第1頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月魏高升動(dòng)力工程系工程熱物理教研室傳熱傳質(zhì)研究所 辦公：教4樓 C209房間

電話：80798627，51971318Email：gaoshengw@第2頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月參考書1.《換熱器原理與設(shè)計(jì)》，余建祖編著，北京航空航天大學(xué)出版社，20052.《換熱器》，秦叔經(jīng)，葉文邦等編，北京-化學(xué)業(yè)出版社20033.《電站鍋爐空氣預(yù)熱器》，國(guó)家電力公司電力機(jī)械局編，中國(guó)電力出版社，20024.《換熱器設(shè)計(jì)》，毛希瀾主編，上海科學(xué)技術(shù)出版社1988

5.《發(fā)電廠空冷技術(shù)》，丁爾謀主編，水利電力出版社，19886.《傳熱學(xué)》第四版，楊世銘、陶文銓編著，高等教育出版社，2006年第3頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論第4頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q熱器換熱器廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于化工、能源、機(jī)械、交通、制冷空調(diào)、航空航天以及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。換熱器不僅是保證某些工藝流程和條件而廣泛采用的設(shè)備，也是開(kāi)發(fā)利用工業(yè)二次能源，實(shí)現(xiàn)余熱回收和節(jié)能利用的主要設(shè)備。

換熱器也稱熱交換器，是把熱量從一種介質(zhì)傳給另一種介質(zhì)的設(shè)備第5頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.換熱器的分類按照換熱器的工作原理分類間壁式混合式（直接接觸式）回?zé)崾剑ㄐ顭崾剑┑?頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

混合式（直接接觸式）：換熱器內(nèi)冷、熱流體直接接觸、互相混合來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量交換。典型應(yīng)用：電廠中的水冷塔海勒式間接空冷凝汽器第7頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

蓄熱式：冷、熱兩種流體依次交替地流過(guò)換熱器的同一換熱面（蓄熱體）實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的熱量交換。第9頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，以單位傳熱面積計(jì)算，價(jià)格比較便宜。不存在永久性的流動(dòng)停止區(qū)域，因此表面具有自清掃功能；缺點(diǎn)：主要是泄漏和攜帶，還存在密封困難等問(wèn)題。第10頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

間壁式(表面式換熱器)：其中冷熱流體被一個(gè)固體壁面隔開(kāi)，熱量通過(guò)固體壁面?zhèn)鬟f。這種換熱器要發(fā)生熱流體與壁面間的對(duì)流換熱、壁的導(dǎo)熱、壁面與冷流體間的對(duì)流換熱三個(gè)環(huán)節(jié)組成的傳熱過(guò)程。

在以上三種類型的換熱器中間壁式換熱器的用量最大，是占主導(dǎo)地位的換熱器型式。第11頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月套管式換熱器示意圖間壁式換熱器的主要型式：

（1）

套管式換熱器

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、可串并聯(lián)使用，傳熱面積有限，傳熱量小。第12頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（2）

管殼式換熱器

由管子和外殼構(gòu)成。2殼程、4管程換熱器

管殼式換熱器結(jié)構(gòu)牢固可靠、耐高溫高壓。第13頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（3）

肋片管式換熱器

由帶肋片的管束構(gòu)成的換熱裝置。

肋片管式換熱器適用于管內(nèi)液體和管外氣體之間的換熱，且兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的場(chǎng)合。

第14頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（4）

板翅式換熱器

由金屬板和波紋板形翅片層疊、交錯(cuò)焊接而成。板翅式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱系數(shù)高。第15頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（5）

板式換熱器

由若干片壓制成型的波紋狀金屬板疊加而成。板式換熱器傳熱系數(shù)高、阻力相對(duì)較小、結(jié)構(gòu)緊湊。第16頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（6）

螺旋板式換熱器

由兩塊金屬板卷制而成。螺旋板式換熱器傳熱性能較好、制造工藝簡(jiǎn)單，但承壓、密封性能較差。第19頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣

煙氣

熱管式空氣預(yù)熱器示意圖

（7）熱管式換熱器

由多根熱管構(gòu)成。熱管式換熱器具有較高的傳熱性能，但熱管的制造工藝較復(fù)雜，熱管的密封性、壽命問(wèn)題需重點(diǎn)考慮。第20頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間壁式換熱器中冷、熱流體的相對(duì)流動(dòng)方向

