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5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 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。 1.设计型计算 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 LMTD法 * 第三十页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 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、R值以及流动排布型式,由j—P、R曲线确定温度修正系数j; ⑤由热量衡算方程计算传热速率Q,由端部温度计算逆流时的对数平均温差Dtm; ⑥由传热速率方程计算传热面积 。 * 第三十一页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 e-NTU法 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e、CR; 4.由计算的e、CR值确定NTU。由选定的流动排布型式查取e—NTU算图。可能需由e—NTU关系反复计算NTU; 5.计算所需的传热面积 。 * 第三十二页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 例5-2 一列管式换热器中,苯在换热器的管内流动,流量为1.25 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。 * 第三十三页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 2.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。 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。 * 第三十四页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 对于操作型计算,采用传热效率—传热单元数法和对数平均温差法计算的一般步骤 如下 e-NTU法 ① 由已知换热器型式计算传热系数K; ② 由已知条件计算NTU、CR; ③ 通过计算式或算图,由计算的NTU、CR值和流动排布型式确定e; ④ 由 计算传热速率,并由一侧流体的热量衡算式或以下两式计算出口温度 * 第三十五页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 LMTD法 ①假设出口温度,根据热量衡算方程计算另一个出口温度; ②由已知换热器型式计算传热系数K; ③计算逆流平均温差Dtm; ④由P、R值,并根据流动排布型式由j—P、R曲线确定j; ⑤由 计算传热速率; ⑥由已知的传热速率Q和(mccpc)、(mchph)通过热量衡算方程计算出口温度; ⑦对比第一步所假定的出口温度。如果不一致,则重新假定反复计算,直到出口温度计算值与假定值的偏差符合精度要求。 * 第三十六页,共五十六页,2022年,8月28日 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 例5-3 在列管式换热器中用锅炉给水冷却原油。已知换热器的传热面积为100m2,原油的流量为8.33kg/s,温度要求由150℃降到65℃;锅炉给水的流量为9.17kg/s,其进口温度为35℃;原油与水之间呈逆流流动。若已知换热器的传热系数为250 W/(m2·℃),原油的平均比热为2160 J/(kg·℃)。若忽略换热器的散热损失,试问该换热器是否合用?若在实际操作中采用该换热器,则原油的出口温度将为多少? * 第三十七页,共五十六页,2022年,8月28日 5.6 传热系数变化的传热过程计算 在稳态传热过程的计算中,一般均假设流体的物性及传热系数K为一平均值而在整个换热器的传热过程中维持恒定。 当加热或冷却粘度较高的流体,或流体进出口温度变化较大时,流体物性的变化较显著,此时将物性和传热系数K作为常数处理时将导致传热过程计算的较大误差。 ①减小这一误差的最简单处理方法是假定传热系数K与传热温差成线性关系。 传热速率可表示为 *
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