传热学第九章课件chapter

传热学第九章课件chapter Heat
tm
1 A
A Transfer
0 txdAx
tm
பைடு நூலகம்
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
t exp(kA) -1
kA
tm
t ln t
t t
-1
t ln
t t
t
t
上式就是顺流情况下的对数平均温差。
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传热学第九章课件chapter Heat
直到
值的' 和偏差"小到满意为止。至于两者偏差
应小到何种程度，则取决于要求的计算精度，一般
认为应小于2％-5％。
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传热学第九章课件chapter Heat 二、换热器计算的Tra效ns能fer-传热单元数法
中的3个温度，只要知道其中5个变量，就可以算 出其它3个。
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1、设计计算
传热学第九章课件chapter Heat Transfer
进行设计计算时，一般是根据生产任务的要求，
给定流体的质量流量
q和m1、4个qm进2 、出口温度中
的3个，需要确定换热器的型式、结构，计算传热
系数 k 及换热面积A。计算步骤如下：
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冷流体
顺流式套管换热器
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热流体
冷流体
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逆流式套管换热器
传热学第九章课件chapter Heat （2）壳管式换热Tr器an。sfe它r 是间壁式换热器的主要形 式。电厂中的冷油器和给水加热器等。
壳管式换热器的传热面由管束构成。一种流体在 管子内部流动，称为管程，另一种流体在管子与换 热器的壳体之间流动，称为壳程。
t2 t2
P
图10-23 1壳程，2、4、6、8…管程的 值
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传热学第九章课件chapter Heat 4.各种流动型式的Tr比an较sfer
(1)顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温 度下，逆流的 t最m 大，顺流则最小；
(2)顺流时 tc ，th 而逆流时， 则t c可 能大于 ，可t h 见， 逆流布置时的换热最强。
➢对数平均温差实际上是 t在x 整个换热面面积上的积分
平均值。
➢算术平均温差则是指 (tmax t，min相) /当2 于假定冷热流体 的温度都是按照线性变化时的平均温度。
当换热器的进出口端差变小时，采用算术平均温差 代替对数平均温差的误差逐渐变小。因此，当
tmax tmin 1.7
常采用算术平均温差来计算：
冷流
体
由于冷热流体的温度沿流动过程不断变化，因此传热
方程中的温差应是整个换热器面积上的平均温差。
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传热学第九章课件chapter Heat 1.简单顺流及逆流Tr换an热sfe器r 的对数平均温差
平均温压推导的思路
tm
1 A
A
0 txdAx
热流 体
对任意的微元换热面dA
的传热情况进行研究，得
热流体进
冷流体进
热流体出
四流程固定管板式管壳式换热器
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U形管管壳式换热器
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U形管管壳式换热器
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折流板的作用T：ransfer
（1）作为管子的支撑结构； （2）使壳侧流体横掠管束，从而强化传热。
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典型壳管式换热器外形
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冷流体 进
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热流体出
冷流体出
热流体进
典型两流程固定管板式管壳式换热器
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冷流体出
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Transfer
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9-2 换热T器ran的sfer型式及平均温压
一、引言 二、分类 三、换热器传热温差的计算
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一、引言
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➢ 换热器是用来实现冷、热流体热量交换的一种设 备。它广泛应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、 冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻工、医药 等部门，是量大用广的通用设备。
烟气
空气
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传热学第九章课件chapter Heat 蓄热式换热器举例Tr：ans回fer转式空气预热器中的蓄热板
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传热学第九章课件chapter Heat Transfer 2. 间壁式换热器
（1）套管式。最简单的间壁式换热器，依两种 流体的流动方向又分顺流和逆流布置。
热流体
（3）根据由冷、热流体的4个进、出口温度及流
动型式确定平均温差tm ；
（4）由传热方程式求出所需的换热面积A；
（5）计算换热面两侧流体的流动阻力，如果流动 阻力过大，会使风机、水泵的电耗增加，从而加大 了系统设备的投资和运行费用，须改变方案，重新 设计。
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2、校核计算
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（1）根据给定的换热条件、流体的性质、温度和 压力范围等条件，选择换热器的类型及流动型式， 初步布置换热面，计算换热面两侧对流换热的表面 传热系数及换热面的传热系数k；
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（2）根据给定条T件ran，sfe由r 热平衡方程式求出4个进、
出口温度中未知的温度，并求出换热量；
横掠管束和纵掠管束 换热系数的比较：
Nu横/ Nu纵=1.356
纵
横 流体
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折流板的缺点： （1）壳侧流动阻力大； （2）存在流动死区和折流板孔隙的漏流， 使实际传热效果低于理论值； （3）引起诱导振动，从而导致管子断裂。
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面两侧的表面传热系数 h1、，h2进而求得传热系数k；
（4）由传热方程式求出换热量 Φ"；
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（5）比较 '和，Tra如"ns果fer两者相差较大（如大于2%
或5%），说明步骤(a)中假设的温度值不符合实际，
