换热器的传热及阻力计算

传热单元数
KA NTU
Wmin
KA 当换热器的平均温差为1℃时所传递的热量
NT tm U K tA m 1 NT tm Uax
tmaW xm itm n ax
tm
W2WminPtt1 2"' tt22 ''
W 1W m inP W W 1 2 ,Rtt2 1 "' tt1 2 " ' W W 1 2
翅片效率
翅片效率用来表征因翅片内部存在导热热阻，沿 翅片高度上的温度梯度降低了翅片表面的传热效 率，相对于翅根（或基壁），翅片传热效率的降 低。
肋片效率＝ 实际散 Φ热量 假设整个肋 基 表 温 面 度 处 下 于 Φ0的 肋
f
tanhmh
mh
m
2f f 1bf
2 ff
几种常用扩展表面的翅片效率
逆流式换热器的效率曲线
效率-传热单元数法
顺流流动
1e1NCT*U 1C*
C*0 1eNTU
C*11e2NTU
2
顺流式换热器的效率曲线
换热过程中有一种流体温度不变时， 其效率值与流体流动方向无关。
顺流式换热器的效率曲线
效率-传热单元数法
一种流体混合和另一种流体非混合的单流程叉流流动
W1 Wm Wmin,W2 WumWmax
Aef tw t
流体与洁净带翅片壁面间的对流换 热热阻
0A A ef1A Af 1f
表面效率：有效传热面积与总传热面积之比
A0twt0t1 wttw1t A A
考虑污垢热阻后典型带翅片间壁的 传热热阻
平壁
平壁两侧 带翅片
K 1 AA 1 w 1rd 1 1rd 2
K 1 A 1 r d A 10 1A w 1 r d A 10 2
平均温差法
顺流
tm
t1' t2' t1" t2"
ln
t1' t1"
t2' t2"
tm
tmax tmin ln tmax
tmin
顺流中的温度分布
平均温差法
逆流
tm
t1' t2" t1" t2'
ln
t1' t1"
t2" t2'
tl
m
tmax tmi ln tmax
n
tmin
逆流中的温度分布
R w
R 2
RK 1A R1RwR2
间壁的导热热阻
Atw1tw2tw1tw2
A
Rw A
Rwln2d0Ldi
流体与洁净光壁的对流换热热阻
At
t 1
A
R 1
A
流体与结垢表面的热阻
污垢系数（污垢热阻）：
rd
d d
tw t rd 1
A A
污垢的形成及性质与流体的性质、壁 面的材料和形状、流体的速度及运行 的时间有关，准确选值比较困难。
11eeC*CN*TU
W1 Wm Wmax,W2 Wum Wmin
1e C*
C*
1eNTU
C * 1 1 e 1 e NT U
效率-传热单元数法
两种流体各自均非混合的单流程叉流流动
德雷克（Drake） 近似关系式
NT0U .22
1exp C*
expC*NT0U .781
效率-传热单元数法
圆管壁
K 1 d A 1 iL 1 r d 1 l2 d n o L d i d 1 o L 1 r d 2
圆筒壁外
侧带翅片
K 1 A d 1 iL 1 r d 1 l2 d n oL d i 1 r d A 1 0 2
平均温差法
其他流动形式
在相同的进口、出口温度条件下，逆流的平均温差 最大。
tmtlm
温度修正系数
tmAcoun terR,P
tlm Aother
R
t1' t2"
t1" t2'
P
t
" 2
t
' 2
t1' t2'
平均温差法
一种流体混合和另一种流体非混合的 单流程叉流式换热器的修正系数曲线
平均温差法
壁面上附有污垢后的导热热阻
考虑污垢热阻后的典型间壁传热热 阻
1 1 1 KA K1A1 K2A2
K1A1K2A2
平壁 圆管壁
K 1 AA 1 w 1rd 1 1rd 2
K 1 d A 1 iL 1 r d 1 l2 d n o L d i d 1 o L 1 r d 2
