热交换器传热计算的基本方法PPT演示文稿

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t
t
顺流时：
u 1 1 1 1 qm1c1 q2c2 W1 W2
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
以及比热容C2,C1是常数；
（2）传热系数是常数；
t 1
（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，
t 2
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 t 1 t2 dt2 t 2
在假设的基础上，并已知冷热流体的
冷流体2
进口温度 t 2 流量 M 2 比热容 c 2
热流体1
进口温度t 1 流量 M 1 比热容 c 1
热交换器的换热面积F
出口温度 t 2
出口温度 t 1
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
工程上
Q o ktdF
QKFtm ①ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
k 热交换器任一微元传
热面处的传热系数， w/（m2·℃）
平均传热系数Km
Km
1 A
KdA
A
平均温差△tm
1
tm
1
d
t1t2
tm
1 A
A t1
t2dA
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.
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：
t 1
t t1 t2 d t d t1 d t2
t1 dt1 t 1
在固体微元面dA内，两种流体的换 热量为:
d kd A t
t2 dt2 t 2 t 2
对于热流体: 对于冷流体:
dqm 1c1dt1 dt1qm 1 1c1d
dqm2c2dt2 dt2qm 12c2d
流体1的放热量 流体2的吸热量
q m 1 C 1t1 ' t1 ''
q m 2 C 2t2 '' t2 '
热交换器的传热热量
Akt1t2dA
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
q m 1 C 1 t 1 ' t 1 '' W 1 t 1 ' t 1 ''
q m 2 C 2 t 2 '' t 2 ' W 2 t 2 '' t 2 '
t 1
t1 dt1 t 1
W qmC
t2 dt2 t 2
t 2
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： dK(t1t2)dA
AKt1t2dA
工程上： KmtmA
均温差为：
tm 1 A0 A tx dxA 1 A0 A tex k px) A (d x A
tm
1 A
A 0
texp(kAx )dAx
t exp(kA)-1
(1)
k A
lntx t
kAx
Ax A
lnt kA
t
(2)
t exp(kA)
(3)
t
(2)、(3)代入(1)中
对数平均温差
tml n tt tt-1 ltn t t ltn tt
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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
W 1 W 2 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：Q1Q2QL 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
d d t d k t1 d A d t2 t qm 1 1c1qm 1 2c2 d qm1d 1c 1 qm12c2 d t d kd A t dt kdA
t
tx dt k AxdA
t t
0
lntx t
kAx
txtexp k(xA )
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平
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 、 t m 、Q 。
2、热平衡方程：
Q M 1 i 1 i 1 M 2 i 2 i 2 ② 适用于任何流体
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
Q M 2 c Q 2 t2 M 1t2 t1C 1dM 1t2cM 2t22t2C2Wd22tt2
QW1t1W2t2 ③
t 1 热流体在热换器内的温降值，也称冷却度，℃
t 2 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·℃)
t1
t2
QM1 C1d1tM2 C2d2t
t1
t2
适用于无相变流体
M 1 M 2 分别为热流体与冷流体的质量流量 ，Kg/s
i1 i2
C1 C2
分别为热流体与冷流体的焓，J/Kg
分别为两种流体的定压质量比热，J/(Kg·℃)
Q M 1 c 1t1 t1 t1 M 1c1t1 t2t1 M1c1t1 W1t1