1、第1、9章傳熱過程分析和換熱器傳熱計(jì)算，第2章，本章學(xué)習(xí)目的分析實(shí)際傳熱問題的能力，綜合應(yīng)用3種基本傳熱方法和相關(guān)公式的能力，了解換熱器的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)過程，分析和計(jì)算9-1傳熱過程，首先分析-傳熱過程？重新確定-基本計(jì)算(傳熱方程式)？樣式：k是傳熱系數(shù)(總傳熱系數(shù))。k的計(jì)算公式取決于傳熱過程。通過3，1平整壁傳熱，k的計(jì)算公式？說明：(1) h1和H2計(jì)算；(2)輻射時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)為等效傳熱系數(shù)(表面總傳熱系數(shù))；單相對(duì)流：膜狀態(tài)沸騰：(8-24)；(6-22)；通過4，2圓形管的傳熱；內(nèi)部對(duì)流；壁面上的熱擴(kuò)散：肋表面整體效率，t f I hi，t f o，6，定義：肋系數(shù)具有傳熱系數(shù)

2、，因此可以增強(qiáng)傳熱?；A(chǔ)上，管傳熱臨界熱絕緣直徑為7，4孵化器，管外保溫層后：絕熱層減弱傳熱，增加熱阻；相反，通過減少對(duì)流傳熱的熱阻來強(qiáng)化傳熱，是提高還是減弱綜合效果呢？這取決于d/d(do2)和d2/d(do2)2的值、平整壁、筋、圓柱壁、8、的值?？梢哉f是存在極值，那么是最大值還是最小值？通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證為最大值。也就是說，do2位于do1dc r之間，如果do2大于dc r，則降低。or，9，9-2換熱器的類型和平均溫差，換熱器的定義：設(shè)備2換熱器的分類，用于將熱從熱流體輸送到冷流體以滿足指定的工藝要求：介紹3種類型的換熱器，10，3種壁換熱器的主類型套管換熱器：作為最簡(jiǎn)單的壁換熱器之

3、一，既有流動(dòng)又有回流，適用于傳熱少或流量少的情況，11，(2)管殼式換熱器：由管束組成的最重要的墻式換熱器，由管束組成的傳熱表面，管束和管板固定在外殼上。兩流體分割和薄殼路徑。12，增加管道路徑，13，添加管道和抽殼路徑，14，(3)交叉流換熱器：中間壁換熱器的另一主要形式。熱流體和冷流體相交是主要特征。橫流換熱器分為管束、管腳和板腳三種。(c)板翅交叉流換熱器，(a)管束交叉流換熱器，(b)管腳交叉流換熱器，15，(4)板式換熱器：由相同幾何的平行薄板疊加組成的組，每個(gè)通道中有冷熱流體間隙流動(dòng)和分解單位體積中包含的傳熱面積通常大于700m2/m3的換熱器稱為小型換熱器，板翅換熱器大部分屬于小

4、型換熱器，因此越來越受到重視。16，(5)螺旋板換熱器：傳熱表面由兩塊金屬板制成，稍：傳熱效果好；缺點(diǎn)：密封更難。17，4簡(jiǎn)單的下游和逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差，傳熱方程的一般形式：這一過程在傳熱過程中是通用的，但溫差沿整個(gè)壁不均勻的時(shí)候，例如，在同壁溫度條件下，管內(nèi)對(duì)流換熱，以及我們現(xiàn)在遇到的換熱器等。關(guān)于電子，提到了代數(shù)平均溫差(LMTD)的公式，但沒有推導(dǎo)出來。讓我們看一下LMTD的劉濤過程。18，要計(jì)算沿整個(gè)傳熱面的平均溫差，首先需要知道本地溫差如何隨傳熱面變化。也就是說，沿整個(gè)傳熱區(qū)域平均(即流)，假設(shè)如下：(1)冷熱流體的質(zhì)量流qm2、qm1、比熱容c2、c1為常數(shù)。(2)傳熱系數(shù)為

