换热器热计算基础实用教案

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1、传热计算(j sun)解决的问题解决3个问题：热量衡算，传热(chun r)速率。温度沿传热(chun r)面变化。tw Tw不好测。第1页/共94页第一页，共95页。21间壁式换热器的传热(chun r)分析 1、传热系数(xsh)K 2、对流换热系数(xsh)a1、a2 3、导热系数(xsh) 4、平均温压 热平衡方程 无相变时的热平衡方程 有相变的热平衡方程第2页/共94页第二页，共95页。 22传热系数 第3页/共94页第三页，共95页。一、平壁的传热系数对于一个无内热源、热导率为常数、厚度为的单层无限大平壁、两侧流体温度分别为tf1 与tf2、 表面传热系数分别为与的稳态的传热过程，

2、通过(tnggu)平壁的热流量可由下式计算： h1第4页/共94页第四页，共95页。 212f1f212f1f11hhRRRttAhAAhttkRtt2f1ftAkttAk2f1fkhh11112或写成 第5页/共94页第五页，共95页。二、管壁(un b)的传热系数 光滑(gung hu)管的传热系数一单层圆管，内、外半径分别为 r1、r2，长度为l，热导率为常数，无内热源，圆管内、外两侧的流体温度(wnd)分别为tf1 、tf2, 且tf1 tf2，两侧的表面传热系数分别为h1、h2。 第6页/共94页第六页，共95页。 这是一个由圆管内侧的对流换热、圆管壁的导热及圆管外侧的对流换热三个热

3、量传递环节组成的传热过程，在稳态情况下，运用热阻的概念，很容易求出通过圆管的热流量。根据牛顿冷却公式以及圆管壁的稳态导热计算公式，通过圆管的热流量可以(ky)分别表示为 第7页/共94页第七页，共95页。 11w1f111w1f1w1f111hRttlhdttttlhd1221ln21ddlttwwRtt2w1w22f2w222f2w2f2w221hRttlhdttttlhd分别为圆管内侧的对流换热热阻、管壁的导热(dor)热阻和圆管外侧的对流换热热阻。 21hhR,R,R第8页/共94页第八页，共95页。在表面传热系数较小的一侧采用(ciyng)肋壁是强化传热的一种行之有效的方法。下面以平壁

4、的一侧为肋壁的较简单的情况，作为分析肋壁传热的对象。三、翅化壁(肋化壁)第9页/共94页第九页，共95页。三、翅化壁(肋化壁) 翅化平壁 翅片管如图所示, 未加肋的左侧面积为，加肋侧肋基面积为，肋基温度为，肋片面积为，肋片平均温度为，肋侧总面积。假设肋壁材料(cilio)的热导率为常数，肋侧表面传热系数也为常数。在稳态情况下，可以分别对于传热过程的三个环节写出下面三个热流量的计算公式： A1A22wt2A 2wt 222A AA h2第10页/共94页第十页，共95页。对于(duy)左侧对流换热对于(duy)壁的导热 对于(duy)肋侧对流换热 根据肋片效率的定义式 111wf11wf1111

5、hAtttthA1w21wA tt2f2w222f2w22tthAt th A 2f2w2f2w2f2w222f2w22t tttt thAtthAf 第11页/共94页第十一页，共95页。联立三式，可得通过(tnggu)肋壁的传热热流量计算公式为 221112f1f11hAAhAtt212f1f122112f1f11111hhttAhAAhttA上式还可以(ky)改写成 tkAttkA112f1f11第12页/共94页第十二页，共95页。式中 称为(chn wi)以光壁表面积为基准的传热系数，其表达式为 k1khh112111式中 ， 称为肋化系数。从上式可见，加肋后，肋侧的对流换热热阻是

6、，而未加肋时为 ，加肋后热阻减小的程度(chngd)与有关。 AA2121h12h第13页/共94页第十三页，共95页。从肋化系数的定义可知， ，其大小取决于肋高与肋间距。增加肋高可以 加大 ，但增加肋高会使肋片效率 降低(jingd)，从而使肋面总效率 降低(jingd)。减小肋间距，即使肋片加密也可以加大 ，但肋间距过小会增大流体的流动阻力，使肋间流体的温度升高，降低(jingd)传热温差，不利于传热。一般肋间距应大于两倍边界层最大厚度。应该合理地选择肋高和肋间距，使 及传热系数 具有最佳值。 1f21hk1第14页/共94页第十四页，共95页。在工程上，当 时，一般选择 较小的低肋；当