在冷、熱流體進(jìn)口溫度相同、流量相同、換熱面面積相同的情況下，流動(dòng)型式影響冷、熱流體的出口溫度、換熱溫差、換熱量以及換熱器內(nèi)的溫度分布。第21頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2換熱器設(shè)計(jì)概述2.1換熱器的合理設(shè)計(jì)要求在給定的工作條件（流體流量，進(jìn)口溫度等）下，達(dá)到要求的傳熱量和流體出口溫度。流體壓降要小，以減少運(yùn)行中的能量消耗；滿足外形尺寸和重量的要求；安全可靠，滿足最高工作壓力、工作溫度以及防腐、防漏、工作壽命等方面的要求；制造工藝切實(shí)可行，選材合理且來(lái)源有保證，以減少初投資；安裝、運(yùn)輸以及維護(hù)方便等第22頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程換熱器設(shè)計(jì)指標(biāo)總體布置：選定類型、結(jié)構(gòu)及材料流動(dòng)形式傳熱表面熱設(shè)計(jì)傳熱計(jì)算流阻計(jì)算優(yōu)化分析傳熱表面的工作特性幾何參數(shù)流體及材料的熱物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：構(gòu)造、強(qiáng)度、振動(dòng)、密封、工藝、維修等可供選擇的方案評(píng)價(jià)和抉擇評(píng)價(jià)依據(jù)擇優(yōu)條件最佳設(shè)計(jì)第23頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章?lián)Q熱器的傳熱及阻力計(jì)算第24頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基本參數(shù)和方程2.1換熱器的傳熱計(jì)算的基本參數(shù)流體1的放熱熱流量換熱器的傳熱熱流量流體2的吸熱熱流量第25頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、換熱器的傳熱熱阻

換熱器的污垢熱阻k0、k分別為結(jié)垢前后的傳熱系數(shù)

第26頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ko為以管外壁面積為基準(zhǔn)計(jì)算的傳熱系數(shù)。

第27頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間壁式換熱器的總傳熱熱阻熱流體側(cè)對(duì)流換熱熱阻間壁的導(dǎo)熱熱阻污垢熱阻冷流體側(cè)對(duì)流換熱熱阻流體與潔凈肋片間的對(duì)流換熱熱阻第30頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月典型間壁的傳熱熱阻

平壁圓管壁圓管壁外側(cè)帶肋片平壁兩側(cè)帶肋片第31頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種常見(jiàn)擴(kuò)展表面的肋片效率：對(duì)于等截面直肋：

肋片效率的影響因素：第32頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等厚度環(huán)肋：（工程上常用的，簡(jiǎn)化的）管束外整體肋（制冷裝置的蒸發(fā)器，空冷凝汽器）順排（矩形肋片）：

叉排，三角形（六邊形肋）：

第33頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月rbabrbab第34頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、對(duì)數(shù)平均溫差第35頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月順流與逆流的比較：順流逆流（1）順流時(shí)冷流體的終溫永遠(yuǎn)低于熱流體的終溫，而逆流時(shí)冷流體的終溫可以超過(guò)熱流體的終溫；

（2）計(jì)算證明，當(dāng)冷、熱流體進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流的平均溫差大于順流；

（3）逆流時(shí)換熱面的溫度變化大，容易造成熱應(yīng)力破壞；

第36頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于如圖所示的簡(jiǎn)單多程交叉流，只要折流一方的折流次數(shù)多于4次，就可以按純逆流或純順流來(lái)計(jì)算。

為冷、熱流體進(jìn)、出口溫度相同情況下逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差；

為小于1的修正系數(shù)，其它復(fù)雜布置時(shí)換熱器平均傳熱溫差的計(jì)算對(duì)于復(fù)雜的多程交叉流第37頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月殼側(cè)1程，管側(cè)2，4，6，

程時(shí)的溫差修正系數(shù)

第38頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月殼側(cè)2程，管側(cè)4，8，12，

程時(shí)的溫差修正系數(shù)

第39頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交叉流，兩側(cè)流體都不混合時(shí)的溫差修正系數(shù)

第40頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交叉流，一側(cè)混合、一側(cè)不混合時(shí)的溫差修正系數(shù)

幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）圖的下半部，尤其R較大時(shí)，曲線幾乎豎直，查圖誤差較大，這時(shí)可用PR代替P，1/R代替R查圖。對(duì)任意一臺(tái)換熱器，都有f(P,R)=f(PR,1/R)，這稱為換熱器的互易性規(guī)則。第41頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）若有一側(cè)發(fā)生相變，P、R中必有一個(gè)等于零，此時(shí)

