第四节两流体间传热过程的计算ppt课件.ppt

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1、第四章传热一、热量衡算二、总传热速率微分方程三、总传热系数四、平均温度差五、传热面积的计算六、壁温的计算七、换热器的计算第四节两流体间传热过程的计算2021/7/28传热计算设计计算校核计算根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。依据：总传热速率方程和热量恒算2021/7/28一、热量衡算热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略则在单位时间

2、内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。即：2021/7/28套管式换热器1—内管2—外管2021/7/28图4-19套管换热器的热量衡算2021/7/28若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝液在饱和温度下离开。若冷凝液的温度T2低于饱和温度TS离开换热器应用：计算换热器的传热量若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度下的比热时(比热法)：2021/7/28二、传热的平均温度差恒温差传热：变温差传热：传热温度差不随位置而变的传热传热温度差随位置而改变的传热传热流动形式并流：逆流：错流：折流：两流体平行而同

3、向的流动两流体平行而反向的流动两流体垂直交叉的流动一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复折流2021/7/28复杂折流错流简单折流（a）逆流（b）并流2021/7/281、恒温传热时的平均温度差热流体：蒸气冷凝冷流体：液体沸腾温差不随换热器管长而变化。2、变温传热时的平均温度差（1）一侧变温2021/7/28（2）两侧变温变温传热时温度差变化（a）逆流（b）并流2021/7/28逆流和并流时的传热温差假定：（1）冷热流体的qm1、qm2为常数；（2）流体的比热容为常量,且传热系数K沿换热面而不变；（3）换热器无热损失以逆流为例，推导平均

4、温差。2021/7/28微元面积dA的传热情况两流体的温差为△t通过微元面dA的传热量为：2021/7/28用分别表示换热器两端的温差，并对上式积分得将（c）、(d)代入(d)式2021/7/28积分：即：2021/7/28——对数平均温度差整理得：2021/7/28讨论：(a)上式虽然是从逆流推导来的，但也适用于并流。(b)习惯上将较大温差记为，较小温差记为。(c)当时，可用算数平均值来代替对数平均温度差。即：（误差小于4%，工程上允许）(d)当时，则(e)在冷、热流体的始、终温度相同的条件下，。在G及K分别相同的条件下，采用逆流换热

5、可以节省传热面积，故工业生产中多采用逆流操作。2021/7/28【例4-5】在套管换热器中用20℃的冷却水将某溶液从100℃冷却至60℃，溶液流量为1500kg/h，溶液比热为3.5kJ/(公斤·℃)，已测得水出口温度为40℃，试分别计算并流与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传热系数K=1000W/(m2·℃)，求并流操作和逆流操作所需的传热面积。2021/7/28解：逆流和并流的平均温差分别是：传热负荷为：逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：2021/7/28例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将热

6、流体由100℃冷却至40℃，冷却水进口温度15℃，出口温度30℃，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温度差。2021/7/28解：逆流时：热流体：冷流体：7025并流时：热流体：冷流体：85102021/7/28可见：在冷、热流体初、终温度相同的条件下，逆流的平均温度差大。2、错流和折流时的平均温度差错流和折流的平均温度差，常采用安德伍德和鲍曼提出的图算法。先按逆流时计算对数平均温度差△tm逆，在乘以考虑流动型式的温度修正系数，得到实际平均温度差△tm。2021/7/28两种流体在列管式换热器中流动并非是简单的并流和逆流，而是比较

7、复杂的多程流动，既有折流又有错流。错流是指两流体在间壁两侧彼此的流动方向垂直；一种流体作折流流动，另一种流体不折流，或仅沿一个方向流动。若两种流体都作折流流动或既有错流又有折流，称为复杂折流。复杂折流错流简单折流2021/7/28——错流和折流时的平均温度差其中计算P,R的值后,可查图得到的值2021/7/28温差修正系数ψ＜1，即⊿tm＜⊿tm，逆，换热器设计时ψ值不应小于0.8，否则不经济。增大ψ的一个方法就是改用多壳程。2021/7/283．不同流动型式的比较(1)在进、出口温度相同的条件下,逆流的平均温度差最大,并流的平均温度

8、差最小,其他形式流动的平均温度介于逆流和并流之间。因此，就提高传热推动力而言，逆流优于并流及其他形式流动。当换热器的传热量Q及总传热系数K相同的条件下，采用逆流操作，所需传热面积最小。2021/7/28(2