7、时，一般选择 较大的高肋。为了(wi le)有效的强化传热，肋片应该加在表面传热系数较小的一侧。 hh1235hh1210第15页/共94页第十五页，共95页。肋片管 第16页/共94页第十六页，共95页。23 平均(pngjn)温压 换热器中流体的常见流型： 逆流、顺流、折流、交叉流、各式混合流，见图 推导(tudo)平均温压的条件设定P10第17页/共94页第十七页，共95页。流动型式示意图第18页/共94页第十八页，共95页。流体平行流动(lidng)时的温度分布第19页/共94页第十九页，共95页。第20页/共94页第二十页，共95页。一、逆流(nli)平均温压 对逆流平均温压的分析

8、所得逆流平均温压的公式 注意(zh y)问题第21页/共94页第二十一页，共95页。逆流(nli)平均温压第22页/共94页第二十二页，共95页。逆流(nli)平均温压第23页/共94页第二十三页，共95页。对数平均(pngjn)温差222111dtcqdtcqdQmm22221111WdQcqdQdtWdQcqdQdtmmdQWWttd)11()(2121mdQtdWWmttt)(11,2121则得令第24页/共94页第二十四页，共95页。kdAdQttt21对微元面积dA，传热方程为dAttkdQ)(21mdQtd )(mkdAttd ）（mkAttmkdAttdAtt 0ln)( 第25

9、页/共94页第二十五页，共95页。mdQtd )(mQtt mkAtt lnkAQtttt ln得由kAQtm lntttttm 对数平均温差对数平均温差第26页/共94页第二十六页，共95页。对逆流(nli)换热过程222111dtcqdtcqdQmmtA1t1t 2t2t 22221111WdQcqdQdtWdQcqdQdtmmdQWWttd)11()(2121 lntttttm 对数平均温差对数平均温差第27页/共94页第二十七页，共95页。minmaxminmaxlntttttmtA1t1t 2t2t t”t)(212minmaxminmaxtttttm时当第28页/共94页第二十八页

10、，共95页。 平壁、圆管壁及肋壁的传热过程时都假设为定值。换热器内的传热过程就不同了，冷、热流体沿换热面不断换热，它们的温度沿流向不断变化，冷、热流体间的传热温差沿程也发生变化，如图所示。因此，对于换热器的传热计算，上式中的 传热温差 应该是整个换热器传热面的平均(pngjn)温差（或称为平均(pngjn)温压） 。于是，换热器传热方程式的形式应为tmtmtkA第29页/共94页第二十九页，共95页。换热器中流体温度沿程变化示意图 第30页/共94页第三十页，共95页。分析表明，计算换热器的平均温差(wnch)公式： minmaxminmaxmlnttttt因为(yn wi)上式中出现对数运算

11、，所以由上式计算的温差称为对数平均温差 第31页/共94页第三十一页，共95页。在工程(gngchng)上，当 时，可以采用算术平均温差 2minmaxtt2minmaxmttt在相同进、出口温度相同情况下，算术平均(pngjn)温差的数值略大于对数平均(pngjn)温差，偏差小于4% 第32页/共94页第三十二页，共95页。二、顺流(shn li)平均温压 结果与逆流平均温压的形式(xngsh)相同minmaxminmaxmlnttttt第33页/共94页第三十三页，共95页。叉流和混合(hnh)流minmaxminmaxlnttttttm逆流时的对数平均温差第34页/共94页第三十四页，共

12、95页。蒸发器或冷凝器温度(wnd)变化 在蒸发器或冷凝器中，冷流体或热流体发生相变，如果忽略相变流体压力的变化，则相变流体在整个换热面上(min shn)保持其饱和温度。在此情况下，由于一侧流体温度恒定不变，所以无论顺流还是逆流，换热器的平均传热温差都相同，如图所示 第35页/共94页第三十五页，共95页。有相变时换热器内流体的温度变化示意图 第36页/共94页第三十六页，共95页。三、折流平均(pngjn)温压 错流：两流体的流向(li xin)相互垂直，称为错流第37页/共94页第三十七页，共95页。两种流体(lit)在列管式换热器中流动并非是简单的并流和逆流，而是比较复杂的多程流动，既