5、常數(shù)。(3)沒有熱損失的換熱器；(4)沿流動(dòng)方向的傳熱的傳導(dǎo)量可以忽略。19.以前面假設(shè)的為基礎(chǔ)，告訴了冷熱流體的進(jìn)出口溫度。現(xiàn)在看圖9-13中的微元件傳熱面d A的傳熱。溫差如下：如果是固體微元素，則在d A中，兩種流體的回流為：熱流體和冷流體為：20，中所示，脂肪溫差隨傳熱面指數(shù)變化，則整個(gè)傳熱面的平均溫差為，21，(1)，(2)，(3)，下游：逆流：或者說，我們對(duì)對(duì)數(shù)平均溫差進(jìn)行了以下統(tǒng)一形式(急流和逆流都適用)，對(duì)25，5算術(shù)平均溫差進(jìn)行平均溫差的更簡(jiǎn)單形式是算術(shù)平均溫差，即算術(shù)平均溫差，即算術(shù)平均溫差等于溫度直線變化的情況，因此總是在相同的進(jìn)出口溫度下大于對(duì)數(shù)平均溫差，兩者的差異小于

6、4。兩者的差異小于2.3。26，6在其他復(fù)雜的布局中，換熱器的平均溫差計(jì)算，上述對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)用于純和純逆流情況，這種情況出現(xiàn)得比較少。實(shí)際的熱交換器通常在下游和逆流之間，或者有時(shí)在逆流和下游之間。對(duì)于這種復(fù)雜的情況，當(dāng)然也可以用前面的方法進(jìn)行分析，但是數(shù)學(xué)推導(dǎo)很復(fù)雜，實(shí)際上回流的平均溫差最大，所以人們?cè)诳紤]校正純回流的對(duì)數(shù)平均溫差，以獲得不同情況下的平均溫差。如果給定的高低溫流體的進(jìn)出口溫度作為回流放置，則LMTD是小于1的修正系數(shù)。圖9-15 9-18取決于殼體和管換熱器和交叉流動(dòng)換熱器的，27，相關(guān)注意事項(xiàng)(1)的值，無尺寸參數(shù)p和r，樣式。下標(biāo)1，2分別表示兩個(gè)流體，頂角表示

7、入口，圖形表示p作為水平坐標(biāo)，r作為參數(shù)。(3)R的物理意義：兩種流體的熱容量比率，(2)P的物理意義：流體2的實(shí)際溫度上升與理論上可實(shí)現(xiàn)的最高溫度上升的比率，因此必須小于1，(4)對(duì)于管殼式換熱器，需要注意流動(dòng)的“路徑”數(shù)，28，7流動(dòng)形式的比較沿流流動(dòng)時(shí)逆流可能會(huì)大于逆流，逆流放置時(shí)傳熱最強(qiáng)。29，(3)那么，所有的換熱器都設(shè)計(jì)成逆流形式嗎？不，因?yàn)橐慌_(tái)換熱器的設(shè)計(jì)不僅要考慮傳熱的強(qiáng)弱，還要考慮各種因素。例如，在逆流時(shí)，冷熱流體的最大溫度出現(xiàn)在換熱器的同一側(cè)，因此壁溫特別高，可能對(duì)換熱器造成損壞，因此，對(duì)于高溫?fù)Q熱器，有意具有相變的換熱器(例如下游(4)蒸發(fā)器或冷凝器)，具有相變的流體溫度

8、不會(huì)發(fā)生變化，因此沒有下游或回流問題。冷凝，蒸發(fā)，30，9-3換熱器的熱力計(jì)算換熱器熱力計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算和計(jì)算檢查(1)設(shè)計(jì)計(jì)算：新?lián)Q熱器設(shè)計(jì)，以確定所需的傳熱面積(2)校核計(jì)算：對(duì)于已存在傳熱面積或選定的換熱器，計(jì)算在非計(jì)算條件下他是否可以執(zhí)行規(guī)定的新任務(wù)。熱交換器熱計(jì)算的基本方程不是獨(dú)立變量，因?yàn)樗蕾囉趥鳠岱匠毯蜔崞胶狻?1、表達(dá)式和熱交換器的放置。此外，根據(jù)熱平衡，在和的三個(gè)已知情況下，可以計(jì)算不同的溫度。因此，上述兩個(gè)方程式共用八個(gè)變數(shù)，您必須指定其中五個(gè)變數(shù)，才能計(jì)算剩馀的三個(gè)變數(shù)。對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算，指定了進(jìn)口和出口溫度中的三種，最終要求是檢驗(yàn)計(jì)算，通常有兩種進(jìn)口溫度和32種，換熱器的熱

