壓法平均溫壓法* * 2.2.傳熱傳熱單元數(shù)法單元數(shù)法換熱器的污垢熱阻及對傳熱的影響換熱器的污垢熱阻及對傳熱的影響換熱器的綜合設(shè)計換熱器的綜合設(shè)計10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-15 換熱器熱設(shè)計的基本公式換熱器熱設(shè)計的基本公式, , , , ,:22112211ttttcqcqkAmm變量mtkA:傳熱方程)(1111ttcqm)1510() (2222ttcqm熱平衡方程熱平衡方程:(10-14)10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-151.兩種類型的設(shè)計兩種類型的設(shè)計 設(shè)計計算與校核計算設(shè)計計算與校核計算 已

17、知：兩個水當(dāng)量已知：兩個水當(dāng)量qm1c1和和qm2c2、四個進(jìn)出口溫、四個進(jìn)出口溫 度中的三個度中的三個 求：求： 另一溫度值、另一溫度值、kA、傳熱量、傳熱量 已知：已知： kA、兩個水當(dāng)量、兩個進(jìn)口溫度、兩個水當(dāng)量、兩個進(jìn)口溫度t1、t2 求：求： 兩個出口溫度兩個出口溫度t1”、t2”、及傳熱量、及傳熱量 設(shè)計計算設(shè)計計算 校核計算校核計算10.4.1 兩種類型的設(shè)計和兩種設(shè)計方法兩種類型的設(shè)計和兩種設(shè)計方法10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-152. 換熱器的兩種熱計算方法換熱器的兩種熱計算方法平均溫壓法平均溫壓法(LMTD法法) 傳熱單元數(shù)法傳熱

18、單元數(shù)法效能效能傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法(-NTU-NTU法法) )平均溫壓法用于校核計算的步驟見平均溫壓法用于校核計算的步驟見P485(需試算需試算)常用于設(shè)計計算常用于設(shè)計計算(可直接進(jìn)行計算可直接進(jìn)行計算) 具體步驟見具體步驟見常用于校核計算常用于校核計算計算步驟與平均溫壓法大致相似計算步驟與平均溫壓法大致相似10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-15 10.4.2 換熱器熱設(shè)計的平均溫差法換熱器熱設(shè)計的平均溫差法(LMTD法法) 1.平均溫壓法用于設(shè)計計算的步驟平均溫壓法用于設(shè)計計算的步驟 :(1)初步布置換熱面初步布置換熱面, 并計算傳熱系數(shù)并計算

19、傳熱系數(shù)k;(2)由熱平衡式求出第由熱平衡式求出第4個溫度個溫度;(3)計算平均溫差計算平均溫差(注意保持修正系數(shù)具有合適的注意保持修正系數(shù)具有合適的 數(shù)值數(shù)值;(4)由傳熱方程求出所需傳熱面積由傳熱方程求出所需傳熱面積A,并核算流動并核算流動 阻力阻力;(5)如流動阻力過大如流動阻力過大, 改變方安重新設(shè)計改變方安重新設(shè)計.10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-152.平均溫壓法用于校核計算的步驟平均溫壓法用于校核計算的步驟(迭代法迭代法):(1)假定假定1 個出口溫度個出口溫度,按熱平衡方程求出另一出口按熱平衡方程求出另一出口 溫度溫度;(2)計算平均溫

20、差計算平均溫差;(3)根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu), 計算傳熱系數(shù)計算傳熱系數(shù)k;(4)已知已知kA, tm, 由傳熱方程求出傳熱量由傳熱方程求出傳熱量htht; (5)根據(jù)根據(jù)4個溫度個溫度, 由熱平衡方程求出另一傳熱量由熱平衡方程求出另一傳熱量hb;(6)比較比較ht與與hb(要求兩者之差小于要求兩者之差小于2%5%).10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-15)1610() (:21max最大可能換熱效果實際換熱效果定義tttt)1710() ()()()(:21minmaxminttcqttcqmm則換熱器的傳熱量為1. 換熱器效能換熱器效能的定

21、義的定義(效能效能的概念與計算是傳熱單元數(shù)法的關(guān)鍵的概念與計算是傳熱單元數(shù)法的關(guān)鍵)10.4.3 換熱器熱設(shè)計的效能換熱器熱設(shè)計的效能傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法 (-NTU法法), 簡稱傳熱單元數(shù)法簡稱傳熱單元數(shù)法 10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-152. 效能效能的計算的計算式式(10-19)式式(10-23)1910()()(1)()(1)(exp1:) 1 (maxminmaxmincqcqcqcqNTUmmmm順流大小表征換熱器換熱能力的稱為傳熱單元數(shù)式中,)(,mincqkANTUm)2010()()(1)(exp)()(1)()(1)(exp

22、1:)2(maxminmaxminmaxmincqcqNTUcqcqcqcqNTUmmmmmm逆流10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-15(3)簡化計算式簡化計算式其中任一流體發(fā)生相變時，其中任一流體發(fā)生相變時，(qmc)max順、逆流換熱器均有：順、逆流換熱器均有：)2110()exp(1NTU兩種流體的水當(dāng)量相等，即兩種流體的水當(dāng)量相等，即(qmc)max= (qmc)min順流：順流：)2210(2)2exp(1NTU逆流：逆流：)2310(1NTUNTU)()(,:)4(maxmincqcqNTUfmm其他流動形式 不同流動形式換熱器的不同流動形式

23、換熱器的NTUNTU關(guān)系圖關(guān)系圖詳見圖詳見圖10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-15三個無因次量：三個無因次量： 換熱器的效能換熱器的效能及其計算及其計算)1610()(:21max最大可能換熱效果實際換熱效果定義tttt計算計算式式(10-18)式式(10-23)、線算圖、線算圖)()(min大小表征換熱器換熱能力的傳熱單元數(shù)GckANTU 水當(dāng)量比水當(dāng)量比:maxmin)()(GcGcCr10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-152022-6-15 (1)計算傳熱單元數(shù)計算傳熱單元數(shù) (2)計算兩個水當(dāng)量之比計算兩個

24、水當(dāng)量之比 (3)根據(jù)換熱器型從相應(yīng)線算圖中查得效能根據(jù)換熱器型從相應(yīng)線算圖中查得效能 值值. (4)由熱方程計算傳熱量由熱方程計算傳熱量 (2)計算兩個出口溫度計算兩個出口溫度min)(GckANTU maxmin)()(GcGcCr 已知：已知： kA、兩個水當(dāng)量、兩個進(jìn)口溫度、兩個水當(dāng)量、兩個進(jìn)口溫度t1、t2 求：求： 兩個出口溫度兩個出口溫度t1”、t2”、及傳熱量、及傳熱量3. 采用傳熱單元數(shù)法計算換熱器的步驟采用傳熱單元數(shù)法計算換熱器的步驟(需試算需試算) 10.4 10.4 間壁式換熱器的熱設(shè)計間壁式換熱器的熱設(shè)計2022-6-1510.4.4 換熱器的污垢熱阻換熱器的污垢熱阻2. 污垢對