热交换器原理与设计总结演示幻灯片

t1' ? t2
? 热平衡方程
t2
?
t
' 2
t1' ? t1
?
W1 W2
??
1? e? NTU(Rc ?1) R ? e? NTU(Rc ?1)
c
?
1? e? NTU(1?Rc ) 1? Rce? NTU(1?Rc )
18
? 逆流条件下
??
1 ? e? NTU (1? Rc )
1?
R e? NTU (1? Rc ) c
特例： 相变情况下， Wmax无穷大
Rc ? 0 ? ? 1? e?NTU
两种流体热容量相等
Rc ? 1
???
19
? 逆流条件下
t1
?
t
' 2
t1' ? t2
?
? KF ( 1 ? 1 )
e
W1 W2
特例
t2
?
t
' 2
t1' ? t1
?
W1 W2
?
Rc
?1
NTU ? KF ? KF W1 W2
W1(t1' ? t1) ? W2(t2 ? t2' ) ? KF?tm
? 按照冷流体和热流体的流动方向分：顺流 式、逆流式、错流式、混合流等
? 按照传送热量的方法：间壁式、混合 式、蓄热式（回热式）等
3
按照流动方向的分类
a. 顺流 b. 逆流 c. 交叉流（错流） d. 总趋势为逆流的四次
错流 e. 总趋势为顺流的四次
错流 f. 混流式：先顺后逆平
行流 g. 混流式：先逆后顺的
口到出口的方向上总是不断升高
10
对数平均温差，记为 Δtm
? tm
?
?t ? ?t'
ln
? ?
t t
'
?
? tlm
?
? tmax ? ? tmin ln ? tmax
? tmin
11
? 对于对数温差，如果流体的温度沿传热面变
化不大Δtmax <2Δtmin 时，可以用算术平均温差 0.5( Δtmax + Δtmin )近似计算，误差在4％以内。 Δtmax <1.7Δtmin 时,误差在2.3％以内.
3 取经验传热系数，估算传 热面积，并对传热面进行 初步布置，计算相应的传 热系数K；（试算过程）
4 由传热方程式计算传热面
积F 。
1 同左； 2 根据热交换器的设计原
则，确定流动方式，求 出RC和ε，用相应的公 式或线图求出传热单元 数值 NTU ； 3 同左； 4 由F=W minNTU/K确定传 热面积F 。
? ? 1? e? NTU(1?Rc )
1? Rc
特例： 相变情况下， Wmax无穷大
? Rc ? 0
? 1? e?NTU
两种流体热容量相等
Rc ? 1
? ? 1 ? e ? 2 NTU
2
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? 逆流条件下
? KF ( 1 ? 1 )
? t ? ? t 'e W1 W2
? e t1 ? t2'
? KF ( 1 ? 1 ) W1 W2
t2
?
t
' 2
冷流体的升温
? R 是冷流体和热流 体的热容量之比
? Ψ=f(P,R) 函数形式因流动方式而异。
13
热交换器热计算的基本原理
? 传热有效度
传热有效度、传热单元数的定义 顺流和逆流的传热有效度
14
定义传热单元数 NTU
NTU ? KF Wmin
它代表热交换器传热能力的大小
定义无因次数 Rc
热交换器的原理与设计
1
绪论
? 热交换器的分类
按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式 管式热交换器的分类：
沉浸式、喷淋式、套管式、管壳式 流体流动程数及表示法、图示 影响热交换器设计的因素
2
换热器分类
? 按照用途分类：预热器、冷却器、冷凝器、 蒸发器
? 按照制造材料分类：金属换热器、陶瓷换 热器、石墨换热器等
串联混和流
4
热交换器热计算的基本原理
? 热计算基本方程式
传热方程 热平衡方程
Q ? KF? tm
Q ? W1? t1 ? W2?t2
5
热交换器热计算的基本原理
? 平均温差
简单平行流动的温度变化示意图：会读、会画 对数平均温差 复杂流动方式的平均温差
P 、R定义及应用
会查、能用
6
? 流体的温度分布 最简单的平行流动有(纵坐标温度，横坐标表示传热面积 )
Rc
?
Wmin Wmax
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? 顺流条件下 ? 热平衡方程
? KF ( 1 ? 1 )
? t ? ? t 'e W1 W2
t1 ? t2
? KF ( 1 ? 1 )
? e W1 W2
t1' ? t2'
t2
?
t
' 2
t1' ? t1
?
W1 W2
? ? 1? e?NTU(1?Rc )
1? Rc
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? 顺流条件下
21
校核性热力计算的比较
t2'
吸热
t1” t2'
热流体有相变逆 流情况
冷流体有相变逆 流情况
部分可凝流 体的冷凝
8
顺流条件
? 无论W1、W2的值大小，有 ? >0，温差Δt不断降低
9
逆流条件
? W1<W2时，总有 ?>0，此时温差 Δt沿热流体从进
口到出口的方向上总是不断降低
? W1>W2时，总有 ?<0，此时温差 Δt沿热流体从进
t1'
放热
t2 沸腾
t1” t2'
t1 冷凝 吸热
t1' 过热 冷凝
t2” t2”
吸热
过冷
t1” t2'
? 对于上面有相变情况1，2两种情况无顺逆流 之分，对于第三种需要分段处理
12
修正系数Ψ的求取
? 按照逆流算出对数平均温差如下：
? tlm.c
?
(t1'
?
t2
)?
(t1
?
t
' 2
)
ln
(t1' (t1
? tm ? t1' ? t2 ? t1 ? t2'
??
t2 ? t2' t1' ? t2?
?
t2 ? t2' t1' ? t2 ? t2 ? t2?
? ? NTU
1? NTU
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设计性热力计算的比较
平均温差法
传热单元数法
1 由已知条件，利用热平衡 方程式求出另一个未知温 度及传热量Q；
2 根据热交换器的设计原则 ，确定流动方式，利Leabharlann Baidu修 正；系数ψ求出平均温差Δtm
? ?
t2
t
' 2
) )
?
设辅助参数
? tlm.c
?
(R ? 1) ? (t2 ? ln (1? P)
t2' )
(1? PR)
? P代表冷流体的实 际升温（吸热量） 与最大可能吸热
p?
t2 t1'
? t2' ? t2'
?
冷流体的升温 两流体的进口温差
量之比，称为温 度效率，恒小于 1。
R ? t1' ? t1 ? 热流体的降温
t1 冷凝
t2
沸腾
t1 冷凝
t2”
t2'
吸热
t1'
放热
t2 沸腾
t1”
相变的发生与否影响平行流动传热温差
7
t1'
放热
t1' t1” t2”
放热 t1”
t2'
吸热
t2”
吸热
t2'
无相变顺流情况
无相变逆流情况
t1' 过热 冷凝 t2”
吸热
过冷
t1” t2'
t1' t2”过热
放热 沸腾
t1'
t1” t2” 吸热