其他复杂布置时换热器平均温差的计算 式中 是给定的冷、热流体的进、出口温度布置成逆流时的对数平均温差,?是小于1的修正系数。图9-15 ~ 9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的 ? 。 套管式换热器及螺旋式换热器的平均温差可以方便地按逆流或顺流布置的公式计算,以下着重讨论壳管式换热器及交叉流换热器的平均温差的计算方法。对各种布置的壳管式交叉流换热器,其平均温差都可以采用以下公式来计算: 关于?的注意事项 (1)? 值取决于无量纲参数 P和 R 式中:下标1、2分别表示两种流体,上角标 ` 表示进口,`` 表示出口,图表中均以P为横坐标,R为参量。 (3)R的物理意义:两种流体的热容量之比 (2)P的物理意义:流体2的实际温升与理论上所能达到 的最大温升之比,所以只能小于1 (4) 对于管壳式换热器,查图时需要注意流动的“程”数 4 各种流动形式的比较 顺流和逆流是两种极端情况,在相同的进出口温度下,逆流的 最大,顺流则最小; 顺流时 ,而逆流时, 则可能大于 ,可见,逆流布置时的换热最强。 In Out In Out 那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢?不是,因为一台换热器的设计要考虑很多因素,而不仅仅是换热的强弱。比如,逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧,使得该处的壁温特别高,可能对换热器产生破坏,因此,对于高温换热器,又是需要故意设计成顺流 (2) 对于有相变的换热器,如蒸发器和冷凝器,发生相变的流体温度不变,所以不存在顺流还是逆流的问题。 x T In Out x T In Out 冷凝 蒸发 (3)工程中对流经蛇行管束的传热,只要管束的曲折次数超过四次,就可作为纯顺流和纯逆流处理(见图9-21)。 (4)其它流动形式都可以看作介于顺流、逆流之间的情况。 值总是小于1的。 值实际上表示特定流动形式在给定工况下接近逆流的程度。在设计中(除非出于必须降低壁温的目的),否则总是要求 >0.9,至于不小于0.8。如果达不到要求,则应改为其它的流动形式。 § 10-4 换热器的热计算 换热器热计算分两种情况:设计计算和校核计算 (1)设计计算:设计一个新的换热器,以确定所需的换热面积 校核计算:对已有或已选定了换热面积的换热器,在非设 计工况条件下,核算他能否胜任规定的新任务。 换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式 式中, 不是独立变量,因为它取决于 以及换热器的布置。另外,根据公式(9-15)可是,一旦 和 以及 中的三个已知的话,我 们就可以计算出另外一个温度。因此,上面的两个方程 中共有8个未知数,即 需要给定其中的5个变量,才可以计算另外三个变量。 对于设计计算而言,给定的是 ,以及进出口 温度中的三个,最终求 对于校核计算而言,给定的一般是 , 以及2个进口温度,待求的是 换热器的热计算有两种方法:平均温差法 效能-传热单元数(?-NTU)法 平均温差法:就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热 计算,其具体步骤如下: 对于设计计算(已知 ,及进出口温度中的三个,求 ) 初步布置换热面,并计算出相应的总传热系数k 根据给定条件,由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度 由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差 计算时要保持修正系数具有合适的数值。 由传热方程式计算所需的换热面积A,并核算换热面两侧流体的流动阻力 如果流动阻力过大,则需要改变方案重新设计。 对于校核计算(已知 ,及两个进口温度,求 ) 先假设一个流体的出口温度,按热平衡式计算另一个出口温度 根据4个进出口温度求得平均温差 根据换热器的结构,算出相应工作条件下的总传热系数k 已知kA和 ,按传热方程式计算在假设出口温度下的 根据4个进出口温度,用热平衡式计算另一个 ,这个值和上面的 ,都是在假设出口温度下得到的,因此,都不是真实的换热量 比较两个 ? 值,满足精度要求,则结束,否则,重新假定出口温度,重复(1)~(6),直至满足精度要求。 2 效能-传热单元数法 (1) 换热器的效能和传热单元数 换热其效能的定义是基于如下思想:当换热器无限长,对于一个逆流换热器来讲,则会发生如下情况 a 当 时, ,则 b 当 时, ,则 于是,我们可以得到 然而,实际情况的传热量q总是小于可能的最大传热量qmax,我们将q/qmax定义为换热器的效能,并用 ? 表示,即 对于一个已存在的换热器,如果已知了效能 ? 和冷热流体的进口温差,则实际传热量可很方便地求出 那么在未知传热量,之前, ? 又如何计算?和那些因素有关? 以顺流换热器为例,并假设 ,则有 根据热平衡式得: 于是 式①, ②相加: 热容比 ① ② 式①代入下式得: + + 当 时,同样的推导过程可得: 上面的推导过程得到如下结果,对于顺流: 当 时
不可压缩流体吸热量用定容比热容. 在物体体积不变的情况下,单位质量的某种物质温度升高1℃所需吸收的热量,叫做该种物质的“定容比热容”。在压强不变的情况下,单位质量的某种物质温度升高1℃所需吸收的热量,叫做该种物质的“定压比热容”。
两种流体的比热容和效能计算应该用伯努利方程来计算。
两种流体热容之比和效能,拿这两个相除吧,有结果。
两种流体热容比和能效呢,想怎么算就怎么算。