換熱器的傳熱計(jì)算

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1、換熱器的傳熱計(jì)算換熱器的傳熱計(jì)算包括兩類(lèi)：一類(lèi)是設(shè)計(jì)型計(jì)算，即根據(jù)工藝提出的條件，確定換熱面積；另一類(lèi)是校核型計(jì)算，即對(duì)已知換熱面積的換熱器，核算其傳熱量、流體的流量或溫度。這兩種計(jì)算均以熱量衡算和總傳熱速率方程為基礎(chǔ)。換熱器熱負(fù)荷Q值一般由工藝包提供，也可以由所需工藝要求求得。Q=WcpΔt，若流體有相變，Q=cpr。熱負(fù)荷確定后，可由總傳熱速率方程（Q=KSΔt）求得換熱面積，最后根據(jù)《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)系列》確定換熱器的選型。1其中總傳熱系數(shù)K=（1）ddbd100+Rs++Rs+iohddkdhiiim0在實(shí)際計(jì)算中，總傳熱系數(shù)通常采用推薦值，這些推薦值是

2、從實(shí)踐中積累或通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得的，可以從有關(guān)手冊(cè)中查得。在選用這些推薦值時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.設(shè)計(jì)中管程和殼程的流體應(yīng)與所選的管程和殼程的流體相一致。2.設(shè)計(jì)中流體的性質(zhì)（粘度等）和狀態(tài)（流速等）應(yīng)與所選的流體性質(zhì)和狀態(tài)相一致。3.設(shè)計(jì)中換熱器的類(lèi)型應(yīng)與所選的換熱器的類(lèi)型相一致。4.總傳熱系數(shù)的推薦值一般范圍很大，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選取中間的某一數(shù)值。若需降低設(shè)備費(fèi)可選取較大的K值；若需降低操作費(fèi)用可取較小的K值。5.為保證較好的換熱效果，設(shè)計(jì)中一般流體采用逆流換熱，若采用錯(cuò)流或折流換熱時(shí)，可通過(guò)安德伍德（Underwood）和鮑曼（Bowman）圖算法

3、對(duì)Δt進(jìn)行修正。雖然這些推薦值給設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大便利，但是某些情況下，所選K值與實(shí)際值出入很大，為避免盲目煩瑣的試差計(jì)算，可根據(jù)式（1）對(duì)K值估算。式（1）可分為三部分，對(duì)流傳熱熱阻、污垢熱阻和管壁導(dǎo)熱熱阻，其中污垢熱阻和管壁導(dǎo)熱熱阻可查相關(guān)手冊(cè)求得。由此，K值估算最關(guān)鍵的部分就是對(duì)流傳熱系數(shù)h的估算。影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素主要有：1.流體的種類(lèi)和相變化的情況液體、氣體和蒸氣的對(duì)流傳熱系數(shù)都不相同。牛頓型和非牛頓型流體的也有區(qū)別，這里只討論牛頓型對(duì)流傳熱系數(shù)。流體有無(wú)相變化，對(duì)傳熱有不同的影響。2.流體的性質(zhì)對(duì)h影響較大的流體物性有比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、密度和粘度等

4、。對(duì)同一種流體，這些物性又是溫度的函數(shù)，而其中某些物性還和壓強(qiáng)有關(guān)。3.流體的流動(dòng)狀態(tài)當(dāng)流體呈湍流時(shí)，隨著Re數(shù)的增加，滯流內(nèi)層的厚度減薄，故h就增大。而當(dāng)流體呈滯流時(shí)，流體在熱流方向上基本沒(méi)有混雜流動(dòng)，故h就較湍流時(shí)為小。4.流體流動(dòng)的原因自然對(duì)流是由于流體內(nèi)部存在溫度差，因而各部分的流體密度不同，引起流體質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移。設(shè)ρ1和ρ2分別代表溫度為t1和t2兩點(diǎn)的密度，則流體因密度差而產(chǎn)生的升力為（ρ1-ρ2）g。若流體的體積膨脹系數(shù)為β，單位為1/℃，并以代表Δt溫度差（t2-t1），則可得ρ1=ρ2（1+βΔt），于是每單位體積的流體所產(chǎn)生的升力為：（

5、ρ1-ρ2）g=[ρ2（1+βΔt）-ρ2]g=ρ2βgΔt或（ρ1-ρ2）/g=βΔt強(qiáng)制對(duì)流是由于外力的作用，如泵、攪拌器等迫使流體的流動(dòng)。5.傳熱面的形狀、位置和大小傳熱管、板、管束等不同的傳熱面的形狀；管子的排列方式，水平或垂直放置；管徑、管長(zhǎng)或板的高度等，都影響h值。目前解決對(duì)流傳熱問(wèn)題的方法主要有量綱分析法和類(lèi)比法。常用的量綱分析法有雷萊法和伯金漢法（BuckinghamMethod），前者適合于變量數(shù)目較少的場(chǎng)合，而當(dāng)變量數(shù)目較多時(shí)，后者較為簡(jiǎn)便，由于對(duì)流傳熱過(guò)程的影響因素較多，故需采用伯金漢法。2強(qiáng)制對(duì)流（無(wú)相變）傳熱過(guò)程根據(jù)理論分析及實(shí)驗(yàn)研

6、究，對(duì)流傳熱系數(shù)h的影響因素有傳熱設(shè)備的尺寸l、流體密度ρ、粘度μ、定壓質(zhì)量熱容cp、導(dǎo)熱系數(shù)k及流速u(mài)等物理量，可用h=f（l，ρ、μ、cp、k、u）表示，式中涉及到的基本量綱只有四個(gè)。最后可得強(qiáng)制對(duì)流（無(wú)相變）傳熱時(shí)的無(wú)量綱數(shù)群關(guān)系式Nu=φ（Re，Pr）。2自然對(duì)流傳熱過(guò)程同樣可得，自然對(duì)流傳熱時(shí)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為Nu=φ（Gr，Pr）。各準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)、名稱(chēng)和含義列于表1。表1準(zhǔn)數(shù)的名稱(chēng)、符號(hào)和含義準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)符號(hào)準(zhǔn)數(shù)式含義努塞爾數(shù)hlNu表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)（Nusseltnumber）k雷諾數(shù)lur表示慣性力與粘性力之比，是表征流動(dòng)狀態(tài)Re（Reynoldsn

7、umber）m的準(zhǔn)數(shù)普蘭德數(shù)cm表示速度邊界層和熱邊界層相對(duì)厚度的一個(gè)pPr（Prandtlnumber）k參數(shù)，反映與傳熱有關(guān)的流體物性32lrgbDt格拉斯霍夫數(shù)2Grm表示由于溫度差引起的浮力與粘性力之比（Grashofnumber）各準(zhǔn)數(shù)中的物理量的意義為：2h—對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m℃）；u—流速，m/s；3ρ—流體的密度，kg/m；l—傳熱面特性尺寸，可以是管徑（內(nèi)徑、外徑或平均直徑）或平板長(zhǎng)度，m；2k—流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m℃）；μ—流體的粘度，Pas；cp—流體的定壓比容，J/（kg℃）；Δt—流體與壁面間的溫度差，℃；β—流體的體積膨脹

8、系數(shù)，1℃/或1/K；2g—重力加速度，m/s。上述