13、有折流又有错流。错流是指两流体(lit)在间壁两侧彼此的流动方向垂直；一种流体作折流流动(lidng)，另一种流体不折流，或仅沿一个方向流动(lidng)。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折流第38页/共94页第三十八页，共95页。,f P R2111ttPtT冷流体实际温度变化冷流体最大温度变化冷流体实际温度变化热流体实际温度变化1221ttTTR称为温差(wnch)修正系数，表示为P和R两参数的函数式中式表示的温差修正(xizhng)曲线绘于图7-5(a)、(b) 和 (c)中。,mmtt逆错流或折流时的平均温差，通常是先按逆流求算，然后再根据流

14、动型式加以(jiy)修正第39页/共94页第三十九页，共95页。折流 折流：一流体沿一个方向流动，另一流体反复(fnf)改变方向称为简单折流。 若两流体均作折流，既有折流，又有错流，称为复杂折流。第40页/共94页第四十页，共95页。第41页/共94页第四十一页，共95页。简单(jindn)折流型先逆后顺折流的平均(pngjn)温压第42页/共94页第四十二页，共95页。 型先逆后顺折流的平均温压 对于其它流动(lidng)型式，可以看作是介于顺流和逆流之间，其平均传热温差可以采用下式计算 mmttmt式中 为冷、热流体进、出口温度相同情况下逆流时的对数平均温差； 为小于1的修正系数，其数值(

15、shz)取决于流动型式和无量纲参数P,R 22112122ttt tR,ttttP mmtt =f(R,P) 第43页/共94页第四十三页，共95页。修正(xizhng)系数 修正系数(xsh)与R、P的函数关系 为了工程上计算方便，对于常见的流动型式，已绘制成线算图，在有关传热学或换热器设计手册中可以查到。第44页/共94页第四十四页，共95页。 1壳程，2、4、6、8管程的值P第45页/共94页第四十五页，共95页。 P2壳程，4、8、12管程的 值第46页/共94页第四十六页，共95页。一次交叉(jioch)流，两种流体各自不混合第47页/共94页第四十七页，共95页。 一次交叉流，两种

16、流体(lit)各自不混合时的值P第48页/共94页第四十八页，共95页。一次交叉流，一种流体(lit)混合、另一种流体(lit)不混合 第49页/共94页第四十九页，共95页。 第50页/共94页第五十页，共95页。 一次交叉( jioch)流，一种流体混合、另一种流体不混合时的 值P第51页/共94页第五十一页，共95页。一次交叉(jioch)流，两种流体均不混合 第52页/共94页第五十二页，共95页。第53页/共94页第五十三页，共95页。第54页/共94页第五十四页，共95页。四、交叉(jioch)流型的平均温压 1 一次交叉流型P16 1) 两流体中一种(y zhn)流体发生横向混合

17、，一种(y zhn)流体不发生混合时的平均温压 2 )两流体各自均发生横向混合时的平均温压 3 )两流体均无横向混合时的平均温压12第55页/共94页第五十五页，共95页。2多次交叉(jioch)流型(P18)1一种流体为单程，另一种流体以串联形式与前一种流体多次交叉，其总趋势为逆流(nli)。2一种流体为单程，另一种流体以串联形式与前一种流体多次交叉，其总趋势为顺流。3对其它流型平均温压的讨论，P18第56页/共94页第五十六页，共95页。五、加权平均(pngjn)温压加权平均(pngjn)温压，P31第57页/共94页第五十七页，共95页。换热器的无因次量及其函数(hnsh)关系 在设计性