9、量計(jì)算。平均溫差性能-傳熱設(shè)備數(shù)(-NTU)方法的平均溫差方法：直接應(yīng)用傳熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計(jì)算。對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算(已知、進(jìn)出口溫度中的三個(gè))，應(yīng)初步放置熱交換面，并計(jì)算相應(yīng)的總傳熱系數(shù)k，根據(jù)給定條件以熱平衡方式流入，出口溫度的大氣溫度由冷熱流體的四個(gè)進(jìn)口和出口溫度決定，平均溫差由傳熱方程式計(jì)算所需的傳熱面積a，如果熱表面流體的流動(dòng)阻力太大，則應(yīng)重新調(diào)整設(shè)計(jì)。33，對(duì)于檢查計(jì)算(已知和兩個(gè)進(jìn)口溫度，球體)，首先假定一個(gè)流體的出口溫度，以熱平衡形式計(jì)算另一個(gè)出口溫度，基于四個(gè)進(jìn)口和出口溫度得出平均溫差，根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)，根據(jù)該操作條件下的總傳熱系數(shù)k按已知kA和傳熱方程式計(jì)算出的假設(shè)出口溫度，

10、以熱平衡形式計(jì)算另一個(gè)，此值和上面的為了滿足準(zhǔn)確度要求，如果不是實(shí)際熱交換比較，則退出，否則再次假定出口溫度，直到滿足準(zhǔn)確度要求，然后重復(fù)(1)(6)。34，注意：使用平均溫差法進(jìn)行檢查計(jì)算時(shí)假定的出口溫度大小對(duì)熱平衡列和熱傳導(dǎo)是否一致有很大影響。出口溫度的設(shè)定不僅影響以熱平衡形式計(jì)算的傳熱，還影響傳熱系數(shù)k的值，即由傳熱方程式計(jì)算的傳熱。，35，2性能-傳熱設(shè)備數(shù)方法(1)傳熱設(shè)備的性能和傳熱設(shè)備數(shù)換熱器的性能定義如下。熱交換器無限長(zhǎng)時(shí)，以及逆流熱交換器的情況下，a、b、b、時(shí)間，但是在實(shí)際情況下，傳熱q總是小于可能的最大傳熱q max。如果您已將Q/q max定義為熱交換器的性能，并且知道

11、現(xiàn)有熱交換器的性能和冷水流體的進(jìn)口溫度差異，則可以輕松獲得實(shí)際熱，如何計(jì)算？和那些因素有關(guān)嗎？例如，以下游換熱器為例，將熱平衡、表達(dá)式、相加：熱容量比、37、格式替代表達(dá)式：38、以上兩個(gè)公式相結(jié)合，將得到以下結(jié)果：父系導(dǎo)出程序如下：下游：39，取決于換熱器性能公式中的換熱器設(shè)計(jì)。此比率(無單位數(shù))取決于換熱器的運(yùn)行條件，由傳熱設(shè)備數(shù)_(NTU)，(Number of Transfer Unit)定義，因此，當(dāng)兩種流體的熱容量相等時(shí)，公式可能很簡(jiǎn)單。流：如果高低溫流體中有一種產(chǎn)生相變，以上性能公式在使用41，(2)性能-傳熱設(shè)備數(shù)方法計(jì)算換熱器的a設(shè)計(jì)計(jì)算中很明顯，使用已知條件計(jì)算，待定k，a

