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1、第11章 传热和换热器,本章的学习目的分析实际传热问题的能力综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力了解换热器的基本知识和设计过程,11-1 传热过程的分析和计算,传热过程？ 基本计算式(传热方程式)？,式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，K的计算公式也不同。,11-2 换热器的型式及平均温差,换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置2 换热器的分类：,几种类型换热器简介,间壁式换热器的主要型式套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形,(2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传
2、热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。,增加管程,进一步增加管程和壳程,(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。,(c) 板翅式交叉流换热器,单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。,(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。,(5) 螺旋板
3、式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。,顺流和逆流的区别在于：顺流：逆流：,或者我们也可以将对数平均温差写成如下统一形式(顺流和逆流都适用),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 由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算换热面流体的流动阻力如果流动阻力过大，则需要改
4、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
5、 a 当 时， ，则 b 当 时， ，则于是，我们可以得到然而，实际情况的船热量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， 相加：,热容比,式代入下式得：,+,+,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,上面两个公式合并，可得：,换热器效能公式中的 依赖于换热器的设计， 则依赖于换热器的运行条件，因此， 在一定程度
6、上表征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数NTU，即因此，与顺流类似，逆流时：,当冷热流体之一发生相变时，相当于 ，即 ，于是上面效能公式可简化为,当两种流体的热容相等时，即 公式可以简化为,顺流：,逆流：,（ ，及两个进口温度，求 ）,(2) 用效能-传热单元数法计算换热器的步骤a 设计计算 显然，利用已知条件可以计算出 ，而带求的k，A则包含在NTU内，因此，对于设计计算是已知 ，求NTU，求解过程与平均温差法相似，不再重复b 校核计算 由于k事先不知，所以仍然需要假设一个出口温度，具体如下： 假设一个出口温度 ，利用热平衡式计算另一个 利用四个进出口温度计算定性温度，确定物性，并结合换热器结构，计算总传热系数k 利用k, A计算NTU,（ ，及进出口温度中的三个，求 ）, 利用NTU计算 利用(9-17)计算，利用(9-14)计算另一个 比较两个，是否满足精度，否则重复以上步骤,从上面步骤可以看出，假设的出口温度对传热量的影响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响NTU，并最终影响 值。而平均温差法的假设温度直接用于计算 值，显然-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。,
