传热学课程设计

传热学课程设计说明书设计题目换热器的设计及换热器的效核计算
热能系0901 班
设计者贺江哲
指导教师阴继翔
2011 年9 月16 日
太原理工大学电力学院
传热学课程设计
一、题目类型
换热器的设计及换热器的效核计算。

二、任务及目的
换热器的热计算：在熟练掌握符合换热器的基础上，对实际工程中广泛应用的表面式换热器进行设计或校核计算，并对换热计算的两种方法—对数平均温压法（LMDT ）以及效能—传热单元数法（ε-NTU 法）进行比较，找出各自在算法上的优缺点以及对计算结果的影响程度。

掌握工程中常用的试算逼近法，逐步培养分析问题以及综合思维的能力。

三、计原始资料
两种流体不相混合的一次交叉流管翅式换热器—见附图，用于加热流量为3.23
m /s 的一个大气压的空气，使其温度从18℃升高到26℃。

热水进入管道的温度为86℃。

已知换热器面积为9.292
m ，传热系数k=227W/(2
m ·K),试计算水的出口温度计传热量。

解：a)传热单元数法
由空气的能量平衡计算传热量
入口处空气的密度
523
22
1.01310==1.212301812kg m 287?K K
P N m RT m s ρ⨯=⨯（18+273.15） 空气的质量流量为：
322 3.2 1.212301812 3.879365797m q m s kg m kg s =⨯=
传热量：
()()322 3.879365797kg s 100526=31.1901010110W
m q c t J kg K Φ=∆=⨯⋅⨯⨯℃-18℃由题意还不知道22m q c 是水的值还是空气的值，如果是空气，则可直接算出NTU ，并利用10-34水的流量，进而求出水的出口温度。

如果水是22m q c ，那么查10-34图时还必须用试凑法，先假设空气是22m q c ，则
22m q c 3.87936579710053898.762626kg s W K W K =⨯=
()22222279.290.5408972543898.762626m W m k m kA NTU q c W K
⋅⨯===
基于空气为()min m q c 的流体，其效能为：
2max 2618=0.1176470588618t t ε∆-=
=∆-℃℃℃℃
附图10-34（传热学课本）
查图10-34可知，我们找不到可满足上述参数的曲线，这就要改用水为的()m mn q c 流体进行计算：
首先 ()min
NTU m kA
q c =
（a ）
()()31min min
31.1901010110m m W
t q c q c Φ⨯∆==
（b ） 111max t
=861868t t t ε∆∆∆=
=∆-℃℃℃
（c ）
计算时假设一组水的流量值，由式（a ）即可得相应的NTU 之值，再由式（b ）热水得温降1t ∆，从而由（c ）得出相应的ε值。

应当指出，这一ε值是由热平衡得出的；另一方面，根据NTU ，
()()max
min
m m q c q c 与ε之间的关系，还可以从图10-34查出一个相应的ε
值。

正确的()min m q c 值应是按式（c ）算出的ε与按图10-34查出的相等。

为减少因查图而引入的不准确性，引入两侧不相混合的一次交叉流的ε理论分析式如下：
()()()()min
max min
max exp 11exp m m m m q c NTU n q c q c n
q c ε⎡⎤
⎛⎫--⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭
=-⎢
⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
（d ） ()
0.22
n NTU -=
q c值的计算结果如下表所示：
对六种()min
m
附机算的程序和截图：
Function JS()
Dim QCmax As Double
Dim i As Single
Dim QCmin As Double
Dim NTU As Double
Dim K As Integer
Dim A As Single
Dim Q As Double
Dim Dt As Double
Dim n As Double
Dim e1 As Double
Dim e2 As Double
Dim tmax As Integer
dtmax = 68 '最大温差
Q = 31190.10101 '传热量
K = 227 '换热系数
A = 9.29 ' 换热面积
temp = 0.3 '假设初始值
QCmax = 3898.762626 '空气当量
For i = 0 To 1 Step 0.01
temp = temp - 0.005
QCmin = QCmax * temp
NTU = K * A / QCmin
Dt = Q / QCmin
n = NTU ^ (-0.22)
e1 = 1 - Exp((Exp(-NTU * temp * n) - 1) / n / temp)
e2 = Dt / dtmax
If Abs(e1 - e2) < 0.01 Then
Print "方法（d）计算结果为：0" & e1, "方法（c）计算结果为：0" & e2
Exit For
End If Next
End Function
Private Sub Command1_Click() JS
End Sub
由此确定水的当量：
11475m q c W K =
出口温度''
18666.65=19.35t =-℃℃℃
b ）平均温差法
由空气的能量平衡计算传热量
入口处空气的密度
523
22
1.01310==1.212301812kg m 287?K K
P N m RT m s ρ⨯=⨯（18+273.15） 空气的质量流量为：
322 3.2 1.212301812 3.879365797m q m s kg m kg s =⨯=
传热量：
()()322 3.879365797kg s 100526=31.1901010110W m q c t J kg K Φ=∆=⨯⋅⨯⨯℃-18℃
设''
120t =则
=0.96ψ
()'''''
111'''2286R =8.252618t t t t t --==--℃
'P =PR=0.9705882
'
1
R =
0.121212121R
=
查图得0.96ψ=
max min
max min t -t
=16.3707053t In t m t ψ⎛
⎫
⎪
∆∆ ⎪∆=⨯∆ ⎪ ⎪∆⎝⎭
31m =kA t 34.5230344610W Φ∆=⨯
1Φ≠Φ故假设不成立
另设''
119t =℃同上述方法得
'P =PR=0.985294043
'1
R =
0.119402985R
= 查图得0.98ψ=
max min
max min t -t
=14.12191845t In t m t ψ⎛
⎫
⎪
∆∆ ⎪∆=⨯∆ ⎪ ⎪∆⎝⎭
32=29.78072510W Φ⨯
2Φ≠Φ故假设不成立
另设''
119.3t =℃同上述方法得
'P =PR=0.980882279
'1
R =
0.1194003R
= 查图得=0.96ψ
max min
max min t -t
=14.70571236t In t m t ψ⎛
⎫
⎪
∆∆ ⎪∆=⨯∆ ⎪ ⎪∆⎝⎭
33=31.0118473910W Φ⨯
3Φ≈Φ故假设成立
''1t 19.3=℃。