1、10-4 間壁式式換熱器的熱設(shè)計(jì),換熱器的熱計(jì)算分為兩種類型：,(1) 設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)換熱條件和要求，設(shè)計(jì)一臺新?lián)Q熱器，為此需要確定換熱器的類型、結(jié)構(gòu)及換熱面積。,換熱器計(jì)算的兩種方法：,1.平均溫差法；,2. 效能-傳熱單元數(shù)法。,(2) 校核計(jì)算：核算已有換熱器能否滿足換熱要求，一般需要計(jì)算流體的出口溫度、換熱量及流動阻力等。,1. 換熱器傳熱計(jì)算的平均溫差法：,（1）設(shè)計(jì)計(jì)算：,根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，給定冷、熱流體的質(zhì)量流量 和4個進(jìn)、出口溫度中的3個，需確定換熱器的型式、結(jié)構(gòu)，計(jì)算傳熱系數(shù)k、換熱面積A、流動阻力及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。,換熱器傳熱計(jì)算的基本公式：,3個方程有8個獨(dú)立變量，只要知道

2、其中5個變量，可求其它3個。,設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：,(a) 根據(jù)給定的換熱條件，如流體性質(zhì)、流量、溫度和壓力范圍等，選擇換熱器類型，布置換熱面，計(jì)算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 及總傳熱系數(shù)k；,(b) 根據(jù)給定條件，由式,求出未知的進(jìn)、出口溫度，并求出換熱量；,(c) 由4個進(jìn)出口溫度及流動型式求平均溫差 ；,(d) 由式 求出所需的換熱面積A ，如與初選換熱面積不一致，則需重新布置換熱面;,(e) 計(jì)算換熱器的流動阻力，如果阻力過大，會加大設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，須改變方案，重新設(shè)計(jì)。,(2) 校核計(jì)算：,已知已有換熱器的換熱面積A、兩側(cè)流體的質(zhì)量流量 、進(jìn)口溫度 等5個參數(shù)，須計(jì)算熱、冷流體的出口溫

3、度 和換熱量 。,計(jì)算步驟：,(a) 先假設(shè)一個流體的出口溫度用熱平衡方程式求出換熱量 和另一個流體的出口溫度；,(b) 根據(jù)流體的4個進(jìn)、出口溫度求平均溫差 ；,(c) 計(jì)算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ，進(jìn)而求得傳熱系數(shù) k ；,(d)由式 求出換熱量 ;,(e)比較 與 ，如果相差較大,再重新假設(shè)流體出口溫度，重復(fù)上述計(jì)算，直到滿意為止。,一臺逆流式換熱器剛投入工作時的運(yùn)行參數(shù)如下：熱流體的質(zhì)量流量與比熱容的乘積 W/K，熱流體的進(jìn)、出口溫度分別為 、 ，冷流體的進(jìn)、出口溫度分別為 、 ，傳熱系數(shù)k=800 W/m2K。運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，在 、 及 、 保持不變的情況下，由于結(jié)垢使得冷流體只能

4、被加熱到 oC，試計(jì)算： （1）結(jié)垢后熱流體的出口溫度； （2）結(jié)垢后換熱器的傳熱系數(shù)； （3）換熱器單位面積的污垢熱阻。,解：（1）如果忽略換熱器的散熱損失，根據(jù)冷、熱流體的熱平衡，,解得,結(jié)垢后的傳熱量為,解得 ,（2）結(jié)垢前的對數(shù)平均溫差,結(jié)垢后的對數(shù)平均溫差,結(jié)垢前,結(jié)垢后,結(jié)垢后的傳熱系數(shù),（3）結(jié)垢后換熱器單位面積的污垢熱阻,結(jié)垢后換熱器總污垢熱阻,2. 效能 傳熱單元數(shù)法,效能傳熱單元數(shù)方法（EffectivenessNumber of Transfer Units method），簡寫為 - NTU方法。,（1）基本定義,換熱器效能：,分母為換熱器中可能的最大溫差，而分子為較小

5、熱容流體的溫度變化的絕對值。換熱器效能表示換熱器中的實(shí)際傳熱量與理論上最大可能的傳熱量之比。,傳熱單元數(shù)：,傳熱單元數(shù)NTU反映換熱器傳熱能力大小 。,（2） - NTU 關(guān)系式,以順流為例，假定熱流體熱容較小，即,根據(jù)效能的定義，,根據(jù)冷、熱流體的熱平衡，,該式為順流時換熱器效能、傳熱單元數(shù)和熱容比三者之間的函數(shù)關(guān)系式?？梢宰C明，若qm2c2最小時也可得出同樣的結(jié)果。,對于逆流換熱器，同樣可以導(dǎo)出效能、傳熱單元數(shù)和熱容比三者之間的函數(shù)關(guān)系式：,若一側(cè)發(fā)生相變，熱容比等于零，不管流動方式如何，均有,若qm2c2 qm2c2，順流：,逆流：,以上兩式也可以化成NTU表達(dá)式：,順流：,逆流：,無論是順流換熱器還是逆流換熱器，效能、傳熱單元數(shù)和熱容比三者之間存在函數(shù)關(guān)系式：,不同流動形式換熱器的效能-傳熱單元數(shù)關(guān)系具有以下特征：,（1）效能一般隨傳熱單元數(shù)的增大而增大，且趨于平緩；,（2）效能隨熱容比的減小而增加；,（3）逆流換熱器的效能始終隨傳熱單元數(shù)的增大而增