1、Heat Transfer传热学传热学 建筑环境与设备工程专业主干课程之一建筑环境与设备工程专业主干课程之一 ! 建筑环境与设备工程专业主干课程之一建筑环境与设备工程专业主干课程之一 !第十章第十章 传热和换热器传热和换热器Chapter10 The Heat Transfer and Heat ExchangerL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering10-4 换热器计算及换热器性能评价换热器计算及换热器性能评价v分为分为设计计算设计计算和和校核计算校核计算。v换热器热计算的换热器热计算的基本公式基本公式为为
2、mkA t 1 1112222mmq c ttq ctt 传热方程式传热方程式:热平衡方程式：热平衡方程式：L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering一、换热器计算的平均温差法一、换热器计算的平均温差法v平均温差法用作设计计算时步骤如下：平均温差法用作设计计算时步骤如下：（1 1）初步布置换热面，计算出相应的传热系数）初步布置换热面，计算出相应的传热系数 。（2 2）根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度）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中的那个待定的温度 。（3 3）由冷、热流体的
3、）由冷、热流体的4 4个进、出口温度确定平均温个进、出口温度确定平均温 差，计算时要注意保持修正系数差，计算时要注意保持修正系数 具有合适具有合适 的数值。的数值。（4 4）由传热方程求出所需要的换热面积）由传热方程求出所需要的换热面积 ，并核算，并核算 换热面两侧有流体的流动阻力。换热面两侧有流体的流动阻力。（5 5）如流动阻力过大，改变方案重新设计。）如流动阻力过大，改变方案重新设计。kmtAL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering 对于校核计算具体计算步骤：对于校核计算具体计算步骤：（1 1）先假设一个流
4、体的出口温度，按热平衡式计）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算另一个出口温度（2 2）根据）根据4 4个进出口温度求得平均温差个进出口温度求得平均温差（3 3）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数总传热系数k kmtL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering（4 4）已知）已知k k、A A和和 ，按传热方程式计算在假设，按传热方程式计算在假设出口温度下的出口温度下的（5 5）根据）根据4 4个进出口温度，用热平衡式计算另一个进出口温度，用
5、热平衡式计算另一个个 ，这个值和上面的，这个值和上面的 ，都是在假设出，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量（6 6）比较两个）比较两个 值，满足精度要求，则结束，值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温度，重复否则，重新假定出口温度，重复(1)(6)(1)(6)，直至，直至满足精度要求。满足精度要求。mtL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering二、效能二、效能- -传热单元数法传热单元数法(1)(1)传热单元数和换热器的效能传热单元数和换热器的效能
6、换热器的效能按下式定义：换热器的效能按下式定义：max12ttttmin() ()mq ct t换热器交换的热流量：换热器交换的热流量：min12()mq ctt L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering1112()tttt1 122mmq cqc 下面揭示换热器的效能与哪些变量有关。下面揭示换热器的效能与哪些变量有关。 以以顺流换热器为例顺流换热器为例，并假设，并假设 则有：则有：根据热平衡式得：根据热平衡式得：1 1112222()()mmq c ttq c tt1 1221122()mmq cttttq
7、c于是：于是：L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering1 112122 21(1)mmq cttttq c 式式， 相加：相加：1 11212122 2()()(1)()mmq cttttttq c整理：整理：由上一节知道：由上一节知道：1212kAttett L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering代入式得：代入式得：1 1221 exp()1mmkAq cq c把上一节中把上一节中 带入上式得：带入上式得：1 11 1221
8、 1221 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq cL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering1 122mmq cqc当当 时，类似推导可得时，类似推导可得22221 1221 11 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq c由可写出：由可写出：minminmaxminmax1 exp11mmmmmq ckAq cq cq cq cL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering令：令：minmkANTUq c可
9、写成：可写成：minmaxminmax1 exp11mmmmq cNTUq cq cq c（）类似的推导可得逆流换热器的效能为：类似的推导可得逆流换热器的效能为：minmaxminminmaxmax1 exp11exp1mmmmmmq cNTUq cq cq cNTUq cq c（）（）称为称为传热单元数传热单元数L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering当冷热流体之一发生相变时当冷热流体之一发生相变时，即，即 趋于无穷大趋于无穷大时，于是上面效能公式可简化为：时，于是上面效能公式可简化为：NTUexp1当两种流
10、体的热容相等时，当两种流体的热容相等时， 公式可以简化为公式可以简化为1exp2NTU2顺流：顺流：maxmq cL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineeringv根据根据 及及 的定义及换热器两类热计算的定义及换热器两类热计算的任务可知，设计计算是已知的任务可知，设计计算是已知 求求 ，而校核计算则是由而校核计算则是由 求取求取 值。它们计值。它们计算步骤都与平均温差中对应计算大致相似，算步骤都与平均温差中对应计算大致相似，故不再细述。故不再细述。NTUNTUNTU 三、用效能三、用效能传热单元数法（法）计算换热器的
11、步骤传热单元数法（法）计算换热器的步骤L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering四、换热器设计时的综合考虑四、换热器设计时的综合考虑 换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投资，运行费用，安全可靠等诸多因素。资，运行费用，安全可靠等诸多因素。五、换热器的结垢及污垢热阻五、换热器的结垢及污垢热阻 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用阻成为污垢热阻，用R Rf f表示，表示，式中：式中：k k为有污垢后的换热面的传热系数，为
12、有污垢后的换热面的传热系数，k0k0为洁为洁净换热面的传热系数。净换热面的传热系数。011kkRfL o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成：面为计算依据的传热系数可以表示成：如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率 o o = 1 = 1。管壳式换热器的部分污垢热阻可以查得管壳式换热器的部分污垢热阻可以查得。oofowioifiRhRAARhk1111L o g oL
13、o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering六、换热器性能评价六、换热器性能评价1、单一性能评价；、单一性能评价；2、传热量与功耗比的评价；、传热量与功耗比的评价；3、传热面积与其它性能比的评价；、传热面积与其它性能比的评价；4、能量转换与利用性能比的评价。、能量转换与利用性能比的评价。L o g oL o g o建筑工程系 The Department of Construction Engineering本章小结本章小结一、换热器计算的平均温差法一、换热器计算的平均温差法二、效能二、效能-传热单元数法传热单元数法三、用效能三、用效能传热单元数法（法）计算换热器的步骤传热单元数法（法）计算换热器的步骤四、换热器设计时的综合考虑四、换热器设计时的综合考虑五、换热器的结垢及污垢热阻五、换热器的结垢及污垢热阻六、换热器性能评价六、换热器性能评价作业：作业：P303：21；22 感谢所有资料原始持有人的辛勤劳动！感谢所有资料原始持有人的辛勤劳动！
