热交换器理论与设计基础

 二维码 200

热交换器理论与设计基础


热交换器理论导致热交换器设计方程,将总传热系数,传热面积和对数平均温差与传热速率相关联。该热交换器设计方程用于找到热交换器所需的面积。

·       介绍

热交换器设计方程可用于计算各种指定流体,入口和出口温度以及热交换器的类型和构造(包括逆流或平行流)所需的传热表面积。对于给定的热交换器,流体和温度,需要一个整体传热系数的值。可以对所需的传热面积或给定区域的热交换器的热传递速率进行热交换器计算。

·       换热器设计方程式

热交换器理论导致基本换热器设计方程:Q = UAΔTlm,其中

Q是热交换器中两种流体之间的热传递速率,单位为But/ hr

UBtu / hr-ft 2 - o F 的总传热系数,

A是传热面积,ft 2

ΔT LM是对数平均温差ø女,从两种流体的入口和出口温度来计算。

换热器的设计,其基本热交换器设计公式可用于计算其它三个参数,QU,和ΔT的已知或估计的值所需的换热面积流明。现在将简要讨论每个参数。

·       对数平均温差

任何传热过程的驱动力都是温差。对于热交换器,涉及两种流体,当它们通过热交换器时两者的温度都变化,因此需要某种类型的平均温差。许多传热教科书有一个推导,表明对数平均温差是用于换热器计算的正确平均温度。该对数平均温度是根据温度差定义的,如右边的等式所示。T HinT Hout是热流体和T CinTCout的入口和出口温度是冷流体的入口和出口温度。这四个温度在左图中显示为直管,两通壳管换热器,冷流体为壳侧流体,热流体为管侧流体。

·       热传递率,Q

使用热交换器设计方程的热交换器计算需要传热速率Q的值,该值可以从其中一种流体的已知流速,其热容量和所需的温度变化来计算。以下是要使用的方程:

Q = m H C pHT Hin -T Hout= m C C pCT Cout -T Cin),其中

m H =热流体质量流量,s/ hr

C pH =热流体的热容量,Btu/ slug- o F

m C =冷流体质量流量,s/ hr

Cp C =冷流体的热容量,Btu/ slug- o F

温度如上一节所述。

所需的传热速率可以由热流体或冷流体的已知流量,热容量和温度变化来确定。那么可以计算其他流体对于特定温度变化的流量,或者已知流量和入口温度的出口温度。

·       总体传热系数

整体传热系数U取决于分离两种流体的传热壁的导电性,以及传热壁两侧的对流系数。例如,对于管壳式热交换器,对于管侧流体将存在内对流系数和壳侧流体的外部对流系数。给定热交换器的传热系数通常通过测量基本热交换器方程中的所有其他参数并计算U来经验确定。各种热交换器/流体组合的U值的典型范围可在教科书,手册和网站。在右侧的表格中给出了管壳式换热器的抽样:

·       概要

可以使用基本的热交换器方程来完成初步热交换器设计来估计所需的热交换器表面积,Q = UAΔT 流明,如果值是已知的或可估计为Q,U和ΔT流明。换热器理论告诉我们,ΔT LM是正确的平均温差使用。

例如预热换热器设计计算,参见文章“ 初步换热器设计实例”。

对于可以下载以进行初步热交换器设计计算的Excel电子表格模板,请参阅文章:“ 用于初步换热器设计的Excel电子表格模板 ”。参考和图像信用

参考资料:

1. Bengtson,H.,换热器的基本原理,在线,继续教育课程PDH信贷

2. KakacS.and LiuH.Heat ExchangersSelectionRating and Thermal DesignCRC Press2002

3. KuppanT.Heat Exchanger DesignHandbookCRC Press2000

图片来源:

直管,双通,管壳换热器:http ://www.e-steamboilers.com/en/shell_tube_heat_ex.asp


换热器设计

热交换器设计包括对已知或估计的热传递速率,总传热系数和对数平均温度差所需的传热面积的估计。管或管的直径和长度也需要确定,以及压降。

·       热交换器理论与设计基础

·       初步换热器设计实例

·       初步换热器设计 - 涉及计算

·       壳管式换热器设计中压降的Excel公式

·       总体传热系数估算的计算


文章分类: 暖通空调
分享到:
赞助商
登录