换热器热计算基础..

三、翅化壁(肋化壁)
在表面传热系数较小的一侧采用肋壁是强 化传热的一种行之有效的方法。下面以 平壁的一侧为肋壁的较简单的情况，作 为分析肋壁传热的对象。
三、翅化壁(肋化壁)
• 翅化平壁 • 翅片管 如图所示, 未加肋的左侧面积为， 加肋侧肋基面积为，肋基温度 为，肋片面积为，肋片平均温 度为，肋侧总面积。假设肋壁 材料的热导率为常数，肋侧表 面传热系数也为常数。在稳态 情况下，可以分别对于传热过 程的三个环节写出下面三个热 流量的计算公式：
热交换器热计算基础
传热计算解决的问题
解决3个问题：①热量衡算，传热速率。②温度 沿传热面变化。③tw Tw不好测。
2－1间壁式换热器的传热分析
• • • • • 1、传热系数K 2、对流换热系数a1、a2 3、导热系数λ 4、平均温压 热平衡方程
– 无相变时的热平衡方程 – 有相变的热平衡方程
2－2传热系数
t w1 t w 2 1 d2 ln 2l d1
t w1 t w 2 R
d 2lh2 t w 2
t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 tf 2 1 Rh2 d 2lh2
Rh1 ,R ,Rh2 分别为圆管内侧的对流换热热阻、管壁的
导热热阻和圆管外侧的对流换热热阻。
tf 1 tf 2 tf 1 tf 2 A1 A1 1 A1 1 1 1 h1 A2 h2 h1 h2
A1k1 tf 1 tf 2 A1k1t
式中 k1 称为以光壁表面积为基准的传热系数， 其表达式为 1 k1 1 1 h1 h2
式中 A2 A1 ， 称为肋化系数。从上式可
1 见，加肋后，肋侧的对流换热热阻是 h ， 2 1 而未加肋时为 ，加肋后热阻减小的程度与 h2
有关。
从肋化系数的定义可知， 1 ，其大小取决 ，但 于肋高与肋间距。增加肋高可以 加大 f 增加肋高会使肋片效率 降低，从而使肋面总 效率 降低。减小肋间距，即使肋片加密也 可以加大 ，但肋间距过小会增大流体的流 动阻力，使肋间流体的温度升高，降低传热温 差，不利于传热。一般肋间距应大于两倍边界 层最大厚度。应该合理地选择肋高和肋间距， 使
d（t） mkdA t
d ( t ) A t ' t 0 m kdA '' t ln ' m kA t
t ' '
d (t ) mdQ
t t mQ
'' '
t t Q ' kA t ln '' t
1 及传热系数 h2
k1 具有最佳值。
在工程上，当 h1 h2 3 ~ 5 时，一般选择 较小的低肋；当 h1 h2 10 时，一般选择 较大的高肋。为了有效的强化传热，肋片应 该加在表面传热系数较小的一侧。
肋片管
•
2－3 平均温压
• 换热器中流体的常见流型：
– 逆流、顺流、折流、交叉流、各式混合流， 见图 – 推导平均温压的条件设定P10
A2 A2 A2
h ' 2 2 2 t A 1 w 2
Biblioteka Baidu
对于左侧对流换热
对于壁的导热
tf1 t w1 A1h1 tf1 t w1 1 A1h1 t w1 t w2
A1
对于肋侧对流换热 2 tf 2 A2 h2 tw 2 tf 2 A2 h2 tw 根据肋片效率的定义式
或写成
tf1 tf 2 Rk
Akt f 1 t f 2 Akt
k 1 1 1 h1 h2
二、管壁的传热系数
• 光滑管的传热系数 一单层圆管，内、外半径分 别为 r1、r2，长度为l，热导 率为常数，无内热源，圆管 内、外两侧的流体温度分别 为tf1 、tf2, 且tf1 > tf2，两侧的 表面传热系数分别为h1、h2。
• 这是一个由圆管内侧的对流换热、圆管 壁的导热及圆管外侧的对流换热三个热 量传递环节组成的传热过程，在稳态情 况下，运用热阻的概念，很容易求出通 过圆管的热流量。根据牛顿冷却公式以 及圆管壁的稳态导热计算公式，通过圆 管的热流量可以分别表示为
t f 1 t w 1 t f 1 t w1 d1lh1 tf 1 t w1 1 Rh1 d1lh1
h2 t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 A2 f h2 t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 A2
联立三式，可得通过肋壁的传热热流量计算公式为

1 1 A1h1 A1 A2h2 tf 1 tf 2
上式还可以改写成
1 1 d (t1 t 2 ) ( )dQ W1 W2
1 1 令t t1 t 2 , m 则得 W1 W2 d (t ) m dQ
对微元面积dA，传热方程为
dQ k (t1 t 2 )dA
dQ t t1 t 2 kdA
d (t ) m dQ
流动型式示意图
流体平行流动时的温度分布
一、逆流平均温压
• 对逆流平均温压的分析 • 所得逆流平均温压的公式 • 注意问题
逆流平均温压
逆流平均温压
对数平均温差
dQ qm1c1dt1 qm2 c2 dt2
dQ dQ d t1 q m1 c1 W1 dQ dQ d t2 qm 2 c2 W2
•
一、平壁的传热系数
对于一个无内热源、热导率为常数、厚度 为的单层无限大平壁、两侧流体温度分 别为tf1 与tf2、 表面传热系数分别为与的 稳态的传热过程，通过平壁的热流量可 由下式计算：
h1

1 1 Ah1 A Ah2
tf1 tf 2

tf1 tf 2 Rh1 R Rh 2