换热器计算的设计型和操作型问题--传热过程计算
与换热器
日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络 查看:[大 中 小] 作者：椴木杉 热度： 944
在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。
一、 设计型计算
设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。
对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。
表5-2 设计型计算的计算步骤
LMTD法 e-NTU法 1．根据已知的三个端部温度，由热量衡算方1．根据已知的三个端部温度，由热量衡算方程计算另一个端部温度； 2．由选定的换热器程计算另一个端部温度； 2．由选定的换热器型式计算传热系数K； 3．由规定的冷、热流型式计算传热系数K； 3．由规定的冷、热流体进出口温度计算参数P、R； 4．由计算的P、体进出口温度计算参数e、CR； 4．由计算的e、R值以及流动排布型式，由j-P、R曲线确定温CR值确定NTU。由选定的流动排布型式查取度修正系数j；5．由热量衡算方程计算传热速e-NTU算图。可能需由e-NTU关系反复计算率Q，由端部温度计算逆流时的对数平均温差NTU；5．计算所需的传热面积 。 Δtm； 6．由传热速率方程计算传热面积 。
例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为 kg/s，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。
解 （1）对数平均温差法
由热量衡算方程，换热器的传热速率为
苯与冷却水之间的平均传热温差为
由传热速率方程，换热器的传热面积为
A = Q/KΔtm = = m3
（2）传热效率-传热单元数法 苯侧 (mCph) = *1900 = 2375 W/℃
冷却水侧 (mcCpc) =(mhCph)(th1-th2)/(tc1-tc2) =2375*(80-30)/(50-20)= W/℃ 因此， (mCp)min=(mhCph)=2375 W/℃ 由式（5-29），可得
Qmax = (mCp)min(th1-tc1) = 2375*(80-20) = *10^3 W 由传热效率和热容流量比的定义式 e = Q/Qmax = =
CRh=(mhCph)/(mcCpc)=2375/=
由式（5-39）
=(1-exp[*NTU])/[*NTU]) 可求出传热单元数 NTU= 则换热器的传热面积为
A = (mCp)min/K *NTU = 2375/470 * = m^2
讨论：由计算结果可见：采用两种方法计算传热面积，由于计算原理相同，计算结果十分接近。而对数平均温差法较为简单。
二、 操作型计算
对于换热器的操作型计算，其特点是换热器给定，计算类型主要有以下两种：
1．对指定的换热任务，校核给定的换热器是否适用。一般给定换热器的传热面积和结构尺
寸、冷热流体的流动排布型式、冷热流体的流量和进出口温度，需校核计算传热速率或流体出口温度是否能满足生产工艺要求。
2．对一个给定的换热器，当某一操作条件改变时，考察传热速率及冷、热流体出口温度的变化情况；或者为了达到指定的工艺条件所需采取的调节措施。例如，对于一个给定的换热
器，当冷、热流体的流量和冷流体进口温度不变时，热流体的进口温度升高，分析传热速率
换热器计算