18、计算时(含校核性计算)，其基本方程为：传热方程式：Q=KFtm=KFf(t1,t1,t2,t2)热平衡方程式Q=W1(t1t1)=W2(t2t2)共有7个量KF W1、W2、t1、t1、 t2、t2、，给出5个量才能进行计算。对设计性计算可采用上述(shngsh)温差法，对校核性计算应采用本节的无因次法比较方便。 第58页/共94页第五十八页，共95页。换热器的热计算(j sun) 换热器的热计算分为设计换热器的热计算分为设计(shj)计算和校核计算和校核计算。计算。 换热器热计算的基本公式为换热器热计算的基本公式为mkA t 1 1112222mmq c ttq ctt 传热传热(chun

19、r)方程式方程式:热平衡方程式：热平衡方程式：第59页/共94页第五十九页，共95页。1 1、换热器计算的平均温差法、换热器计算的平均温差法平均温差法用作设计计算时步骤如下：平均温差法用作设计计算时步骤如下：（1 1）初步布置换热面，计算出相应的传热系数）初步布置换热面，计算出相应的传热系数 。（2 2）根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度）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中的那个待定的温度 。（3 3）由冷、热流体的）由冷、热流体的4 4个进、出口温度确定平均温个进、出口温度确定平均温 差，计算时要注意保持修正系数差，计算时要注意保持修正系数 具有合适具有合适

20、 的数值。的数值。（4 4）由传热方程求出所需要的换热面积）由传热方程求出所需要的换热面积 ，并核算，并核算 换热面两侧有流体的流动阻力。换热面两侧有流体的流动阻力。（5 5）如流动阻力过大，改变方案）如流动阻力过大，改变方案(fng n)(fng n)重新设计。重新设计。kmtA第60页/共94页第六十页，共95页。 对于校核计算具体计算步骤：对于校核计算具体计算步骤：（1 1）先假设一个）先假设一个(y )(y )流体的出口温度，流体的出口温度，按热平衡式计算另一个按热平衡式计算另一个(y )(y )出口温度出口温度（2 2）根据）根据4 4个进出口温度求得平均温差个进出口温度求得平均温差

21、（3 3）根据换热器的结构，算出相应工作条件）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数下的总传热系数k kmt第61页/共94页第六十一页，共95页。（4 4）已知）已知k k、A A和和 ，按传热方程式计算在假设出口，按传热方程式计算在假设出口温度下的温度下的（5 5）根据）根据4 4个进出口温度，用热平衡式计算另一个进出口温度，用热平衡式计算另一个个 ，这个值和上面的，这个值和上面的 ，都是在假设出口温，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量度下得到的，因此，都不是真实的换热量（6 6）比较）比较(bjio)(bjio)两个两个 值，满足精度要求，则值，满足精度要求，

22、则结束，否则，重新假定出口温度，重复结束，否则，重新假定出口温度，重复(1)(6)(1)(6)，直至满足精度要求。直至满足精度要求。mt第62页/共94页第六十二页，共95页。2 2 效能效能- -传热传热(chun r)(chun r)单元数法单元数法(1)(1)传热传热(chun r)(chun r)单元数和换热器的效能单元数和换热器的效能换热器的效能换热器的效能(xionng)(xionng)按下式按下式定义：定义：max12ttttmin()()mq ctt换热器交换换热器交换(jiohun)(jiohun)的热的热流量：流量：min12()mq ctt 第63页/共94页第六十三页，

23、共95页。1112()tttt1 122mmq cqc 下面揭示换热器的效能与哪些变量有关下面揭示换热器的效能与哪些变量有关(yugun)(yugun)。 以顺流换热器为例，并假设以顺流换热器为例，并假设 则有则有根据根据(gnj)(gnj)热平衡热平衡式得：式得：1 1112222()()mmq c ttq c tt1 1221122()mmq cttttq c于是于是(ysh)(ysh)第64页/共94页第六十四页，共95页。1 112122 21(1)mmq cttttq c式式， 相加：相加：1 11212122 2()()(1)()mmq cttttttq c整理整理(zhngl)(

24、zhngl)：由上一节知道由上一节知道(zh do)1212kAttett第65页/共94页第六十五页，共95页。带入式得带入式得1 1221 exp()1mmkAq cq c把上一节中把上一节中 带入上式得带入上式得1 11 1221 1221 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c第66页/共94页第六十六页，共95页。1 122mmq cqc当当 时，类似推导可得时，类似推导可得22221 1221 11 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c将合并将合并(hbng)写成写成minminmaxminmax1 exp11mmmmmq ckAq cq cq c