=1。（3）冷、熱流體走管側(cè)還是殼側(cè)不影響修正系數(shù)，即不影響傳熱溫差。第42頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分別指出（a)、(b)兩組圖中的兩個(gè)圖哪個(gè)正確。第43頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2換熱器傳熱計(jì)算的基本方法

換熱器的熱計(jì)算分為兩種類型：

(1)

設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)換熱條件和要求，設(shè)計(jì)一臺(tái)新?lián)Q熱器，為此需要確定換熱器的類型、結(jié)構(gòu)及換熱面積。

換熱器計(jì)算的兩種方法：1.平均溫差法；

2.效能-傳熱單元數(shù)法。

(2)校核計(jì)算：核算已有換熱器能否滿足換熱要求，一般需要計(jì)算流體的出口溫度、換熱量及流動(dòng)阻力等。第44頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.換熱器傳熱計(jì)算的平均溫差法：（1）設(shè)計(jì)計(jì)算：

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，給定冷、熱流體的質(zhì)量流量和4個(gè)進(jìn)、出口溫度中的3個(gè)，需確定換熱器的型式、結(jié)構(gòu)，計(jì)算傳熱系數(shù)k、換熱面積A、流動(dòng)阻力及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。換熱器傳熱計(jì)算的基本公式：

3個(gè)方程有8個(gè)獨(dú)立變量，只要知道其中5個(gè)變量，可求其它3個(gè)。第45頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：

(a)

根據(jù)給定的換熱條件，如流體性質(zhì)、流量、溫度和壓力范圍等，選擇換熱器類型，布置換熱面，計(jì)算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及總傳熱系數(shù)k；

(b)

根據(jù)給定條件，由式求出未知的進(jìn)、出口溫度，并求出換熱量

；(c)

由4個(gè)進(jìn)出口溫度及流動(dòng)型式求平均溫差；

(d)

由式求出所需的換熱面積A，如與初選換熱面積不一致，則需重新布置換熱面;

(e)

計(jì)算換熱器的流動(dòng)阻力，如果阻力過(guò)大，會(huì)加大設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，須改變方案，重新設(shè)計(jì)。第46頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)校核計(jì)算：

已知已有換熱器的換熱面積A、兩側(cè)流體的質(zhì)量流量、進(jìn)口溫度等5個(gè)參數(shù)，須計(jì)算熱、冷流體的出口溫度和換熱量

。計(jì)算步驟：

(a)

先假設(shè)一個(gè)流體的出口溫度用熱平衡方程式求出換熱量和另一個(gè)流體的出口溫度；

(b)

根據(jù)流體的4個(gè)進(jìn)、出口溫度求平均溫差；

(c)

計(jì)算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，進(jìn)而求得傳熱系數(shù)k；

(d)由式求出換熱量;

(e)比較與，如果相差較大,再重新假設(shè)流體出口溫度，重復(fù)上述計(jì)算，直到滿意為止。

第47頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一臺(tái)逆流式換熱器剛投入工作時(shí)的運(yùn)行參數(shù)如下：熱流體的質(zhì)量流量與比熱容的乘積W/K，熱流體的進(jìn)、出口溫度分別為℃、℃，冷流體的進(jìn)、出口溫度分別為℃、℃，傳熱系數(shù)k=800W/m2

K。運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，在、及、

保持不變的情況下，由于結(jié)垢使得冷流體只能被加熱到

oC，試計(jì)算：（1）結(jié)垢后熱流體的出口溫度；（2）結(jié)垢后換熱器的傳熱系數(shù)；（3）換熱器單位面積的污垢熱阻。第48頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

解：（1）如果忽略換熱器的散熱損失，根據(jù)冷、熱流體的熱平衡，

解得

結(jié)垢后的傳熱量為第49頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解得℃

（2）結(jié)垢前的對(duì)數(shù)平均溫差結(jié)垢后的對(duì)數(shù)平均溫差

第50頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)垢前結(jié)垢后結(jié)垢后的傳熱系數(shù)（3）結(jié)垢后換熱器單位面積的污垢熱阻結(jié)垢后換熱器總污垢熱阻第51頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.效能–傳熱單元數(shù)方法

效能－傳熱單元數(shù)方法（Effectiveness－NumberofTransferUnitsmethod），簡(jiǎn)寫為-

NTU方法。（1）基本定義換熱器效能：分母為換熱器中可能的最大溫差，而分子為較小熱容流體的溫度變化的絕對(duì)值。換熱器效能表示換熱器中的實(shí)際傳熱量與理論上最大可能的傳熱量之比。