再重新假设一个流体出口温度，重复上述计算步骤，
在这种情况下，通常采用试算法，其具体计算步
骤如下：
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Φ （热平1）衡先方假程设式一求个T出r流a换ns体f热er的量出口和温另'度一t1个（" 流或体t的2）"出，口用
温度； （2）根据由冷、热流体的4个进、出口温度及流
动型式确定平均温差 t；m
（3）根据给定的换热器结构及工作条件计算换热
对已有或设计好的换热器进行校核计算时，一
般已知换热器的换热面积A、两侧流体的质量流
量 qm1、、qm进2 口温度
t1等' 、5个t2参' 数。由于两侧
流体的出口温度未知，传热平均温差无法计算；
同时由于流体的定性温度不能确定，也无法计算
换热面两侧对流换热的表面传热系数及通过换热
面的传热系数，因此不能直接求出其余的未知量。
（2）逆流情况 Transfer
冷流
体
t' t'1t"2
热流 体
t" t"1t'2
此时有可能t' t"
因此，无论顺流还
是逆流，平均温差 t'
统一写成
tm
t max tmin ln t max
tmin
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t
t'1 t"2
0
t"1 t"
t'2
A
传热学第九章课件chapter Heat 2.算术平均温差与Tr对an数sfe平r 均温差的选用
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新型的折流杆管壳式换热器的结构
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传热学第九章课件chapter Heat （3）板式换热器Tr。an板sfe式r 换热器由一组结构相同的 平行薄平板叠加组成，每两个相邻的平板之间组成 一个流体通道，冷、热流体间隔流过各个通道。
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到 Δtx 的计算公式。
冷流
t体
t'1
dΦ kdAt dΦ qm1c1dt1 dΦ qm2c2dt2
t' tx
t'2
0
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t"1 t"
t"2
A
传热学第九章课件chapter Heat （1）以顺流时为T例ransfer
假设：
（a）冷热流体的质量流量qm1、qm2及比热容c1、c2 在整个换热面上为常量； （b）传热系数在整个换热面上不变； （c）换热器无热损失； （d）换热面沿流动方向的导热量可以忽略。
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tm,算术
tmax
tmin 2
传热学第九章课件chapter Heat 3.其它复杂布置时Tr换an热sfe器r 的平均温差计算
实际换热器很少有纯顺流或纯逆流型式。对于复 杂情况，也可以采用前面的方法进行分析，但数学 推导将非常复杂，实际上，逆流的平均温差最大， 因此，人们想到对纯逆流的对数平均温差进行修正 以获得其它情况下的平均温差。
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传热学第九章课件chapter Heat 在前面假设的基础Tr上ans，fer对图中微元换热面dA一段
的传热情况进行分析。
t
dΦ kdAt
t'1
dΦ qm1c1dt1 dΦ qm2c2dt2
t' t t'2
d(t) dt1 dt2
0
dA
Ax
t"1 t"
t"2
A
d(t)
1 qm1c1
换热器传热计算的基本公式有传热方程式和冷、热 流体的热平衡方程式：
Φ kAtm
Φ1 qm1cp1 t1 t1
Φ2 qm2cp2 t2 t2
考虑换热器的 热损失，则：
Φ2 cΦ1
热损失系数 的c 值通常取0.97~0.98。不管是否考虑热
损失，热负荷一般取管内流体吸收或放出的热量。
1 qm2c2
dΦ
dΦ
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dΦ kdAt Transfer
d(t)
1 qm1c1
1 qm2c2
dΦ
dΦ
d(t) kdAt
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
kAx
tx texp(kAx )
t" texp(kA)
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➢ 例如，热交换设备投资占电厂总投资的1/5，重量 占工艺投资总重的40%。
➢ 在年产30万吨的乙烯装置中，各种换热器达300500台。
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二、换热器的分Tra类nsfer
1. 按换热器操作过程分为： 间壁式——冷热流体由固体壁面隔开。
混合式——冷热流体直接相互掺混。
蓄热式（回热式）——冷热流体交替流过 换热面而实现热量交换。
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传热学第九章课件chapter Heat 混合式换热器T举ra例nsf：er 电厂中的冷却塔、除氧器和 喷水减温器，化工厂的洗涤塔。
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传热学第九章课件chapter Heat 蓄热式换热器举例Tra：ns回fer转式空气预热器结构图
换热面积 (2)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，核算它能否胜任规定的新 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:
kAtm qm1c1(t1 t1) qm2c2 (t2 t2 )
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传热学第九章课件chapter Heat 一、换热器传热计Tr算an的sfe平r 均温差法
(3)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生 相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流。
(4)对于工程上常见的流经蛇形管束的传热，只要管 束的曲折次数超过4次，就可以按纯顺流或逆流计 算。
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9-3Tr换ans热fer 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
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板式换热器的各种板型
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三、传热温差的Tr计ans算fer
间壁式换热器的工作过程属于传热过程。因此换 热器的传热量可由传热方程式计算：
Ak(t f 1 t f 2 )＝Akt
热流 体
Aktm
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ΦTranskfeAr tm
Φ1 qm1cp1 t1 t1
Φ2 qm2cp2 t2 t2
如果流体的定压比热 c p1、已c p知2 ，则以上3个方程
中共有8个独立变量，即:
Φ、k、A、qm1、qm2 及 t1、t1、 t2、t2
tm (tm )ctf
(tm )ctf是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流
时的LMTD，是小于1的修正系数。图10-23~10-24 分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的 。
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P t2 t2 , t1 t2
R t'1t1