管壳式热交换器设计全解1.ppt

平均传热系数Km 平均温差△tm
Km
1 A
KdA
A
1 1 d
tm
t1 t2
tm
1 A
A t1 t2 dA
二、 平均温差
流体的温度分布 1、等温有相变的传热 2、热流体等温冷凝、冷流体温度不断上升
冷流体等温沸腾、热流体温度不断下降。 3、没有相变顺流逆流 4、冷凝器（蒸发器）内温度变化情况 5、可凝蒸气和非凝结气体组成的热流体.
冷流体2Baidu Nhomakorabea
进口温度 t 2 流量 M 2 比热容 c 2
热流体1
进口温度t1 流量 M1 比热容 c1
热交换器的换热面积F
出口温度 t 2
出口温度 t1
两流体的进口温差 t
两流体的出口温差 t
1、传热方程式：
F
Q o ktdF
工程上
Q KFtm ①
k 热交换器任一微元传
热面处的传热系数， w/（m2·℃）
13
三、换热器中传热过程对数平均温差的计算
1 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差 流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同.
传热方程的一般形式： kAtm
换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却 流体的局部换热温差也是沿程变化的。
以顺流情况为例，作如下假设：
（1）冷热流体的质量流量qm2、qm1
dt1
dt2
1 qm1c1
d kdA t
1 qm2c2
d d 1 1
qm1c1 qm2c2
dt d kdAt
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
tx texp( kAx )
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平
均温差为：
tm
dF 微元传热面积， m2
K 整个传热面上的平
均传热系数，w/ （m2·℃）
F 传热面积， m2
t 在此微元传热面处两种 tm 两种流体之间的平
流体之间的温度差，℃
均温差，℃
Q 热交换器的热负荷，W
想求得 F ，必须已知 K 、tm 、Q 。
2、热平衡方程：
Q M1i1 i1 M 2 i2 i2
W1 W2 分别为热、冷流体的热容量，W/K
对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率
讨论：
1 考虑热损失的情况下：Q1 Q2 QL 或 Q1L Q2
L 以放热热量为准的对外热损失系数，通常为0.97-0.98
2
由式③可以知道 W1 W2
t 2 t1
冷流体的加热度 热流体的冷却度
可见 ：两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比
以及比热容C2,C1是常数；
（2）传热系数是常数；
t1
（3）换热器无散热损失；
（4）换热面沿流动方向的导热量可
以忽略不计。
要想计算沿整个换热面的平均温差，
t2
首先需要知道当地温差随换热面积的
变化,然后再沿整个换热面积进行平均。
t1 dt1 t1 t2 dt2 t2
在假设的基础上，并已知冷热流体的 进出口温度，现在来看图中微元换热 面dA一段的传热。温差为：
② 适用于任何流体
t1
t2
Q M1 C1dt1 M 2 C2dt2
t1
t2
适用于无相变流体
M1 M 2 分别为热流体与冷流体的质量流量 ，Kg/s
i1 i2 分别为热流体与冷流体的焓，J/Kg
C1 C2 分别为两种流体的定压质量比热，J/(Kg·℃)
Q M1c1 t1 t1t1 M1c1 t1 t2t1 M1c1t1 W1t1
流体1的放热量 流体2的吸热量
qm1C1 t1' t1''
qm2C2 t2'' t2'
热交换器的传热热量
A kt1 t2 dA
不考虑热交换器向外界散热热量
流体1的放热量 流体2的吸热量 热交换器的传热热量
qm1C1 t1' t1'' W1 t1' t1''
3 由 W1t1= W2t2 =Q，还可以知道，在热交换器内，热容量
越大的流体，温度变化值越小，热容量越小的流体，温度变
化值越大
4 计算流体的热容量时，M与c的单位必须一致
5 已知热交换器热负荷的条件下，热平衡方程可用于确定 流体的流量
2.2热交换器传热计算的基本方法：
平均温差法 效率（效能）－传热单元数法（η－NTU） 一、平均温差法
qm2C2 t2'' t2' W2 t2'' t2'
t1
t1 dt1 t1
W qmC
t2 dt2 t2
t2
W ： 流体热容量
意义：单位温度变化下产生的流动流体的能量储存
速率。
微元传热面传递的热流量： d K (t1 t2 )dA
A Kt1 t2 dA
工程上： Kmtm A
t t1 t2 dt dt1 dt2
t1 t1 dt1 t1
在固体微元面dA内，两种流体的换 热量为:
d kdA t
t2 dt2 t2
t2
对于热流体: 对于冷流体:
1 d qm1c1dt1 dt1 qm1c1 d
1 d qm2c2dt 2 dt2 qm2c2 d
dt
Q
Q
M 2c2
M
t2
1
t
t21
C1dt1 M 2 C2dt2
M 2c2t2t2 W2t2
Q W1t1 W2t2 ③
t1 热流体在热换器内的温降值，也称冷却度，℃
t2 冷流体在热交换器内的温升值，也称加热度，℃
c1
c2
分别为热、冷流体在进、出口温度范围内的平
均定压质量比热，J/(Kg·℃)
第二节 热交换器传热计算的 基本方法
本章要求掌握的内容：
传热过程的计算；对数平均温差的计算； 间壁式换热器的设计计算及校核计算。
热交换器热计算的基本原理
1.1 热计算基本方程 1.2平均温差法 1.3 效率—传热单元数法（传热有效度） 1.4热交换器热计算方法的比较 1.5流体流动方式的选择
1.1 热计算基本方程式
-1
t t ln t
t t ln t
t
t
t
顺流时：
u 1 1 1 1 qm1c1 q2c2 W 1 W2
u 0 tx t
表明：热流体从进口到出口方向上，两流体间的温 差总是不断降低的。
1 A
A 0
t xdAx
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
tm
1 A
A 0
texp( kAx )dAx
t exp( kA) -1
(1)
k A
ln
tx t
k Ax
Ax A
ln t kA
t
(2)
t exp(kA)
(3)
t
(2)、(3)代入(1)中
对数平均温差
tm
t ln t
t t