1 换热器热计算基本原理ppt课件

此时用新定义的P’、R’查图， ψ不变。
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1.2.3 流体比容或传热系数变化时的平均温差
1.基本思路
虽然流体的比容是变化的，但只要把传热量分成若干 小段，每段内比容和传热系数可以认为是不变的，因此没 一小段内传热温差可以用对数温差的方法来表示，而后整 合所有温差可得积分平均温差。
2.适用条件
几乎所有情形。
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1.4 换热器热计算方法的比较
原则上换热器的设计都要用到传热方程和热平衡方程， 而平均温差法和传热单元数法都是由这两个方程推导而 来，所以两种方法都可进行换热器的热计算，只是繁简 程度不同而已。
注意：要想得到F，要先已知Q、K、 Δtm，这些数据 的计算即构成了热计算的基本内容。鉴于 K、 Δtm与F有 关，所以不同换热器热计算方法不同。
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1.1.2 热平衡方程式 1.放（吸）热方程式
Q1 M1C1 t1' t1''
Q2
M 2C2
t
'' 2
t2'
式中，C—平均比热，KJ/kg℃；
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➢ 无热损失； ➢ 忽略管子轴向导热； ➢ 同一种流体在流动过程中，不能既有相变又有单相对流。
2.推导过程（以顺流为例）
热流体放热量：
dQ M1C1dt1
冷流体吸热量：
dQ M 2C2dt2
微元体传热量：
dQ K t1 t2 dFx
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放吸热方程联立：
dQ
1 W1
1 W2
d t1
t2
d t
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1.3.2 顺逆流的传热有效度
以顺流为例进行推导，推导的原理是利用顺流平均温差 和热平衡方程。
由顺流温差 t '' t'eKF 得
t1'' t2'' eKF t1' t2'
热平衡方程 W1 t1' t1'' W2 t2'' t2'
联立以上两方程：
t1'
W2 W1
t2'' t2'
1.定义
传热有效度 QQmax 即实际传热量与最大可能传热量之 比。而最大可能传热量是指面积无限大且流体的流量和进 口温度与实际换热器的相同的逆流式换热器所能达到的传
热量极限 Qmax Wmin t1' t2' 。
2.关于的几点认识
tmax t1' t2'
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实用性：Q Qmax Wmin t1' t2'
（2）传热有效度和平均温差两者能相互转化。
（3）除了平均温差法和传热有效度法外，还有一种温 度效率—传热单元数法，此时对每种流体都可以定义：
KF W1
NTU 1
W1 W2
Rc1
1 NTU1 , Rc1
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1.3.3 其他流动方式的传热有效度
可由对应流动方 式的平均温差表达式， 辅之热平衡方式加以 推导，详细结果参见 钱颂文《换热器设计 手册》。
联立传热方程得：
d
t
t
KdFx
积分上式得：
d tx t t' t
Fx 0
KdFx
tx t' eKFx
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整个传热面的平均温差为：
tm
1 F
F 0
t' eKFx dFx
t'
KF
eKF 1
由出口温差可知：
t'' t'eKF ln t'' KF
t'
最终平均温差表达式为：
tm
t ' 't ' ln t''
1 换热器热计算基本原理
1.1 热计算基本方程式
1.热计算类型
设计性热计算：已知传热量Q，确定传热面积F。 校核性热计算：已知传热面积F，确定传热量Q。
2.热计算基本方程式
传热方程式； 热平衡方程式。
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1.1.1 传热方程式
Q=KFΔtm 式中，K—整个传热面上的平均传热系数，W/m2℃；
F—传热面积，m2； Δtm—两流体间的平均温差， ℃； Q—热负荷，W。
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3.计算步骤
➢ 按照
t ''
Q MCdt t'
作Q-t图；
➢ 将Q-t图按需要分段，得到各 段的ΔQi；
➢ 计算各段的对数平均温差 Δti；
➢ 计算积分平均温差：
Qi
Q
Ki Fiti
KF
tm
int
tm int
K
Q Qi K i ti
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1.3 传热有效度
1.3.1 传热有效度的定义
综上所述，顺流传热有效度为：
1 e
KF Wm i n
1
Wm i n Wm a x
1 Wmin
Wm a x
上式中：
KF NTU为传热单元数 Wm in
Wm in Wm a x
Rc为热容比，横小于 1
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逆流传热有效度为：
1 eNTU 1Rc 1 RceNTU 1Rc
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注意： （1）NTU相同时，逆流传热有效度大于顺流的。顺流 时，传热有效度随着单元数增加趋于定值；而逆流时，传 热有效度则一直增加。
P
t2'' t2' t1' t2'
冷流体加热度 两流体进口温差 1
R
ຫໍສະໝຸດ Baidu
t1' t1'' t2'' t2'
热流体冷热度 冷流体加热度
W2 W1
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注意：一般而言P、R如上表达。但对于某些流动而言 可能还有其他表达形式，关键要与查取的图表对应。
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注意： （1）ψ总是小于1，从其大小中可以看出流动方式接近逆 流的程度。在设计中除非出于降低壁温的目的，否则最好ψ 大于0.9，若小于0.75认为流动方式不合理，需调整。 （2） ψ值的推导基于热平衡方程和传热方程，因此冷热 流体交换下标， ψ不变，但根据前面P、R的定义，交换后：
t1' t2'
t2''
eKF
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如果冷流体的热容小，则上式转化为：
t1'
t2'
W2 W1
t2'' t2'
t1' t2'
t2' t2''
eKF
1 e
KF W2
1 W2 W1
1 W2
W1
如果热流体的热容小，则上式转化为：
1 e
KF W1
1
W1 W2
1 W1
W2
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t'
注意：逆流的温差表达式同上，但μ中的加号应为减号；
另外不要搞混两流体进出口温差表达式。
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1.2.2 其他流动方式的平均温差
以他们的进出口温度为准，先按逆流算出平均温差， 然后乘以考虑流动不同于逆流而引入的修正系数：
tm tlmc
式中，tlmc—按逆流算得的对数平均温差；
f P, R 一般情况下：
M—质量流量，kg/s；
t—流体温度， ℃；
上标’代表进口；上标’’代表出口； 下标1代表热流体；下标2代表冷流体。
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2.热平衡方程式 Q1 Q2
式中，η—以放热量为准的保温系数，通常为0.97-0.98。
1.2 平均温差
1.2.1 顺逆流情况下平均温差 1.推导假设
➢ 两种流体质量流量和比容在整个传热面上为定值； ➢ 传热系数在整个传热面上不变；