【正文】 傳熱過程的計算 傳熱平衡方程 以某換熱器為衡算對象，列出穩(wěn)定傳熱時的熱量衡算方程。 Ｑ：傳熱速率 , △ tm： 兩流體的平均溫度差 , Ｋ：比例系數(shù)，總傳熱系數(shù) 。傳熱速率是換熱器在一定的操作條件下的換熱速率。常見的間壁式換熱器有套管換熱器和列管換熱器。 (熱流密度 q): 單位傳熱面積上通過的熱流量。 冷、熱兩流體的溫度分別為 T和 t， 給熱系數(shù)分別為 α1和 α 2， 管壁熱側(cè)表面和冷側(cè)表面的溫度分別為 Tw和 tw, 間壁兩側(cè)面積分別為 A1和 A2， 流體通過間壁的熱交換經(jīng)過“對流 — 傳導(dǎo) — 對流”三個串聯(lián)步驟。 TwtwTt熱流體 冷流體Q QA1A2b( ) ( )wwi i w m o o w mTtQ A T T A A t t K A tb? ? ??? ? ? ? ? ? ?11w w w wi i m o oT T T t t tQbA A A? ? ?? ? ?? ? ?1 1 1i i m o oT t T tQbA A A K A? ? ???????1 1 1i i m o obK A A A A? ? ?? ? ?1 1 1ooo i i m oAAbK A A? ? ?? ? ?以 Ao傳熱面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù) 11o oo i i omdbdddK ???? ? ? ?lnoimoiddddd??根據(jù)列管換熱器標(biāo)準(zhǔn)，傳熱面積以換熱管外表面計算 式中 為管壁的對數(shù)平均直徑 當(dāng)間壁為平壁，或管壁很薄或管徑較大時，各面積相等或近似相等 io1 1 1bK ???? ? ? 1 1 1ioK ????io1 1 1bK ?? ? ?若導(dǎo)熱熱阻很小，則 若 ，則 ， ， io????11oK ??oK ?若 ，則 ， ， ?? iK ?? iK ?管外流體對流傳熱控制。 總傳熱系數(shù)總是更接近數(shù)值較小的給熱系數(shù)，因此欲提高K值，關(guān)鍵是提高較小的給熱系數(shù)。垢層的生成對傳熱產(chǎn)生附加熱阻，使總傳熱系數(shù)減小，傳熱速率顯著下降。因為垢層導(dǎo)熱系數(shù)很小，即使厚度不大，垢層熱阻也很大，往往成為主要熱阻，必須給予足夠重視。如管壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻分別是 Rdi和 Rdo， 則總熱阻以下式計算。 i i idi doi i m o o obd d ddddK ???? ? ? ? ?? 當(dāng)間壁為平壁，或管壁很薄或管徑較大時，各面積相等或近似相等 io1 1 1di dobRRK ???? ? ? ? ??11 i i idi doi i m o o obd d dRRdddK ???? ? ? ? ?? oo odo dio oi m i idbd ddK ?? ? ? ? ?? oo mQKtA? ?獲取 K的其他途徑： ⑴ 查取 K值 在有關(guān)傳熱手冊和專著中載有某些情況下 K的經(jīng)驗數(shù)值，但應(yīng)選用工藝條件接近、傳熱設(shè)備類似的較為成熟的經(jīng)驗 K值作為設(shè)計依據(jù)，下表列出了一些條件下經(jīng)驗 K值的大致范圍，供設(shè)計時參考。由計算方法得到的 K值往往與查取的和實測的 K值相差較大，這主要是由于計算給熱系數(shù) α 的關(guān)聯(lián)式有一定誤差和污垢熱阻不易估計準(zhǔn)確等原 因所致 。 列管換熱器總傳熱系數(shù) K的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 流體種類 總傳熱系數(shù) K W/(m2換熱器間壁一側(cè)為飽和水蒸汽冷凝，冷凝溫度 T恒定不變，間壁另一側(cè)液體沸騰汽化，其沸騰溫度保持在沸點 t不變，則換熱器的傳熱溫差 亦為定值。 ? 當(dāng)用傳熱基本方程式計算整個換熱器的傳熱速率時，必須使用整個傳熱面積上的平均溫差。 T1T2t2t1△ t1△ t2T1T2t1t2T1T2t2t1△ t2T2t1△ t1T1t2逆流 并流 ? ? ? ?1221 121 212 12l n l nmttTT tttttTT? ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ?121 112 22l n l nmt TttT? ? ? ? ? ?? ? ???并流 假定： ⑴ 在傳熱過程中，熱損失忽略不計； ⑵ 兩流體的比熱為常數(shù)，不隨溫度而變； ⑶ 總傳熱系數(shù) K為常數(shù)，不沿傳熱表面變化。℃) ，已測得水出口溫度為 40℃ ，試分別計算并流與逆流操作時的對數(shù)平均溫差?！? ， 求并流操作和逆流操作所需的傳熱面積。并流逆流平均溫差計算式相同，兩端溫差的計算方法不同。 △ t1△ t2T1T2t1t2△ t2T2t1△ t1T1t2 【 例 32】 一套管換熱器，冷、熱流體的進(jìn)口溫度分別為 55℃ 和 115℃ 。 試問逆流操作時，冷、熱流體的出口溫度分別為多少？假定流體物性數(shù)據(jù)與傳熱系數(shù)均為常量，忽略換熱器的熱損失。 T2=95℃ 。 t2=70℃ 。 25( 60 25 ) / l n 60 / 25 4040 20 15/ 。39。39。 39。 39。39。 39。239。 39。 