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热工基础
3 算术平均温差
tm
tmax tmin 2
tmax tmin 2
4%
tmax tmin 1.7
2.3%
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热工基础
三 其它复杂流动布置的平均温差的计算
tm (tm )ctf
• (tm )ctf 是给定的冷热流体的进出口温度布
置成逆流时的LMTD
• 是小于1的修正系数69/46源自热工基础二 强化传热
1 原则 强化传热应从热阻最大的环节入手
2 途径 主要集中在对流换热
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热工基础
3 对流换热的强化 ① 从换热过程的物理机制来分析 无相变： 减薄边界层、增加流体的扰动
凝结：减薄液膜、形成珠状凝结
有相变 沸腾：增加汽化核心数
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热工基础
② 从对流换热的实验规律来分析 无相变：
h2, tf2
tw1
tw2
δ
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热工基础
tf1
tw1
Φ Ah1
tw1
tw2
Φ
A
tw2
tf2
Φ Ah2
Φ
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
Φ kA(t f 1 - tf2 )
tf1
tf
2
Φ
1 Ah1
A
1 Ah2
k
1
1
1
h1 h2
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热工基础
热阻的概念
ko Ao hi Ai 2l di ho Ao
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热工基础
• 以管内侧表面为换热基准面时
Φ kidil(t fi t fo )
1 ki 1 di ln( do ) 1 di
hi 2 di ho do
1 1 1 ln( do ) 1
ki Ai hi Ai 2l di ho Ao
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的进口温度 t1' , t2'' 和水当量 qm1, qm2 ，校核该
换热器能否达到要求： • 能否把热流体冷却到给定温度 • 或能否把冷流体加热到给定温度
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热工基础
假定其中一个出口温度
确定另一个出口温度
tm
k, A
否
b
b=t ?
t
是
结束
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热工基础
管壳式换热器（1-2型）
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一 传热学的目的
1 传热的强化
①设备尺寸减小 ②得到有效冷却
空调 Gas Turbine 电子元器件
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热工基础
液体火箭发动机燃烧室
➢ 温度高(3000-4500K); ➢ 热流密度大（最高达160MW/m2）; ➢ 推力室的冷却是一项重要的设计考虑;
冷却剂
推 进 剂
燃烧室
燃气 喷管
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热工基础
板式换热器
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热工基础
螺旋板式换热器
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热工基础
交叉流换热器
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热工基础
二 简单顺流与逆流的平均温差计算
传热方程的一般形式
kAtm
注意
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热工基础
1 简化模型 以顺流情况为例
假设： • 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、
c1是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
k
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热工基础
②由热平衡式求出冷热流体进出口温度中的那 个未知的温度
③确定平均温差 tm tmax tmin
ln tmax tmin
④计算所需的换热面积A A k tm
⑤核算冷热流体的流动阻力，如过大则需要改 变方案重新设计。
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热工基础
2 校核计算 一般给定换热器的结构、面积A、冷热流体
热工基础
管壳式换热器（2-4型）
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例题 2
热工基础
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热工基础
已知： qm1 2 kg s
t1' 160 oC qm2 2 kg s t2' 25o C do 0.5m
求：管长
c1 2260 J kg K
t1'' 60 oC
c2 4179 J kg K
k 250 W m2 K
A k
0
t ' ekA 1 k A
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热工基础
tm
t '
kA
ekA
1
tx t e(kAx )
tm
1
kA
t ''
t '
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热工基础
tm
1 t''t'
kA
ln
tx t
k Ax
t t tm ln t
t
ln t'' kA
t
对数平均温差 LMTD
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热工基础
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热工基础
⑤ 除垢 在换热器运行过程
4 对流换热的强化一般都带来流动组里的增加 • 相同质量流量 • 相同压降 • 相同泵功
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热工基础
• 传热方程式
k A t
关键
关键
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热工基础
1.光滑壁面的总传热系数
1.分析：三个串连环节：(1)高温流体侧的对流换 热；(2)通过壁面的导热；(3)低温流体侧的对流换 热。
Φ Ah1(t f 1 tw1)
Φ A (tw1 tw2 )
Φ Ah2 (tw2 t f 2 )
h1, tf1
1.定义
I
R
U
t1
t2
Φ
I U R
通过平壁导热的热阻
R A
Φ
t
A
t1
t2
A
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热工基础
Φ
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
tf1
tw1
h1, tf1
h2, tf2
δ
tw2
tf2
1 h1A A 1 h2A
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热工基础
2 通过圆筒壁的传热
管内
t f 1 twi 1
1 顺流和逆流
• 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进 出口温度下，逆流的平均温差最大，顺流 的平均温差最小；
• 顺流时 t2 t1 ，而逆流时， t2 则可能大 于 t1 ，可见，逆流布置时的换热最强；
• 逆流时，冷热流体的最高温度集中在换热 器的同一侧，使得该处的壁温特别高。
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热工基础
• 图9-15~9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流
换热器的
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热工基础
1 值取决于无量纲参数 P和 R
P t2 t2 , t1 t2
2 P的物理意义
R t1 t1 t2 t2
流体2的实际温升与理论上所能达到的最大温升 之比，所以只能小于1
3 R的物理意义
两种流体的热容量之比
热工基础
就是直接应用传热方程式和热平衡方程式进 行热计算的方法 重点掌握 • 效能-传热单元数(-NTU)法
掌握有关概念
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热工基础
二 设计计算和校核计算的步骤(平均温差法)
1 设计计算
一般给定冷热流体的水当量 qm1, qm2 和进出
口温度中的三个，需要确定换热面积 A
①初步选定冷热流体的流动方向及换热表面 型式
逆流时
t t1 t2
d k dA t
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
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热工基础
顺流： 逆流：
t t1 t2 t t1 t2 t t1 t2 t t1 t2
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热工基础
tm
tmax tmin ln tmax
t m in
tmax max t', t'' tmin min t', t''
热工基础
扩展表面
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热工基础
扩展表面
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热工基础
扩展表面
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热工基础
螺旋管
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热工基础
impinging jet
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热工基础
• 无源技术(被动技术) • 有源技术(主动技术)
其主要手段有： ① 对换热介质做机械搅拌； ② 使换热表面振动； ③ 使换热流体振动； ④ 将电磁场作用于流体
热工基础
第二节 换热器及其热计算
热流科学与工程教育部重点实验室
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热工基础
解决工程实际问题的思路
• 分析实际问题中哪些热量传递方式在起作用 • 用什么方法计算传热量或温度分布 • 传热的强化或削弱应从什么环节入手
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热工基础
§1-1 传热过程的分析和计算
• 传热过程
热量从壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧 流体中去的过程
Nuf 0.023 Ref 0.8Prf n
hd
0.023
ud
0.8
c
p
n
h
0.023
c 0.6 0.4 p
u 0.8
0.4
d 0.2
提高流速 减小管径 改变物性
这一分析适用于所有单相对流换热
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热工基础
③ 强化单相对流换热的技术手段
粗糙表面
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热工基础
扩展表面
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热工基础
二 通过肋壁的传热
肋侧总面积
Ao A1 A2