第二讲 换热器传热与流体阻力计算

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1、3换热器的工艺计算3.1流体混合物的物性参数计算方法3.1.1平均定压比热容（kJ/kg.℃）按照下列两式计算混合流体的平均定压比热容。对液体：cnpm—混合流体的平均定压比热容；cxpmi=∑cpixi—组分i的质量分数；（kg/kg）i=1对气体：yi—组分i的摩尔分率；(分摩尔/总摩尔)ncpi—组分i的定压比热容。cpm=∑yicpii=113.1.2平均动力粘度（Pa.s）对气体混合物的粘度可用平方根规律法估算：n0.5yμMiiiμm=∑ni=10.5∑yiMij=1式中：μ——混合气体的平均粘度，Pa.s；mμ——组分i的粘度，Pa

2、.s；iyi——组分i的摩尔分率；(分摩尔数/总摩尔数)M——组分i的分子量；i2对液体：可用立方根加和规律11()33x()μμ=∑mii式中μm——混合液体的粘度，Pa.s；μi——组分i的粘度，Pa.s；xi——组分i的摩尔分率，(分摩尔数/总摩尔数)；33.1.3平均导热系数(w/m.)℃气体：n1/3∑λyMiiii=1λ=mn1/3∑yiMii=1式中：λm——混合气体的平均导热系数，w/m.℃；λi——组分i的导热系数，w/m.℃；yi——组分i的摩尔分率，(分摩尔数/总摩尔数)；M——组分i的分子量。i4液体：有机混合物：nλm=

3、∑(λixi)i=1有机水溶液nλm=0.9∑(λixi)i=1式中：λ——混合液的平均导热系数，w/m.℃；mλi——组分i的导热系数，w/m.℃；xi——组分i的摩尔分率，(分摩尔数/总摩尔数)。533.1.4混合流体的平均密度（kg/m）采用加和法处理，即使对于非理想溶液误差也不太大。对液体：1x=∑iρρmiρ3式中：m——混合液体的平均密度，kg/m；3ρi——组分i纯态时的密度，kg/m；x——组分i的质量分率，kg/kg。i6对气体:就工程而言，可用pV=nRT来计算气体和蒸汽的密度：Mp273ρ=××522.4T1.01310×3

4、式中ρ——气体或蒸汽的密度kg/mM——气体或蒸汽的分子量；p2——气体或蒸汽绝对压力，N/m；T——气体或蒸汽操作温度，T；如压力较高，可用压缩因子法处理7气体混合物的密度，用混合物的平均分子量带入上式来计算。nρmi=∑yρii=13式中ρ——混合气体的平均密度kg/mm3ρi——组分i的气体密度kg/my33i—组分i的体积分率（摩尔分率）；M/M;(Mole/Mole)83.1.5气液两相流动物性参数计算：含液率的概念：又称截面含液率或持液率，为任一流动截面内液相面积占总面积的份额(液相面积与管道总面积之比)。由于气液两相各占面积不容易计

5、算，持液率可以用下式计算：研究表明，对于水平管的截面含液率HL(O)主要取决于体积含液率RL值和弗劳德准数Fr：2wF=rgD式中：w—气液混合物速度，m/s;2g—重力加速度，m/s；D—管径m。9按两相流动管路流型，可确定水平管截面含液率。由试验得到的通式为：bcHo()(=aRF)/rLrRQQQ=/(+)LLg其中a、b、c的数值取决于流型：流型abc分离型0.980.48460.0868间歇型0.8450.53510.0173分散型1.0650.58240.060910GGglQg=Ql=ρg，ρl两相混合物速度由下式计算：QQ+glw

6、=mA关于流型，在换热器中估计其为分离型：1112因此，使用持液率计算混合物物性参数：Hρ+(1−H)ρLlLgHHλ+−(1)λLlLgHHμ+(1−)μLlLgHC+(1−HC)LplLpg133．2传热计算3.2.1热量衡算：传热量的计算下式进行。QqCtt=−()mp1121式中qm1——目标流体的质量流量；Cp1——目标流体的定压比热容；t1——目标流体的进口温度；t2——目标流体的出口温度。14确定工作流体的质量流量：Qq=m2CTT()−p212式中qm2——工作流体的质量流量；Cp2——工作流体的定压比热容；T1——工作流体的进口

7、温度；T2——工作流体的出口温度。153.2.2初选换热器在进行了流体物性参数的计算后，应该初步选择换热器。在选用和设计管壳式换热器时应该考虑以下问题。1)选择流体的流动方向。当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流量，所需的传热面积较小。对于一定的热流体进口温度T1，采用并流时，冷流体的最高极限出口温度为热流体的出口温度T2。反之，如采用逆流，冷流体的最高极限出口温度可为热流体的进口温度T1。这样，如果换热的目的是单纯的冷却，逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小；如果换热的目的是回

8、收热量，逆流操作回收的热量温位（即温度t2）可以较高，因而利用价值较大。16显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流。一般情况下，采用逆流