文档介绍：传热计算传热计算分为两种: 设计计算——据任务给定热负荷,确定换热器面积; 校核计算——对已有换热器,计算其热负荷、或流体流量、或流体出口温度。计算基础: 热量衡算(即能量衡算) 传热速率方程(多用无壁温的总方程) 4-4-1 能量衡算与推导柏式的能量衡算相比较,在换热器中, ①器内无“外功”加入; ②位能较小( ∵换热器多横置,竖置时△ Zmax ≤ 6m ),动能变化也较小( ∵只有管程流体在分配头处才有些变化), ∴一般忽略; ③∵流阻转换的热量与热负荷相比很小, ∴忽略。换热器的能量衡算只考虑间壁两侧流体的“焓衡算”。设换热器绝热, Q L =0 ;则单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量: W h (H h1 -H h2 )=W c (H c2 -H c1 )=Q (4-30) 或(W△ H) h =(W △ H) c =Q 其中的△H 不外有下列三种基本形式: ①无相变, c p= 常数; △H h =c ph(t 2 -t 1 )或△H c =c pc(T 1 -T 2) ②有相变: △ H=r ③相变加温变: △ H=r+c p△T(/△t) 根据实际情况可能组合出许多热量衡算公式。 4-2-2 总传热速率微分方程和总传热系数一、总传热速率微分方程∵稳定的间壁传热,流体的对流传热速率 Q= 间壁的导热速率 Q。∴计算时可任取某侧流体或间壁作为计算对象。但是,计算式中都涉及壁温,它既难侧又难求取(试差) 仿多层平壁,将同一横截面上的两侧流体分别“绝热混合”,它们的差值做为截面传热的中推力,即: 式也可以写成: dQ=k(T-t)dS=k △ tdS(3-34) 对应不同的传热面有: dQ=K i (T-t)dS i =K m (T-t)dS m =K o (T-t)dS o 注意①K与α相同处: “局部中传热系数”,计算时取均值②K与 dS-- 对应。 Ki~ Km~ Ko: 二、总传热系数 K 由和( 3--34 ): 基于不同的传热面: 即: 换热器在实际进行中, ∵流体中结晶等的沉淀、结垢、结焦、聚合或冷却水中的藻类、细菌或流体对管才的腐蚀等原因,都会在管壁上形成污垢层。∴对传热构成污垢热阻 Rs。 Rs=f (u,t ,流体性质,管才,运行时间, ……) 此时 K 的计算式为: ( 4-41 ) 对有污垢形成的传热系统,要定期清洗。设计换热器时不可一味地选取大的污垢热阻值。当 Q 值一定时: Rs ↑→ Ko ↓→ S ↑→ u ↓→ Rs↑。当管壁很薄时, d i≈d m≈d o,K 式为: 当热阻和间壁影响可略: 1/K o =1/ α i +1/ α o 当α i >>α o ,则 K ≈α min 。提高小侧α值有利于强化传热;当α i ≈α o ,两侧α植均应提高;当 R s 成为主要阻力时,则须经常清洗。 4-4-3 平均温度差在对 dQ=K △ tdS 积分前,做如下简化假设: (1 )传热为温态的操作过程,即 Q= 常数; (2 )两流体比热均为常数,或可取进、出口温度下的均值, c ph=常数, c pc= 常数’; (3)K 在全换热器内为常数, K= 常数; (4 )换热器的热损失可略, Q L =0。按不同的传热过程分别讨论温差的计算方法有: 一、恒温传热时的平均温度差(相变) 两侧流体在传热过程中都只发生相变:如热流体为饱和蒸汽冷凝为饱和液体,冷流体为饱和液体汽化为饱和蒸汽。△ T=T s -t s =T-t Q=K △ TS=K (T s -t s)S( 4-43 ) 二、变温传热时的平均温度差单侧双侧(一)逆流和并流时的平均温度差变温条件下,温度( T或t )与传热速率( Q )都沿 L 变化, T ( /t )~ Q 可由热量衡算微分式得到: dQ=-W hc ph dT= pc dt 由假设( 1 )( 2 ): dQ/dT=-W hc ph= 常数, dQ/dt= pc= 常数, 将Q对T及t 做图,可得: 对应得到: T=mQ+k 和 t=m'Q+k' △ t=T-t= ( m-m' ) Q+( k-k' ) 将 dQ=K △ tdS 代入上式: 对于并流可以推出形式相同的△t m 计算式。此外,流向常使△t m 相差较大。因此,换热器常采用:湍流,逆流。并流的优点是:可以控制终点温度< 某值。∵△ t m 是以换热器某端的热、冷流体温度差△t 计算的。∴单侧变温时,并、逆流的值不变。(二)错流和折流时的平均温度差在大多数的换热器中都时常采用错流和折流的形式。简单折流的△t m 的计算式: 广泛适用于错、折流的方法: (1 )依逆流算出△t m': (2)△ tm= φ△t△t m' φ——温度校正系数,无因次, =f(R, P) 求出 R、P 值后,于 p2