换热器选型和计算ppt课件

t
(3) 温 度 仅 沿 x 方 向 变 化 ， 且 不 随
Q
时间变化，故为一维稳态传热。
t1
AA
图中，
Q─热流量或传热速率，W或J/s；
Qx
t Qx+dx
2
dx
A ─ 平壁的面积，m2； b ─ 平壁的厚度，m；
x ─ 平壁的导热系数，W/(m·℃)；
t1,t2 ─ 平壁两侧的温度，℃。
.
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对dx薄层， 导热速率可表示为： Q A dt
.
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一、换热理论
1、传热概述
热量的传递简称传热 。
生产中的应用： 物料的加热或冷却； 热量与冷量的回收利用； 设备或管路的保温。
传热的基本方式：
热传导； 对流； 热辐射。
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傅里叶定律
2.热传导
1)温度场和温度梯度
温度场：某时刻，物体内部各点的温度分布。
等温面：在同一时刻，温度场
中所有温度相同的点组成的面。 等温线：不同等温面与同一 平面相交的交线。
积分导出，圆筒壁导热速率方程式为：
Q2l(t1t2)r(2r1)(t1t2)A (2A 1)
(r2r1)lnrr1 2
blnA 2 A 1
对数平均面积：
Am
A2 A1 lnA2 / A1
(t1 t2) b
t R
推动力 热阻
Am
.
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3、对流传热
对流传热过程
Thm
•间壁：导热，热阻大，温
热 流 体
.
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三、两流体间传热过程的计算
冷热两流体通过间壁传热过程，其总传热速率Q
与传热面积A和两流体温度差 tm成正比。
即总传热速率方程式：
QKAtm1/K tmA
总传热推动力 总热阻
式中，K─总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q─总传热速率，W或J/s； A─总传热面积，m2； tm─两流体的平均温差，℃或K。
侧流体反复改变流向来回折返流动。
.
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1、逆流和并流时的tm 逆流 T1
并流 T1
t2
t1
t1T1t2 T2
t2T2t1
t1
t2
t1T1t1 T2
t2T2t2
传热平均温差：
注意：
tm
t1 t2 ln t1
t2
①较大温差记为t1，较小温差记为t2；
②当
t1 t2
＜2时，tmt12t2
.
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2、错流、折流时的 tm
t──对流传热温度差，℃； A ──传热面积，m2。
的求解是关键，通过对流传热的特征关系式求解。
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二、列管式换热器
又称管壳式换热器，工业上广泛使用。 管壳式换热器示意图：
主要部件：封头、管板、管束、折流挡板、外壳
管程：流体在同一组管束中的流程。 壳程：流体在壳体中沿某一方向的流程。
传热面为壳内所有管束壁内外表面积。
tm t'm
t
' m
：逆流时的平均温度差
温度校正系数ψ是辅助量P、R的函数，即
f (P,R）
R热 冷流 流体 体温 温 Tt12 降 升 T t12 P两 冷流 流体 体初 温温 升 Tt21差 tt11
H1,H2 ─热流体的进、出口焓， J/kg 。
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假设，传热过程无热损失：Q=Q放=Q吸
热量衡算式：
Q q m 1 H 1 H 2 q m 2 h 2 h 1
若流体均无相变，且流体比热容cp不随温度变化。 此时，热量衡算式：
q C T T q C tt Q
m 1p 1 1 2 m 2p 22 1
图中，
r2
t 2 Q ─ 热流量或传热速率,W或J/s；
─ 导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)；
0
r
r dr
t1,t2 ─ 圆筒壁两侧的温度,℃；
r1,r2 ─ 圆筒壁内外半径,m。
.
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对于dr同心薄层圆筒，传热速率为
QAdt 2rldt
dr
Hale Waihona Puke Baidu
dr
边界条件： rr1时 ， tt1 rr2时 ， tt2
t-t
t
数学表达式： Q A t
t+t
Q
n
dA
式中 Q ── 热流量或传热速率，W或J/s；n
A ── 导热面积，m2；
t/n ── 温度梯度，℃/m或K/m；
──热传导系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
.
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单层平壁的稳态热传导
假设：(1) A大，b小；
b
(2) 材料均匀，热导率λ视为常数；
等温线
t1 t1>t2
t2
Q
注意：不同温度的等温面不相交。
温度梯度：温度场内，某一点沿其等温面法线方向
的温度变化率。（向量，与法线方向一致，以温度增加的
方向为正。）
.
5
2)傅里叶定律
在质地均匀的物体内，若等温面上各点温度梯度相同，
则单位时间内的传热量Q与温度梯度
t n
及垂直于热流
方向上的导热面积A成正比。─傅立叶定律
.
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一、热量衡算
q 热流体 m 1
G1, T1,cp1,H1
t2 h2
列管换热器
q 冷流体 m 2
G2, t2,cp2,h1
T2 H2
图中， q
q
m1
m 2 ─热、冷流体的质量流量，kg/s；
cp1,cp2 ─热、冷流体的比热容， J/(Kg ℃) ；
h1,h2 ─冷流体的进、出口焓，J/kg；
课程设计
——换热器选型计算
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推荐参考书目：
<化工原理> 第三版/第四版. 王志魁 刘丽英 刘伟. <化工原理课程设计指导> . 任晓光 宋永吉 李翠清. <换热器设计手册>. 钱颂文
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一、换热理论
1. 换热概述 2. 热传导 3. 对流传热
二、管壳式换热器
三、两流体间传热过程计算
四、管壳式换热器选型步骤
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二、求传热平均温度差
一、恒温传热：
两侧流体温度沿传热面无变化。
饱和蒸汽-液体沸腾 二、变温传热：
tm T t
一侧或两侧流体沿传热面的不同位置温度不同。
三、流体流动方式：
a. 逆流：冷热流体沿传热面两侧流向相反。 b. 顺流：冷热流体沿传热面两侧流向相同。 c. 错流：两流体垂直交叉流动。 d. 折流：一侧流体只沿一个方向流动，另一
Thw TCW
冷 差大。
流 体
•层流底层：导热，热阻大，
温差大。
•湍流核心：对流，热阻很 Tcm 小，温差很小。
•过渡区域：介于层流底层 和湍流核心之间。
δ L1
δ‘ 1
δ L2 δ ‘
2
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对流传热速率方程
牛顿冷却公式：
QAt
t 1
推动力 热阻
A
式中 Q ── 对流传热速率，W；
── 对流传热系数，W/(m2·℃)；
dx
边界条件为： x0时 ， tt1 xb时t， t2
积分导出，单层平壁导热速率方程式为：
Q
b
A(t1
t2)
t1
t2 b
A
t R
传热推动力 热阻
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单层圆筒壁的稳态热传导
假定：
t
b
a) 圆筒壁材质均匀，热导率λ为常数；
b) 温度只沿半径方向变化，等温面
t1
Q 为同心圆柱面，一维稳态温度场；
r1
dt