12、包含在NTU中，因此設(shè)計(jì)計(jì)算中尋找NTU，解決過程類似于平均溫差，不再重復(fù)b檢查計(jì)算。由于k不能提前知道，因此需要假定一個(gè)出口溫度。也就是說，假設(shè)一個(gè)出口溫度，使用熱平衡熱，另一個(gè)使用4個(gè)進(jìn)出口溫度計(jì)算井溫度，確定質(zhì)量屬性，組合換熱器結(jié)構(gòu)，使用總傳熱系數(shù)k，A計(jì)算NTU，(，2個(gè)進(jìn)口溫度，球體)，(，進(jìn)出口溫度中的3個(gè)，球體)其他比較使用(9-15)計(jì)算，并表明是否滿足精度，或者重復(fù)上述步驟，假設(shè)出口溫度對(duì)所傳遞列的影響不是直接的，而是通過正常溫度影響整個(gè)傳熱系數(shù)，從而影響NTU，最終影響值。平均溫差法的假設(shè)溫度直接用于計(jì)算值，該方法的優(yōu)點(diǎn)是-NTU方法對(duì)假設(shè)溫度不敏感。在43，3換熱器設(shè)計(jì)中

13、綜合考慮換熱器設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性課題，需要考慮投資、運(yùn)營費(fèi)用、安全可靠性等諸多因素。4換熱器的污垢和污垢熱阻污垢會(huì)增加熱阻，降低傳熱系數(shù)，從而導(dǎo)致這些熱阻成為污垢熱阻，用R f表示。其中k是帶污垢的傳熱面的傳熱系數(shù)，k0是清潔傳熱面的傳熱系數(shù)。44，對(duì)于兩側(cè)均縮放的管殼式換熱器，基于管外表面計(jì)算的傳熱系數(shù)可以表示為加強(qiáng)筋整體效率o=1，除非管外壁上安裝了銷。管殼式換熱器的一些污垢熱阻可在表9-1中確定。45，9-4傳熱強(qiáng)化和絕熱技術(shù)傳熱強(qiáng)化目的：減小設(shè)備大小，提高熱效率，確保設(shè)備安全，削弱傳熱：減少熱損失根據(jù)實(shí)際傳熱過程，有時(shí)需要加強(qiáng)，有時(shí)需要減弱。顯然，根據(jù)傳熱方式，強(qiáng)化傳熱和強(qiáng)化傳熱的手段必

14、須不同，本節(jié)應(yīng)重點(diǎn)討論加強(qiáng)對(duì)流傳熱過程、強(qiáng)化傳熱的原則和手段(1)強(qiáng)化傳熱的原則：哪一方熱阻大，哪一方采取強(qiáng)化措施。例如：管內(nèi)湍流傳熱的完全開發(fā)。46、(2)加強(qiáng)手段： a被動(dòng)技術(shù)(被動(dòng)技術(shù))b主動(dòng)技術(shù)(主動(dòng)技術(shù))a被動(dòng)技術(shù)(被動(dòng)技術(shù)):除了傳熱介質(zhì)的功耗外，不需要額外的功率。主要手段為涂層表面的粗糙表面(圖9-28)延伸表面(圖9-29)擾流元件(圖9-30a)渦流發(fā)生器(圖9-30b)螺旋管(圖9-30c)添加劑噴射沖擊傳熱，440振動(dòng)傳熱表面。振動(dòng)傳熱流體。電磁場(chǎng)作用于流體，促進(jìn)傳熱表面附近的流體混合。向傳熱介質(zhì)噴射異種或同種液體，或在傳熱表面抽吸流體。48、對(duì)換熱器而言，隨著強(qiáng)化措施的改進(jìn)，污垢熱阻可能成為傳熱過程的主要熱阻，因此，需要在換熱器的設(shè)計(jì)中提供關(guān)于耦合污垢熱阻的數(shù)據(jù)。也就是說，如果需要實(shí)驗(yàn)測(cè)量，但整個(gè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是實(shí)驗(yàn)測(cè)量的，那么如何將整個(gè)傳熱系數(shù)除以各側(cè)的熱阻呢？威爾遜圖形方法提供了確定傳熱過程熱阻的有效方法2。威爾遜圖形方法使用數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)測(cè)量壁和流體的溫度，得到平均溫差，使用熱平衡方程求熱流，傳熱面積根據(jù)設(shè)計(jì)情況得到，因此通過傳熱方程計(jì)算整個(gè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。這是威爾遜圖形方法的基礎(chǔ)。這里以管殼式換熱器為例，說明了如何應(yīng)用威爾遜圖形方法來獲得各熱阻。總表面?zhèn)鳠?/p>