25、q c第67页/共94页第六十七页，共95页。令令minmkANTUq c可写成可写成minmaxminmax1 exp11mmmmq cNTUq cq cq c（）类似的推导可得逆流类似的推导可得逆流(nli)换热器的效能为换热器的效能为minmaxminminmaxmax1 exp11exp1mmmmmmq cNTUq cq cq cNTUq cq c（）（）称为称为(chn wi)传热单元数传热单元数第68页/共94页第六十八页，共95页。当冷热流体之一发生相变时，即当冷热流体之一发生相变时，即 趋于无穷大时，趋于无穷大时，于是于是(ysh)(ysh)上面效能公式可简化为上面效能公式可简

26、化为NTUexp1当两种流体当两种流体(lit)(lit)的热容相等时，的热容相等时， 公式可以公式可以简化为简化为1exp2NTU2NTU1NTU顺流顺流(shn li)：逆流：逆流：maxmq c第69页/共94页第六十九页，共95页。 根据根据 及及 的定义及换热器两类热计算的任务的定义及换热器两类热计算的任务(rn wu)(rn wu)可知，设计计算是可知，设计计算是已知已知 求求 ，而校核计算则是由，而校核计算则是由 求取求取 值。它们计算步骤都与平均温值。它们计算步骤都与平均温差中对应计算大致相似，故不再细述。差中对应计算大致相似，故不再细述。NTUNTUNTU 3、用效能传热单元

27、数法（法）计算(j sun)换热器的步骤第70页/共94页第七十页，共95页。换热器的无因次量 换热器的无因次量包括：换热器效率(效能)E、传热(chun r)单元数NTU、热容量比R 换热器效率(效能)E 传热(chun r)单元数NTU 热容量比R 第71页/共94页第七十一页，共95页。传热(chun r)单元数法NTU当给定两流体(lit)流量、进口温度以及传热面积、传热系数时，要计算两流体(lit)出口温度时往往需要试差法。对这类操作型计算，若采用传热效率及传热单元数法则可方便地计算而避免试差。 1.换热器效率定义：若换热器中流体(lit)无相变，热损失忽略，则实际传热量： Q=Wh

28、Cph(T1-T2)WcCpc(t2-t1)换热器中可能达到的最大温度差为(T1-t1)。据能量衡算，冷流体(lit)吸收的热量等于热流体(lit)放出的热量，故两流体(lit)中(WCp)值较小的流体(lit)具有较大的温度差，则最大可能的传热量： Qmax= (WCp)min (T1-t1)第72页/共94页第七十二页，共95页。 其中(qzhng)称为流体的热容量流率C； 下标min表示两流体中热容量流率较小者，将此流体称为最小值流体。111211pcc12pccc112111phh21phhhtTtt)tT(CW)tt (CWtTTT)tT(CW)TT(CW冷流体为最小值流体：热流体为

29、最小值流体：2.传热单元(dnyun)数NTU对换热器微元段进行热量衡算和传热速率计算：dQ=-WhCphdTWcCpcdt=K(T-t)dSphh2TThpccS0pccttccpccCWKStTdT(NTU)CWKSCWKdStTdt(NTU)(NTU)CWKdStTdt121数同理：热流体传热单元，即：流体的传热单元数上式的积分称为基于冷对冷流体：第73页/共94页第七十三页，共95页。与NTU的关系(gun x) 以并流为例。phhpccpccpccphh112212pcc21phh1221112222112211mCWCW1CWKSexpCW1CW1KSexptTtT)tt (CWQ

30、)TT(CWQQttQTTKSexptTtTtTtTln)tT()tT(KStKSQ第74页/共94页第七十四页，共95页。phhpccpcc1122CWCW1CWKSexptTtT式中，得：式代入将又）（，则：若冷流体为最小值流体) 1 ()2()2(CC11CC1tTtt1tT)tt ()tt (CC)tT(tTt)tt (CCTtTtT)tt (CCTT)tt (CW)TT(CW1CC1NTU)(exptTtTCKSNTU)(CWCCKSNTU)(CWCmaxminmaxmin1112111212maxmin1111212maxmin1112212maxmin1212pcc21phhma