115115170 ( ) / l n55( 115 ) ( 55 )17011 h ph C pCC pC h phmm h ph C pCh ph C pCW C T W C tT t W C W Ct T t ttt t TTK A t W C T W C tKAW C W C? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ???????逆流時： （ ） （ ）39。 39。39。39。39。所以一般都采用逆流操作。 參與換熱的兩流體中只有一個流體變溫的情況，例如在冷凝器中用飽和蒸汽將某冷流體加熱，或在蒸發(fā)器中利用熱流體的顯熱使某液體沸騰，則此時并流與逆流的對數(shù)平均溫差相等。 錯流是指兩流體在間壁兩側(cè)彼此的流動方向垂直； 一種流體作折流流動，另一種流體不折流，或僅沿一個方向流動。 復(fù)雜折流 錯流 簡單折流 （二）錯流和折流時的平均溫差 ? ?,f P R? ? 211 1ttPtT????冷流體實際溫度變化兩流體最初溫差冷流體實際溫度變化熱流體實際溫度變化????1221ttTTRψ 稱為溫差修正系數(shù)，表示為 P和 R兩參數(shù)的函數(shù) 式中 溫差修正曲線繪于圖 (a)、 (b) 和 (c)中。增大 ψ 的一個方法就是改用多殼程。 1211wwT t t t?????由于換熱器間壁兩側(cè)流體的溫度不同，間壁兩側(cè)表面的溫度也是不同的，但是金屬間壁的熱阻通常很小，因而忽略間壁溫度的差異。 壁溫的估算 方法是：先假設(shè)一壁溫，據(jù)此計算兩個給熱系數(shù)，進(jìn)而由公式計算壁溫，直至計算的壁溫和假設(shè)的壁溫相一致。 121 1 2 2d1 d21 1 2 22111 1 1 1RRAAw w w wmw w w wmTttT T T t t tQbA A AT T T t t tQbA??? ? ???????? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?若 ，則壁溫若有污垢熱阻，則＋＋ 傳熱過程的強(qiáng)化占有十分重要的地位，設(shè)計和開發(fā)高效換熱設(shè)備 , 可以達(dá)到節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)目的。 mtKAQ ??傳熱強(qiáng)化 不難看出 ， 提高方程式右邊任何一項 ， 均可達(dá)到提高換熱器傳熱能力的目的 ， 但究竟哪一個環(huán)節(jié)是傳熱的控制步驟 ， 需要具體問題作具體分析 ， 只有針對傳熱過程的薄弱環(huán)節(jié)采取強(qiáng)化措施 ， 才能收到預(yù)期的效果 。 由熱力學(xué)第二定律，傳熱溫差越大，有效能損失越大，于是，非但不能增大溫差，有時還要減小溫差，以降低有效能損失。 對于金屬壁面，導(dǎo)熱一般不構(gòu)成主要熱阻；而垢層熱阻隨使用時間的延長而變大，往往成為控制傳熱速率的主要因素，防止結(jié)垢和除垢是保證換熱器正常工作的重要措施。 提高傳熱系數(shù) 11 o o odo dio o m i i ibd d dRRdddK ???? ? ? ? ?? 對流傳熱時，熱量以導(dǎo)熱方式通過滯流底層，對流熱阻主要集中在這里，因此，強(qiáng)化傳熱的方法是：減薄滯流底層的厚度，增強(qiáng)邊界層的湍動程度。由于 α ∝u ， 隨著流速的增加，傳熱系數(shù)增大，但由于⊿ p∝u 2， 流動阻力增加更快，強(qiáng)化具有局限性。 提高流體速度 改變流動狀態(tài) 引入機(jī)械振動 增大傳熱面積 使傳熱表面振動或流體振動，目的是加強(qiáng)滯流底層的湍動。 用螺紋管或螺旋槽管代替光管，在圓管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加工軸向肋片，稱之為擴(kuò)展表面，都能有效提高傳熱速率。 ⑴ 不清潔易結(jié)垢的物料流過易于清洗的一側(cè)管內(nèi)易于清洗； ⑵ 需要通過增大流速以提高給熱系數(shù)的流體應(yīng)選管程； ⑶ 腐蝕性流體宜走管程 ， 以免管束和殼體同時受腐蝕； ⑷ 壓力高的流體宜選管程 ， 以防止殼體受壓； ⑸ 蒸汽走殼程 ， 冷凝液易于排出； ⑹ 被冷卻的流體一般走殼程 ， 便于散熱； ⑺ 粘度大流量小流體選殼程，殼程 Re100即可達(dá)到湍流。鋼管長度多為 6米，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用的管長有 、 6米四種規(guī)格，其中以 3米和 6米最為普遍。 換熱管規(guī)格及排列 抓住主要矛盾進(jìn)行選擇，例如，首先從流體的壓力、腐蝕性及清洗等方面的要求來考慮，然后再考慮滿足其他方面的要求。 ⑵ 依據(jù)總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值范圍 ， 或按生產(chǎn)實際選定總傳熱系數(shù) K估值 ，估算傳熱面積 A估 。 ⑶ 計算管程和殼程的壓降 ， 根據(jù)初選設(shè)備規(guī)格 ， 計算管 、 殼程流體壓降 ， 檢查結(jié)果是否滿足工藝要求 ， 若壓降不合要求 ， 要調(diào)整流速 ， 再確定管程數(shù)或擋板間距 ， 或選擇另一規(guī)格的設(shè)備 ， 重新計算壓降至滿足要求 。 列管換熱器的選用和設(shè)計的步驟 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH