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第六章___间壁式热质交换设备的热工计算讲述
2 ) 传热单元数 NTU : 传热单元数 NTU 可理解为换热器传热能力大小的 某种度量。 3 )ε与 NTU 的关系 任何换热器都存在以下形式的无量纲函数关系: 4 ) 计算步骤 设计计算: (1) 根据能量守恒关系求出未知出口温度; (2) 初选流道布置方案并计算两侧表面传热系数和总传热系数; (3) 根据进出口温度求出换热器的效能以及两侧流体的热容比; (4) 根据指定或选定的流动方式选择相应的函数关系式或图线,求出 NTU 值,进而得到换热面积; (5) 与初选面积比较,若不一致,修改流道布局方案并重新计算,直到两者基本一致为止。 校核计算: (1) 根据已知传热面积、总传热系数和较小侧热容可直接求出 NTU 值; (2) 由热容比和 NTU 值,选取对应的公式或者曲线求得换热器效能; (3) 由效能直接求出小热容侧流体的出口温度,再由能量守恒关系式得到另一个出口温度。 3.两种方法比较 相同点: 设计计算 校核计算 不同点: LMTD法:逆流×温差修正系数(有利于流动形式的改进;但对数计算较麻烦) ε-NTU法:K已知时求解方便。 6.5表面式冷却器的热工计算 1.表冷器处理空气时发生的热质交换的特点 等湿冷却过程或干冷过程(干工况) 减湿冷却过程或湿冷过程(湿工况) 反映了表冷器上凝结水析出的多少,因此,又称为析湿系数。显然,干工况的ξ=1。 总热交换量: 显热交换量: 析湿系数ξ理论表达式 2.表冷器的传热系数 (干工况) (湿工况) 结论:对于既定结构的表冷器,影响其传热系数的主要 因素为其内、外表面的换热系数和析湿系数。 (实际工况) 3.表冷器的热工计算 表冷器的热交换效率 (同时考虑空气和水的状态变化) 实质:换热器的传热效能 表冷器的热交换效率 表明相当于空气的热容量增大了ξ倍。 (逆流) 表冷器的接触系数 只考虑空气的状态变化 或 因为-Gdi=hm(i-i3)dA 和hm=hw/cp 如果将G=AyVyρ代入上式,则: 肋通系数 代入上式 即ε2=f(Vy,N) 结论:增加排数和降低迎面风速都能增加表冷器的接触系数。 表冷器热工计算的主要原则 该冷却器能达到的ε1应该等于空气处理过程需要的ε1; 该冷却器能达到的ε2应该等于空气处理过程需要的ε2; 该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量。 表冷器热工计算的主要原则 定义式 空气处理需要的 计算式 冷却器能达到的 实际影响因素 表冷器的设计计算步骤 计算需要的接触系数ε2,确定表冷器的排数 、型号、台数; 求析湿系数 求传热系数 求冷水量 求表冷器能达到的ε1 求水温 求空气阻力和水阻力 【例5-1】 【例5-2】 (原则1) (原则2) (原则3) 表冷器的设计计算思路 由已知条件计算ε2,查附录5-4,确定表冷器型号;假定迎风速度范围: 2~3m/s 计算析湿系数,为计算NTU和Cr; 求K,去计算NTU,从而求ε1;假定水流速范围:1~4m/s 求冷水质量流量; 计算NTU和Cr,查图得ε1 ; 求水初终温 【例6-1】简化和要点 已知被处理的空气量G为8.33kg/s;空气初参数为t1、i1、ts1、φ1;终参数为t2、i2、ts2、φ2;选择JW型表冷器,已知其迎面风速是2.7m/s,水流速1.2m/s,通水截面积为0.00553m2,热交换效率为0.74,接触系数为0.950,求此表冷器的吸湿系数、进出水温和水量。 五、其它间壁式热质交换设备的热工计算 1.空气加热器的热工计算 空气加热器: 以热水为热媒的空气加热器: 以蒸汽为热媒的空气加热器: 【例6-3】 计算原则:Q需=Q供 对数平均温差法 【例6-3】空气加热器设计计算 初选加热器型号: 假设空气质量流速(vρ)’=8kg/(m2s) 计算加热器通风有效截面积 由此查样本,确定合适加热器,给出实际的有效截面积、并联台数等。 计算传热系数K 计算加热器面积及串联台数 检查安全系数。 2.散热器的热工计算 热工计算主要是决定供暖房间所需散热器的散热面积和片数。 对数平均温差法:Q=KAΔtm 影响散热器散热量的最主要因素是热媒平均温度与室内空气温度的差值 。 Q=KA(tpj-tn)=KAΔtp Q=KA(tpj-tn)=KAΔtp分析 tpj由供暖热媒的参数和供暖系统的形式而定: 热水供暖:tpj=(tsg+tsh)/2 蒸汽供暖:当蒸汽表压力≤0.03MPa时,可取100℃;当蒸汽表压力0.03MPa时,取与散热器进口蒸汽压力相应的饱和蒸汽温度。 式中由于温差形式的改变引起的误差,归到K中。K由实验方法确定。 影响K和Q的主要因素:Δtp
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