31、xminmin1122maxmaxphhmaxminminpccmin第75页/共94页第七十五页，共95页。maxmaxphhmaxminminpccminmaxminmaxminminmaxminminmaxminCKSNTU)( CWC CKSNTU)( CWCNTUCC1CC1NTU)(exp1CC1NTU)(expCC11其中：关系为最小值流体时此为并流流动、冷流体第76页/共94页第七十六页，共95页。说明(shumng) 1.传热单元数NTU是温度的无量纲函数，反映传热推动力和传热所要求的温度变化。 2.前式同样适用于热流体为最小值流体，此时(c sh)Cmin=WhCph，Cm

32、ax=WcCpc，(NTU)min=KS/Cmin 3.逆流时：minminpccmaxphhminminminphhmaxpccminmaxminminmaxminmaxminminCKSNTU)( ,CWC,CWCCKSNTU)( ,CWC,CWCCC1NTU)(expCC1CC1NTU)(exp1热流体为最小值流体：冷流体为最小值流体：第77页/共94页第七十七页，共95页。 4.若两流体(lit)之一有相变，即t或T0，Cmax=，则： =1-exp-(NTU)min 5.若Cmin=Cmax，则：NTU1NTU2NTU)(2exp1min逆流：并流：6.已知冷热流体进口温度，求解出口

33、温度。步骤(bzhu)：判别最小值流体。Cmin=min(WhCph,WcCpc)计算(NTU)min， (NTU)minKS/ Cmin据并流或逆流选择公式计算传热效率 据热量衡算方程计算另一出口温度t2或T222pccmin1112phhmin1121tT)CWC(tTtt)CWC(tTTT反算时当或时当由第78页/共94页第七十八页，共95页。传热(chun r)单元数法示例 例 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s，进口(jn ku)温度为110；水的流量为0.667kg/s，进口(jn ku)温度为35。油和水的平均比热分别为1.9k

34、J/(kg)及4.187 9kJ/(kg) 。换热器的总传热系数为320W/(m2)。求水的出口温度。 解：WhCph=2.851900=5415W/ WcCpc=0.6674180=2788W/ 故冷流体水为最小值流体，则：Cmin/Cmax=2788/5415=0.515 (NTU)min=KS/Cmin=32015.8/2788=1.8第79页/共94页第七十九页，共95页。解得水的出口温度为：5 .9035)35110(74. 0t)tT(t74. 0tTtt74. 0)515. 01 (8 . 1exp515. 01)515. 01 (8 . 1exp1CC1NTU)(expCC1C

35、C1NTU)(exp111121112maxminminmaxminmaxminmin第80页/共94页第八十页，共95页。传热系数随温度(wnd)变化的处理 传热系数(xsh)K在一般情况下被视为常数，如1、2(对流换热系数(xsh)，(导热系数(xsh)等被视为常数。当K随温度变化很大时，需考虑温度的影响。 第81页/共94页第八十一页，共95页。若传热系数K随温压呈线性变化(binhu) 一、若传热系数K随温压呈线性变化时(含冷热两种流体任一种流体温度为线性变化)，不论是逆流还是(hi shi)顺流，都可应用下式： ln tKtKtKtKFQ第82页/共94页第八十二页，共95页。 其它

36、(qt)流型，可采用温度修正系数 ln tKtKtKtKFQK随温度无简单(jindn)变化规律时，可分段计算 第83页/共94页第八十三页，共95页。例 题 某蒸发器的管壁厚3mm，材料是钢。长久使用后其表面覆盖一层厚为0.5mm的水垢。试求传热系数的变化，并就计算结果讨论(toln)水垢对传热系数的影响。已知：沸2791 W/(m2K)，冷凝11630 W/(m2K)，钢=46.5 W/(mK)，水垢=1.745 W/(mK)。 第84页/共94页第八十四页，共95页。 解： 解：假定各传热面面积相等， 则： （(1） 结垢前：（(2） 结垢后： 所以，结垢前后(qinhu)变化： 可见结