AKt1t2dA
间壁式换热器 的基本参数
热容量
流体的质量流量 q m 与其比热容 c 的乘积 qmcW 对应单位温度变化产生的流动流体的能量储存
速率，单位为W/K
较小者为 W mi n qm cmin 较大者为 W ma xqmcmax
平均温差定义
微元传热面的传热热流量 d K t1t2dA
及 W1、W2、t1' 及
t
' 2
，求传热热流量
和两流体的出
口温度
t
" 1
和
t
" 2
。
换热器传热计算的步骤
进行换热器传热设计计算的步骤
换热器传热计算的步骤
进行换热器传热校核计算的步骤
The end
效率-传热单元数法
热容比
C* Wmin 1 Wmax
效率-传热单元数法
效率-传热单元数关系式
fNT ,C * U ,流动 形式
逆流流动
1eNT1U C* 1C*eNT1U C*
NTU11C*ln11C*
C * W mW im n a0 x 1 e NTU
C*1 NTU
1NTU
对流表面传热系数越大，翅片高度越大，翅 片效率会越高吗？
为什么说有翅片一侧的热阻包含了流体对翅 片表面的对流换热热阻及翅片的导热热阻？
常用的翅片形状
流体与洁净带翅片壁面间的对流换 热热阻
流体通过带翅片的壁面换热
AAf Ap
f p
Ap tw tAf f tw t
Ap Af f tw t
各类换热器的效率关系式见表2-4
换热器传热计算的步骤
设计计算
根据给定的工作条件及换热量，确定所需的换热
面积，进而确定换热器的具体尺寸。通常已知 W1、W2 和 t1'、t1"、t2'、t2" 四个温度中的三个。
校核计算
对已有换热器的换热能力进行校核或变工况计算。
பைடு நூலகம்
根据给定的换热器结构参数和两侧流体的工作条件
逆流型多流程叉流换热器效率
逆流型三流程叉流换热器流程示意图
效率-传热单元数法
逆流型多流程叉流换热器效率
假定流体在流程之间相互充分混合，总效率与单 流程效率间的关系为
1111CC*i*ii i33C1*
i
1
11C*3 1
1
11C*3 C*
效率-传热单元数法
逆流型多流程叉流换热器效率
C * 1 1 n n i1 i i n n 1
两种流体均非混合的单流程叉流式换热器的修正系数曲线
效率-传热单元数法
换热器效率
W 1t1 ' t1 " W 2t2 " t2 ' maW xmti1 ' nt2 ' W mti1 ' nt2 '
max 只能在传热面积无限大的逆流式 换热器内实现。
逆流式换热器中的最大温差
效率-传热单元数法
换热器
第二章 换热器的传热及阻力计算
2.1 换热器传热计算中的基本参数和方程 2.2 换热器的传热热阻及翅片效率 2.3 换热器传热计算的基本方法
传热计算的基本参数和方程
热流体1放热热流量 冷流体2吸热热流量 换热器的传热热流量
q m 1 c 1 t 1 ' t 1 " W 1 t 1 ' t 1 " q m 2 c 2 t 2 " t 2 ' W 2 t 2 " t 2 '
d
t1t2
KdA
A
Km
1 A
KdA
A
KmtmA
1
tm
1 t1dt2
KtmA
平均温差的定义式
tm1AAt1t2dA
换热器的传热热阻
tm 1 KA
I U R
间壁传热过程简图
换热器的传热热阻
通路中忽略污垢热阻后
t1t2 R1RwR2
t1tw 1tw 1tw 2tw 2t2
R 1
换热器传热计算方法
平均温差法 由于在换热器中沿任一流体流动长度上的热、冷
两流体之间的温差是变化的，需合理计算壁面 两侧流体间温差对面积的平均值 tm
KAtm
效率（效能）-传热单元数（ NTU ）法 换热器的实际传热热流量与理论上最大可能的 max传热热流量之比
W1 W2 W1 W2
W1 W2