第5章-间壁式换热器计算
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第一章绪论1、答:分为三类。
动量传递:流场中的速度分布不均匀(或速度梯度的存在);热量传递:温度梯度的存在(或温度分布不均匀);质量传递:物体的浓度分布不均匀(或浓度梯度的存在)。
2、解:热质交换设备按照工作原理分为:间壁式,直接接触式,蓄热式和热管式等类型。
●间壁式又称表面式,在此类换热器中,热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务,彼此不接触,不掺混。
●直接接触式又称混合式,在此类换热器中,两种流体直接接触并且相互掺混,传递热量和质量后,在理论上变成同温同压的混合介质流出,传热传质效率高。
●蓄热式又称回热式或再生式换热器,它借助由固体构件(填充物)组成的蓄热体传递热量,此类换热器,热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道,热流体先对其加热,使蓄热体壁温升高,把热量储存于固体蓄热体中,随即冷流体流过,吸收蓄热体通道壁放出的热量。
●热管换热器是以热管为换热元件的换热器,由若干热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体中,中隔板与热管加热段,冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道,热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。
3、解:顺流式又称并流式,其内冷、热两种流体平行地向着同方向流动,即冷、热两种流体由同一端进入换热器。
●逆流式,两种流体也是平行流体,但它们的流动方向相反,即冷、热两种流体逆向流动,由相对得到两端进入换热器,向着相反的方向流动,并由相对的两端离开换热器。
● 叉流式又称错流式,两种流体的流动方向互相垂直交叉。
● 混流式又称错流式,两种流体的流体过程中既有顺流部分,又有逆流部分。
● 顺流和逆流分析比较:在进出口温度相同的条件下,逆流的平均温差最大,顺流的平均温差最小,顺流时,冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度,而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度,以此来看,热质交换器应当尽量布置成逆流,而尽可能避免布置成顺流,但逆流也有一定的缺点,即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端,使得此处的壁温较高,为了降低这里的壁温,有时有意改为顺流。
12换热器热计算分两种情况:设计计算和校核计算(1)设计计算:设计一个新的换热器,以确定所需的换热面积⑵校核计算:对已有或已选定了换热面积的换热器,在非设 计工况条件下,核算他能否胜任规定的新任务。
换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式mt kA ∆=Φ)()(22221111t t c q t t c q m m '-''=''-'=Φ),,,(c c h hm t t t t f t ''''''=∆中的三个,,,以及c c h hc mc h mh t t t t c q c q A k ''''''Φ,,,,,8个未知数对于设计计算而言,给定的是 ,以及进出口温度中的三个,最终求对于校核计算而言,给定的一般是 ,以及2个进口温度,待求的是c mc h mh c q c q ,cmc h mh c q c q A ,,A k ,ch t t '''',31平均温差法:就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热 计算,其具体步骤如下:对于设计计算(已知 ,及进出口温度中的三个,求 )⑴初步布置换热面,并计算出相应的总传热系数k⑵根据给定条件,由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度⑶由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差⑷由传热方程式计算所需的换热面积A,并核算换热面流体的流动阻力⑸如果流动阻力过大,则需要改变方案重新设计。
c mc h mh c q c q ,A k ,m t4对于校核计算(已知 ,及两个进口温度,求 )⑴先假设一个流体的出口温度,按热平衡式计算另一个出口温度⑵根据4个进出口温度求得平均温差⑶根据换热器的结构,算出相应工作条件下的总传热系数k⑷已知kA和 ,按传热方程式计算在假设出口温度下的⑸根据4个进出口温度,用热平衡式计算另一个 ,这个值和上面的 ,都是在假设出口温度下得到的,因此,都不是真实的换热量⑹比较两个 Φ 值,满足精度要求,则结束,否则,重新假定出口温度,重复(1)~(6),直至满足精度要求。