换热器传热计算-2013

Q T K S t K S (T - t )
热流体 温度
冷流体 温度
2.变温传热时的平均温度差 （1）逆流和并流时的平均温度差
1 K 0 . 0002 0 . 00058 0 . 000062 0 . 000625
2
0 . 025
0 . 0265 m
2
K /W
K 37 . 7 W / m
K
K值增加的百分率
K K K
100 %
37 . 7 37 . 5 37 . 5
K o
管壁外侧对流传热控制
若
若
i o
i , o 相当
K i
管壁内侧对流传热控制
管壁内、外侧对流传热控制
污垢热阻控制
若管壁两侧对流传热热阻很小 ，而污垢热阻很大。
K 值总是接近且永远小于 i , o 中的小者。
当两侧对流传热系数相差较大时，K 近似等 于 i , o 中小者。 欲提高 K 值，强化传热，最有效的办法是减 小控制热阻。
K
70 . 4 37 . 5 37 . 5 100 % 87 . 8 %
K值增加的百分率

K K K
100 %
4.总传热系数的测定 对于已有的换热器，可以通过测定有关数 据，如设备的尺寸、流体的流量和温度等，然 后由传热基本方程式计算值。显然，这样得到 的总传热系数值最为可靠。
管内径
Ki
管外径 平均管径
K K
o

dS m dS o

dm do
m
工程上大多以外表面积为基准，故后面讨论中 ，除非特别说明，都是基于外表面积的总传热系数 。
3、污垢热阻
在计算传热系数 K 值时，污垢热阻一般不可忽视，污垢
热阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构以及运行
时间等因素有关。 若管壁内侧表面上的污垢热阻分别用 Rsi 和 Rs0 表示，根 据串联热阻叠加原则，
1) 生产实际的经验数据 （可通过计算、实验测定或查阅相 关手册得到）
2) 实验测定
3) 分析计算
2、传热系数K的计算
流体通过管壁的传热包括： 1) 热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传 热
dQ o T T w dS
dQ
o
2) 通过管壁的热传导

T
w
t b
w
dS
m
3) 管壁与流动中的冷流体的对流传热
dS

i
d0 di

1 K
1

1


bd
0
0
d m

d0
id i
或K
1
0

bd
0
d m


d0
——基于外表面积总传热系数计算公式
id i
1
K 1 dm
同理： Ki
1
i

bd
i
dm

di
m
0d 0
id i

b


dm
0d 0
显然有
K
o

dS dS
i o

di do
若换热器中流体有相变，例如饱和蒸气冷凝
Q
T
q m , h r q m , c c p c ( t 2 t1 )
若换热器中流体有相变，例如饱和蒸气冷凝， 且冷凝液在低于饱和温度下离开换热器
Q
T
q m , h [ r c p h ( T s T 2 ) ] q m , c c p c ( t 2 t1 )
热平衡方程
假设换热器绝热良好，热损失可以忽略不 计，则在单位时间内换热器中热流体放出的热 量必等于冷流体吸收的热量。
d Q q m ,h d I h q m ,c d I c
对于整个换热器，其热量衡算式为
Q T q m ,h ( I h1 I h 2 ) q m ,c ( I c 2 I c1 )
④总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时 可根据实际情况选取中间的某一数值。若需降 低设备费（减小换热面积）可选取较大的值； 若需降低操作费（增大换热面积）可选取较小 的值。
第五章 传 热
第五节 换热器的传热计算
一、热平衡方程 二、总传热速率方程 三、总传热系数 四、传热面积的计算
四、传热面积的计算
100 %
0 . 53 %
（3）α2增大一倍，即α2 =100W/m2· K时的传热系数
1 K 0 . 0004 0 . 00058 0 . 000062
0 . 0142 m
2
K
0 . 000625
0 . 0125
K /W
2
K 70 . 4 W / m
第五章 传 热
第五节 换热器的传热计算
一、热平衡方程 二、总传热速率方程 三、总传热系数
三、总传热系数
总传热系数K 表示单位传热面积，冷、热流体单位传热 温差下的传热速率，它反映了传热过程的强度。 K 是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进 行传热计算的依据。K 的数值取决于流体的物性、传热过程 的操作条件及换热器的类型等， 1、总传热系数K的来源
dQ
i
t w
t dS
i
间壁换热器总传热速率为：
dQ K T t dS
dQ T t 1 KdS
0
0

T R

T TW 1

t1 R1

TW tW b

t2 R2

tw t 1

t3 R3
0 dS
0
dS
m
i dS
i
利用串联热阻叠加原则：
取钢管的导热系数λ=45W/m· K， 冷却水测的污垢热阻Rs1=0.58×10-3 m2· K/W CO2侧污垢热阻Rs2=0.5×10-3 m2· K/W 则：
1 2500
1 K

1
1
R s1
3
bd 1
d m
0 . 0025 45
Rs2
25
d1 d2

1
d1
25 20 1 50 25 20
1
求管内、外的αi、α0
T tw tw t 1
核算tW

Rs0
0

R si
i
第五章 传 热
第五节 换热器的传热计算
一、热平衡方程 二、总传热速率方程 三、总传热系数 四、传热面积的计算
五、 壁温的计算 六、传热的平均温度差
六、传热的平均温度差
恒温差传热： 传热温度差不随位置而变的传热
第五章 传 热
第五节 换热器的传热计算
一、热平衡方程
热量衡算方程
热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化 的相互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽 略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所 吸收的热量。 图为一稳态逆流操作 的套管式换热器，热流 体走管内，冷流体走环 隙。
图 套管换热器中的传热过程
套管换热器
内管外径
内管内径
以外表面积为基准 S d 0 L
以内表面积为基准 S d i L
传热管外径
列管换热器
以外表面积为基准 S n d 0 L
以内表面积为基准 S n d i L
S Q K tm
传热管内径
传热系数K为常数
总传热管数
第五章 传 热
第五节 换热器的传热计算
K 1 1 bd d0 di d0
0
RS0
0
dm
R Si

id i
1 K0

do
id i
R si
do di

bd o
dm
R so
1

总传热系数计算式
o
管壁内表面 污垢热阻
管壁外表面 污垢热阻
提高总传热系数途径的分析
1 K0 do
id i
R si
2 d2
3

0 . 58 10

22 . 5
0 . 5 10


0 . 0004 0 . 00058 0 . 000062
0 . 0267 m
2
0 . 000625
0 . 025
K /W
K 37 . 5 W / m
2
K
(2)α1增大一倍，即α1 =5000W/m2· K时的传热系数K’
5.总传热系数的推荐值 附录二十中列出了管壳式换热器的推荐值 ，可供设计时参考。
在实际设计计算中，总传热系数通常采用 推荐值。这些推荐值是从实践中积累或通过实 验测定获得的。
在选用总传热系数的推荐值时，应注意以下 几点：
①设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳 程的流体相一致； ②设计中流体的性质（黏度等）和状态（流速等 ）应与所选的流体性质和状态相一致； ③设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型 相一致；
TW T
Q
1 A1
bQ
tW TW
tW t
Am
Q
2 A2
以上关系式表明，当间壁的导热系数很大时，间壁两侧的 壁面温度可近似认为相等，而且间壁的温度接近于对流传 热系数较大一侧的流体温度。
若已知：管内、外流体的平均温度T、t，忽略管壁热阻 求：壁温tW 方法：试差法 步骤： 假设tW
do di