逆流换热器[火用]传递系数分析

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1、第26卷第4期电力科学与工程Vo1．26．No．4532010年4月ElectricPowerScienceandEngineeringApt．，2010逆流换热器炯传递系数分析张明智，任敬科，徐培培，魏博(华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003)摘要：在考虑管壁壁厚热阻和管壁污垢影响的情况下，导出了逆流换热器高低温流体的温度分布和管壁温度分布计算式。在考虑传热过程有压降的情况下，导出了逆流换热器的高低温流体的局部炯传递系数。计算式中体现出了两者内在的耦合关系，通过分析炯传递系数得出换热器的炯

2、损分布，为确定合理的运行参数以及优化结构参数提供参考。关键词：逆流换热器；炯传递；焖传递系数；污垢中图分类号：TK123文献标识码：A递系数来得出换热器的炯损分布，为工程中确定0引言合理的运行参数以及优化结构参数提供参考。换热器是工程领域中使用比较广泛的一个热1高低温流体温度关系式的推导量交换设备，如何对换热器进行优化设计，提高换热器性能对于改进系统的用能过程、降低能量为了推导逆流换热器的传热过程，需要对以消耗有极其重要的意义。目前，对各种各样的换下工作做出假设l1：①高、低温流体的热容量c热器的性能分析一般有

3、两种方法，一种是依据能(质量流量g与定压比容C。的乘积)在整个换热量的数量守恒关系，即以热力学第一定律为基础，表面为常量。②换热器无散热损失。③换热系数分析换热器的能量在数量上传递、利用和损失的在整个换热面上不变。④管外给热、管内给热的情况，并以能效率和传热有效度来反映它的性能；传热表面积相等。另一种方法则是根据能量中烟的平衡关系，即以对于换热器的微元面积dA(如图1所示)，热力学第二定律为基础，分析换热器中炯的传递、当其趋近于微分值时，从高温流体流向管外壁的利用和损失的情况，其主要有熵产分析法¨和热流量为：炯

4、分析法。。dQ。=仅。(一)dA(1)在换热器的热工计算中，常常利用传热速率Q———．—方程和传热系数方程联立求解传热量、传热面积、．’gm1——Th2分离换热系数和污垢热阻等参数。文献[10]在推导换热器高低温流体及管壁温度变化关系式时，——+-+qm2+-Tc1先假定管壁热绝缘系数和壁厚不计，且也忽略了=0_+‘一=管壁污垢的影响，最后再对有关系数进行修正。由于换热器在运行过程中，常常会出现水垢、污图1换热器典型换热过程Fig．1Typicalexchangeprocessoftheexchanger泥和油

5、污等垢层，本文在推导过程中，考虑了壁厚热阻及管壁污垢的影响，并结合热力学理论，在考虑管壁污垢的情况下，从管外壁到管内推导出换热器的局部炯传递系数，通过分析炯传壁导热的热流量为：收稿日期：2009—1l—o6。基金项目：国家自然科学基金资助项目(50877027)。作者简介：张明智(1956一)，男，副教授，主要从事电厂热力学分析，E-mail：51688@sohu．eom。电力科学与工程2010年其中，dQz=(+专_+)c一dAc2，从管内壁流向低温流体的热流量为：m=(Co-Ch。＼1等Ah+^+C^hS。

6、c+C2h)／dq=：(t一)dA(3)同理，根据边界条件A=0时，=；A=A同时，高温流体与低温流体获得的热量又可时，=可以解出低温流体的温度分布关系式：以表示为：=dq=一ChdTh(4)竿+dQ3=一C。d(5)以上两式中，负号表示沿着面积增加的方向(从1expmAexp()(12)一(一)一左到右)两流体的温度都是降低的。对(11)式关于A求导，可得：根据(1)式和(4)式可以得到关于管外壁的关系式，根据(3)式和(5)式可以得到关—dA—一=一mm—1—ex．DcI—．J(13)一exp(一mA)‘、

7、于管外壁t的关系式，把，t关系式代入(2)那么可得管外壁的温度分布关系式：可得与的关系式：／ChChhCh6Ch8＼d+I+++J+C．d．+一=0(6)(一)，dL4又由(4)式、(5)式可以得出：C一mexpraft—dA—=一，n—1exp—mA．l一Jd=d(7)一(一)‘把(7)式代人(6)式，可以消去d，那么(15)(6)式变成：那么由(3)、(5)、(12)和(15)式可得管内壁的温度分布关系式为：I＼——1+—A—h++—A—++等—A—+Ca2／．dATh+1h“一1=U()=竿+对(8)式两

8、边A求导，并把(7)式代入，得到：Cab警)xp(一mA)(16)+++I＼——1+—A—h+—A—+等—A—+——2)／l舞—dA■：+(I＼l一—c—)／l—dA—=u式中：为温度，cC；7"0为环境温度，℃；h为下(9)标，高温流体；c为下标，低温流体；1为下标，对于上式，可以令，进口；2为下标，出口；为对流换热系数，W／(m·K)；6为管壁污垢厚度，In；b为管壁厚度，鲁——1