37、水垢后传热效率大大下降。 答：水垢使总传热系数下降了36。owiK111)/(19651163015 .46003. 02791111112KmWKowi)/(1257116301745. 10005. 05 .46003. 02791111112KmWKowi垢垢%36%100196519651257第85页/共94页第八十五页，共95页。 一蛇管热交换器是用外径20mm，厚2mm的铜管装置在水槽中。CO2气体以24kg/h的流量在管内流动，其温度由50降到20，CO2的平均Cp=0.83kJ/(kgK)。冷却水自槽底进入，以110kg/h的流量缓缓流进，自槽顶离去，这样冷却水可以当作以自然

38、对流的方式与CO2进行热交换。水的进入温度为10。已知CO2对壁的158.2W/(m2K)，管壁(un b)对水的258.2W/(m2K)，管壁(un b)w=383.8 W/(mK)，试计算冷却水的出口温度和热交换器的传热系数。 第86页/共94页第八十六页，共95页。 （1） 解：1、热量衡算：水升温吸收的热量CO2降温释放的热量即 水的物性值先以10的情况计算：查水的物性值，则 所以： to=11.3验证(ynzhng)水的物性值假设：水的平均温度： 以10的水计算是可以的。所以冷却水的出口温度为11.3。)()(2222,oiCOpCOioOHpOHTTCwttCw)/(191. 42

39、,KkgkJCOHp)2050(10837. 024)10(10191. 411033otCtttiom65.1023 .11102第87页/共94页第八十七页，共95页。 （1） 求K 根据(gnj)热阻叠加规律： 同理可得： )/(05.5020186 .139518 .383002. 016182 .58111112KmWddddKomowimim)/(05.456 .1395118208 .383002. 016202 .58111112KmWddddKomowioio)/(31.5620166 .1395118168 .383002. 02 .58111112KmWddddKoiom

40、iwii第88页/共94页第八十八页，共95页。 答：冷却水的出口(ch ku)温度为11.3，热交换器的传热系数为45.05W/(m2.K)。(如以圆筒壁的平均面为基准，则传热系数为 50.05W/(m2.K)； 如以圆筒壁的内表面为基准，则传热系数为56.31W/(m2.K)。一般没有特别指明，应以外表面为基准计算传热系数K。) 第89页/共94页第八十九页，共95页。例 题(自己(zj)做) 1. 1 设有一管壳式换热器，热流体的进、出口温度57、35，冷流体的进、出口温度28、30。试求在顺流、逆流和一流程(lichng)交叉流热流体横向混合、冷流体横向不混合时三种情况下的对数平均温差

41、。 第90页/共94页第九十页，共95页。 2 管壳式冷油器的冷却水在双管程中流动，其进、出口温度(wnd)为20、60，水流量为每分钟70公斤，将热油从110冷却到60，冷油器的总传热系数为300W/m2,试计算冷油器的传热面积。(设管程为2管程，水在40的比热容为Cp=4.174kJ/kg ,)第91页/共94页第九十一页，共95页。 3 某一换热器总换热面积为60m2，用来冷却质量流量(liling)为1000kg/h、温度为200的油，设该油的比热为1.9kJ/kg.，水的进口温度为30、流量(liling)为6000kg/h。该换热器的传热系数为300 W/m2，水的比热为Cp=4.

42、174kJ/kg 。试计算换热器中的流体在以顺流和逆流两种方式运行时，油在换热器出口的温度。第92页/共94页第九十二页，共95页。 4、温度为99的热水进入一个逆流式换热器，将4的冷水(lngshu)加热到32。热水流量为9360kg/h，传热系数为830W/(m2.),试计算该换热器的传热面积和换热器效率(由冷流体计算)。 第93页/共94页第九十三页，共95页。谢谢您的观看(gunkn)！第94页/共94页第九十四页，共95页。NoImage内容(nirng)总结传热计算解决的问题。22传热系数。根据牛顿冷却公式以及圆管壁的稳态导热计算公式，通过圆管的热流量可以分别表示为。错流：两流体的流向相互垂直(chuzh)，称为错流。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。对这类操作型计算，若采用传热效率及传热单元数法则可方便地计算而避免试差。=1-exp-(NTU)min。当K随温度变化很大时，需考虑温度的影响。谢谢您的观看第九十五页，共95页。