换热器热计算基础讲解学习

t t '
''
11 d(t1t2)(W1W2)dQ
ln
t ''
对数平均温差
tm
tmax tmin ln tmax
t”
t
t 1 t 2
tmin
当 tmax 2时 t m in
t
＝
m
1 2
(t m a x
t m in
)
t 1
t’ t 2 A
平壁、圆管壁及肋壁的传热过程时都假设
为定值。换热器内的传热过程就不同了，冷、
热流体沿换热面不断换热，它们的温度沿流
向不断变化，冷、热流体间的传热温差沿程
也发生变化，如图所示。因此，对于换热器
的传热计算，上式中的 传热温t 差 应该
是整个换热器传热面的平均温差（或称为平
均温压） 形式应为
。于tm是，换热器传热方程式的
kAtm
换热器中流体温度沿程变化
增加肋高会使肋片效率 降低，从而 f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
1 及h 传2 热系数 具有k 最1 佳值。
在工程上，当 h1 h23~5时，一般选择
•
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
h1
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：
或写成
A11h tf1A tf 2 A12hRh1tf1R t f2Rh2
tf1 tf2 Rk
A tf1 k tf2 Atk
A 1 k 1tf1 tf2 A 1 k 1t
式中 k 1 称为以光壁表面积为基准的传热系数，
其表达式为
k1
1
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 有关。
h2
，加肋后热阻减小的程度与
从肋化系数的定义可知， 1 ，其大小取决 于肋高与肋间距。增加肋高可以 加大 ，但
1 W2
则得
d(t)mdQ
对微元面积dA，传热方程为 dQ k(t1t2)dA
t
t1
t2
dQ kdA
d(t)mdQ
d（t）mkdA t
t'' d (t) A
mkdA
t' t
0
ln
t '' t '
mk A
d(t)mdQ t'' t' mQ
t ' t '' Q t ' kA
ln t ''
根据肋片效率的定义式
f
A 2 h2tw 2tf2 A 2 h2tw 2tf2
tw 2tf2 tw 2tf2
联立三式，可得通过肋壁的传热热流量计算公式为
1
tf1 tf2
1
A1h1 A1 A2h2
上式还可以改写成
A 1h 11 tf1 A A tf1 2 21 h2 A 1h 11 tf 1 tf21h 2
• 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
d Q q m 1 c 1 d 1 tq m 2 c 2 d 2t
dt 1
dQ q m1c1
dQ W1
dt 2
dQ qm2c2
dQ W2
d(t1t2)(W 11W 12)dQ
令t
t1
t2,mW11
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
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
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
由tm
Q得 kA
t '' ln mkA
t '
t
＝
m
t ' ln
t t '
''
t ''
对数平均温差
对逆流换热过程
d Q q m 1 c 1 d1 t q m 2 c 2 d2t
t
t 1 t 2
dt 1
dQ q m1c1
dQ W1
t 1
dt 2
dQ qm2c2
dQ W2
t 2 A
t源自文库
＝
m
t
'
d1lh 1tf1tw1
tf1tw1tf1tw1
1
Rh1
d1lh 1
tw1 tw2
1 ln d 2
2 l d1
tw1 tw2 R
d2lh2tw2tf2
tw2tf2tw2tf2
1
Rh2
d2lh2
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。
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
A2A2 A2
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 thAAw22122'
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
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：
对于左侧对流换热 对于壁的导热
A1h1 tf1tw1
tf1tw1 1
t w 1 t w2
A1h1
A1
对于肋侧对流换热 A 2 h 2 t w 2 t f 2 A 2 h 2 t w 2 t f 2