传热学第九章－传热过程分析与换热器热计算－

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1、§9-3换热器的热计算换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算(1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务。换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式式中，不是独立变量，因为它取决于以及换热器的布置。另外，根据公式(9-15)可是，一旦和以及中的三个已知的话，我们就可以计算出另外一个温度。因此，上面的两个方程中共有8个未知数，即需要给定其中的5个变量，才可以计算另外三个变量。对于设计计算而言，给定的是，以

2、及进出口温度中的三个，最终求对于校核计算而言，给定的一般是，以及2个进口温度，待求的是换热器的热计算有两种方法：平均温差法效能-传热单元数(-NTU)法平均温差法：就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热计算，其具体步骤如下：对于设计计算（已知，及进出口温度中的三个，求）初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数k根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算换热面流体的流动阻力如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。对于

3、校核计算（已知，及两个进口温度，求）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度根据4个进出口温度求得平均温差根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k已知kA和，按传热方程式计算在假设出口温度下的根据4个进出口温度，用热平衡式计算另一个，这个值和上面的，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量比较两个值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温度，重复(1)~(6)，直至满足精度要求。2效能-传热单元数法(1)换热器的效能和传热单元数换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器无

4、限长，对于一个逆流换热器来讲，则会发生如下情况a当时，，则b当时，，则于是，我们可以得到然而，实际情况的船热量q总是小于可能的最大传热量qmax，我们将q/qmax定义为换热器的效能，并用表示，即对于一个已存在的换热器，如果已知了效能和冷热流体的进口温差，则实际传热量可很方便地求出那么在未知传热量，之前，又如何计算？和那些因素有关？以顺流换热器为例，并假设，则有根据热平衡式得：于是式①，②相加：热容比①②式①代入下式得：++当时，同样的推导过程可得：上面的推导过程得到如下结果，对于顺流：当时上面两个公式合

5、并，可得：换热器效能公式中的依赖于换热器的设计，则依赖于换热器的运行条件，因此，在一定程度上表征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数NTU，即因此，与顺流类似，逆流时：当冷热流体之一发生相变时，相当于，即，于是上面效能公式可简化为当两种流体的热容相等时，即公式可以简化为顺流：逆流：（，及两个进口温度，求）(2)用效能-传热单元数法计算换热器的步骤a设计计算显然，利用已知条件可以计算出，而带求的k，A则包含在NTU内，因此，对于设计计算是已知，求NTU，求解过程与平均温差法

6、相似，不再重复b校核计算由于k事先不知，所以仍然需要假设一个出口温度，具体如下：①假设一个出口温度，利用热平衡式计算另一个②利用四个进出口温度计算定性温度，确定物性，并结合换热器结构，计算总传热系数k③利用k,A计算NTU（，及进出口温度中的三个，求）④利用NTU计算⑤利用(9-17)计算，利用(9-14)计算另一个⑥比较两个，是否满足精度，否则重复以上步骤从上面步骤可以看出，假设的出口温度对传热量的影响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响NTU，并最终影响值。而平均温差法的假设温

7、度直接用于计算值，显然-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。3换热器设计时的综合考虑换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投资，运行费用，安全可靠等诸多因素。4换热器的结垢及污垢热阻污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用Rf表示，式中：k为有污垢后的换热面的传热系数，k0为洁净换热面的传热系数。对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成：如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率o=1。管壳式换热器的部分污垢热阻可以在表9-1种查得。§9-4传热

8、的强化和隔热保温技术强化传热的目的：缩小设备尺寸、提高热效率、保证设备安全削弱传热的目的：减少热量损失根据不同的需求，对于实际传热的传热过程，有时需要强化，有时则需要削弱。显然，根据不同的传热方式，强化和削弱传热的手段应该不同，本节主要针对对流换热过程的强化和削弱1强化传热的原则和手段(1)强化换热的原则：哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措施。举例：以圆管内充分发展湍流换热为例，