第52頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傳熱單元數(shù)：傳熱單元數(shù)NTU反映換熱器傳熱能力大小。（2）

-

NTU

關(guān)系式以順流為例，假定熱流體熱容較小，即根據(jù)效能的定義，第53頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)冷、熱流體的熱平衡，第54頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NTU第55頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月該式為順流時(shí)換熱器效能、傳熱單元數(shù)和熱容比三者之間的函數(shù)關(guān)系式。可以證明，若qm2c2最小時(shí)也可得出同樣的結(jié)果。對(duì)于逆流換熱器，同樣可以導(dǎo)出效能、傳熱單元數(shù)和熱容比三者之間的函數(shù)關(guān)系式：若一側(cè)發(fā)生相變，熱容比等于零，不管流動(dòng)方式如何，均有第56頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若qm2c2

＝qm2c2，順流：逆流：第57頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以上兩式也可以化成NTU表達(dá)式：順流：逆流：無(wú)論是順流換熱器還是逆流換熱器，效能、傳熱單元數(shù)和熱容比三者之間存在函數(shù)關(guān)系式：第58頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第60頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第61頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第62頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第63頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第64頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同流動(dòng)形式換熱器的效能-傳熱單元數(shù)關(guān)系具有以下特征：（1）效能一般隨傳熱單元數(shù)的增大而增大，且趨于平緩；（2）效能隨熱容比的減小而增加；（3）逆流換熱器的效能始終隨傳熱單元數(shù)的增大而增大，而順流換熱器的效能當(dāng)NTU達(dá)到2.5以后曲線就幾乎不再向上升，這說(shuō)明順流換熱器的面積（即NTU值）過(guò)分增大沒(méi)有意義。說(shuō)明逆流優(yōu)于順流。第65頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）換熱器熱計(jì)算的

-

NTU

方法

A.設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算步驟：

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，給定冷、熱流體的質(zhì)量流量和4個(gè)進(jìn)、出口溫度中的3個(gè)，需確定換熱器的型式、結(jié)構(gòu)，計(jì)算傳熱系數(shù)k、換熱面積A、流動(dòng)阻力及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。

(a)

根據(jù)給定的換熱條件，如流體性質(zhì)、流量、溫度和壓力范圍等，選擇換熱器類型，布置換熱面，計(jì)算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及總傳熱系數(shù)k；

(b)

根據(jù)給定條件，由式求出未知的進(jìn)、出口溫度，并求出換熱量

；第66頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(c)根據(jù)進(jìn)出口溫度求出換熱器的效能以及兩側(cè)流體的熱容比:

(d)

根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)方式選擇相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式或圖線，求出NTU值，進(jìn)而根據(jù)求出換熱面積A；第67頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(e)

與初選面積比較，若不一致，修改設(shè)計(jì)方案并重新計(jì)算，直到兩者基本一致為止;

(f)

計(jì)算換熱器的流動(dòng)阻力和強(qiáng)度，如果不合適，須改變方案，重新設(shè)計(jì)。第68頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

B.校核計(jì)算：

已知已有換熱器的換熱面積A、兩側(cè)流體的質(zhì)量流量、進(jìn)口溫度等5個(gè)參數(shù)，須計(jì)算熱、冷流體的出口溫度和換熱量

。計(jì)算步驟：

(a)

先假設(shè)熱容量較小流體的出口溫度，用熱平衡方程式求出另一個(gè)流體的出口溫度；第69頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(c)

根據(jù)已知傳熱面積、總傳熱系數(shù)和較小側(cè)熱容可直接求出換熱器的傳熱單元數(shù)NTU：

(e)由效能直接求出小熱容側(cè)流體的出口溫度，再由能量守恒關(guān)系式得到另一個(gè)出口溫度；

(b)

計(jì)算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，進(jìn)而求得傳熱系數(shù)k；

(d)

根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)方式選擇相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式或圖線，求出換熱器效能第70頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(e)與假設(shè)的出口溫度比較，如果相差較大,再重新假設(shè)，重復(fù)上述計(jì)算，直到滿意為止。

(f)

流體的出口溫度確定后，就可以用熱平衡方程式求出換熱量：對(duì)比換熱器校核計(jì)算的平均溫差法和效能－傳熱單元數(shù)法，只要總傳系數(shù)未給定，迭代計(jì)算過(guò)程就不可避免。但是

-

NTU方法所需迭代次數(shù)很少，這正是

-NTU方法的優(yōu)越性。利用線算圖計(jì)算雖然方便，但精度較低，因此應(yīng)盡量應(yīng)用公式計(jì)算。第71頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第72頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第73頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

