《换热器的设计》ppt课件

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1、换热器设计型计算（一）、设计型计算的命题方式设计任务：将流量qm1的热流体由温度T1冷却至温度T2设计条件：可供使用的冷却介质温度，即冷流体的进口温度t1。计算目的：确定经济上合理的传热面积及换热器其他有关尺寸。设计型问题的计算方法设计计算步骤：①计算换热器热流量(或称热负荷)Q=qm1cp1(T1-T2)②作出适当的选择并计算平均推动力△tm③计算冷、热流体与管壁的对流给热系数及总传热系数K；④由传热基本方程Q=KA△tm计算传热面积。设计型计算中参数的选择由传热基本方程式可知，为确定所需的传热面积，必须知道平均推动力△tm和传热系数K。为计

2、算对数平均温差△tm，设计者首先必须：①选择流体的流向，即决定采用逆流、并流还是其他复杂流动方式；（1）、在A相同的条件下，逆流操作时，加热剂（冷却剂）用量较并流少。（2）、在加热剂（冷却剂）用量相同条件下，逆流操作的换热器传热面积较并流的少。另外，逆流操作还有冷、热流体间的温度差较均匀的优点。所以说，在一般情况下，逆流操作总是优于并流，应尽量采用。②选择冷却介质的出口温度。冷却介质出口温度t2越高，其用量越少，回收的能量的价值也越高，同时，输送流体的动力消耗即操作费用也减小。但是，t2越高，传热过程的平均推动力△tm越小，传递同样的热流量所需

3、的加热面积A也越大，设备投资费用必然增加。因此，冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题。换热器的设备投资费与冷却介质操作费的总值可用总费用C表示：C=CAA+Cwqm2(6-133)式中，CA、Cw为相应的价格系数。上式右边第一项为设备费，右边第二项为操作费，它们与t2的关系见右图。按总费用最低的原则可以确定冷却介质的最优出口温度t2obt为求得传热系数K，须计算两侧的给热系数α，故设计者必须决定：①冷、热流体各走管内还是管外；②选择适当的流速。流速的选择一方面涉及传热系数K即所需传热面的大小，另一方面又与流体通过换热面的阻力损失有关。因此，流速

4、选择也是经济上权衡得失的问题。但管内、外都尽量避免层流状态。同时，还必须选定适当的污垢热阻。换热器的操作型计算判断一个现有换热器对指定的生产任务是否适用，或者预测某些参数的变化对换热器传热能力的影响等都属于操作型问题。(1)第一类命题给定条件：换热器的传热面积以及有关尺寸，冷、热流体的物理性质，冷、热流体的流量和进口温度以及流体的流动方式。计算目的：冷热流体的出口温度。(2)第二类命题给定条件：换热器的传热面积以及有关尺寸，冷、热流体的物理性质，热流体的流量和进、出口温度，冷流体的进口温度以及流动方式。计算目的；所需冷流体的流量及出口温度。计算

5、方法由逆流操作换热器的热流量计算及热量衡算式可得：热量恒算式;Q=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t2-t1)各种操作型问题，可用上两式联立求解。第一类命题的操作型问题可由上式将传热基本方程式变换为线性方程，然后采用消元法求出冷、热流体的温度。但第二类操作型问题，则须直接处理非线性的传热基本方程式，只能采用试差法逐次逼近。例如，可先假定冷流体出口温度t2，由式Q=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t2-t1)计算qm2cp2，计算α2及K值，再由式计算t2*（假设）。如计算t2*和设定值t2相符，则计算结果正确。否则，应修正设

6、定值t2，重新计算。数学上有迭代法，可根据设定值t2和计算值t2*的差异选择新的设定值。如果传热系数可以预计且两端温差之比小于2，则对数平均推动力可由算术平均值代替。此时，传热基本方程式成为线性，无论何种类型的操作型问题皆可采用消元法求解，无需试差或迭代。由上所述，可再次看到，设计型计算必涉及设计参数的选择，而操作型计算往往需要试差或迭代。传热过程的调节传热过程的调节问题本质上也是操作型问题的求解过程，下面仍以热流体的冷却为例加以说明。在换热器中，若热流体的流量qm1或进口温度T1发生变化，而要求其出口温度T2保持原来数值不变，可通过调节冷却介

7、质流量来达到目的。冷却介质流量的调节，改变了换热器内传热过程的速率。传热速率的改变，可能来自△tm的变化，也可能来自K的变化，而多数是由两者共同引起的。如果冷流体的给热系数远大于热流体的给热系数，调节冷却介质的流量，K基本不变，调节作用主要靠△tm的变化。如果冷流体的给热系数与热流体的给热系数相当或远小于后者，改变冷却介质的流量，将使△tm和K皆有较大变化，此时过程调节是两者共同作用的结果。如果换热器在原工况下冷却介质的温升已经很小，即出口温度t2很低，增大冷却水流量不会使△tm有较大的增加。此时，如热流体给热不是控制步骤，增大冷却介质流量可使

8、K值增大，从而使传热速率有所增加。但是若热流体给热为控制步骤，增大冷却介质的流量已无调节作用。（1）当α冷﹥﹥α热K≈α热调节作用主要靠Δtm。（2）