用溫度為60℃、流量為32t/h的地?zé)崴膳帷Ｊ褂靡慌_(tái)1×15/1×15的逆流鋸齒型板式換熱器。若冷水流量為27t/h，入口溫度為15℃，試求換熱量和熱、冷水的出口溫度。已知換熱器的單板片換熱面積等于0.193m2，單通道流通截面積為0.00134m2，當(dāng)量直徑為0.0096m，不銹鋼板片的厚度為0.8mm。兩側(cè)允許壓降均為50kPa。。對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式為

摩擦系數(shù)關(guān)聯(lián)式：

f=16.8/Re

0.2945Nuf=0.31Ref0.61Prf0.3(0.4)，

Ref>1000

第74頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月60第75頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

解：1.平均溫差法假設(shè)：（1）常物性；（2）沿程的總傳熱系數(shù)是常量；

（3）不計(jì)散熱損失。

假設(shè)冷水側(cè)的出口溫度為45

℃，由熱平衡關(guān)系式可以得熱水的出口溫度為

熱水的平均溫度為51.6

℃，查物性表得

1=987.3kg/m3，

1=0.65W/(m

K)，

1=0.544m2/s，Pr1=3.452

第76頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱水的流速為熱水的雷諾數(shù)熱水側(cè)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)第77頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

冷水的平均溫度為35

℃，查物性表得

2=994kg/m3，

2=0.6265W/(m

K)，

2=0.732

10－6m2/s，Pr2=4.865

冷水的速度

冷水的雷諾數(shù)第78頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月冷水側(cè)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

不銹鋼板片在50

℃附近的導(dǎo)熱系數(shù)為16.3W/(m

K)，其導(dǎo)熱熱阻為Rp=

/

p=0.8×10－3m/16.3W/(m2

K)=0.491m2

K/W查表，取兩側(cè)水的總污垢熱阻為

Rf

=0.7×10－4m2

K/W第79頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q熱器的總傳熱系數(shù)換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差第80頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由以下兩式分別求出兩個(gè)換熱量

1

=qm2c2(t2

t2

)

=27

103kg/3600s

4.174kJ/(kg

K)

(45

25)℃＝626.1kW

2

=kA

tm

=2475W/(m2

K)

5.597m2

16.51

℃＝228.7kW二者相差太大，顯然該假設(shè)t2

＝45℃不正確，必須修改t2

的假設(shè)值并重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程：第81頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)t2

＝31

℃，重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，結(jié)果如下：

u2=0.3734m/s,

t2m＝28℃，

2=996.2kg/m3，

2=0.6142W/(m

K)，

2=0.845

10－6m2/s，Pr

2=5.74冷水：熱水：

t1m＝57.5℃，

1=986.8kg/m3，

1=0.651W/(m

K)，

1=0.4975

10－6m2/s，Pr1=3.13第82頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

u1=0.4468m/s，

總傳熱系數(shù)：又一次得到兩個(gè)不同的換熱量值：

1=qm2c2(t2

－t2

)=187.92kW

2=kA

tm=405.3kW

根據(jù)兩次得到的兩個(gè)不同換熱量值作圖：第83頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩條直線的交點(diǎn)可查到比較接近于實(shí)際的t2

＝36

℃。

用此t2

值重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，可得

1=344.4kW,

2=343.0kW這兩個(gè)換熱量非常接近，說(shuō)明36℃是正確的t2

值。最終換熱量可取

1、

2的算術(shù)平均值，即343.7kW。

最后作換熱器流動(dòng)阻力校核計(jì)算：第84頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

熱水側(cè)：

f1=16.8/Re

0.2945=16.8/74480.2945＝1.216

冷水側(cè)：

f2=16.8/Re

0.2945＝16.8/42420.2945＝1.435兩側(cè)流體的壓降均遠(yuǎn)低于允許值，可以采用提高流速或其它方式強(qiáng)化傳熱。第85頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

-

NTU

方法仍假設(shè)冷流體的出口溫度t2

=45℃，用與平均溫差法完全相同的計(jì)算步驟求出總傳熱系數(shù)k值，

求出相應(yīng)的傳熱單元數(shù)

兩側(cè)流體的熱容比

第86頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月把以上兩個(gè)數(shù)據(jù)代入逆流時(shí)的

-NTU關(guān)系式按照效能的定義得到t2

=35.99℃

該值與假設(shè)的45℃差距較大，