板式換熱器的換熱計算方法

1、板式換熱器的計算方法板式換熱器的計算是一個比較復雜 的過程，目前比較流行的方法是對數(shù)平均 溫差法和NTU法。在計算機沒有普及的時 候，各個廠家大多采用計算參數(shù)近似估算 和流速-總傳熱系數(shù)曲線估算方法。目前， 越來越多的廠家采用計算機計算，這樣， 板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、 準確。以下簡要說明無相變時板式換熱器 的一般計算方法，該方法是以傳熱和壓降 準則關聯(lián)式為基礎的設計計算方法。以下五個參數(shù)在板式換熱器的選型計算 中是必須的：總傳熱量（單位:kW）.一次側(cè)、二次側(cè)的進出口溫度一次側(cè)、二次側(cè)的允許壓力降最高工作溫度最大工作壓力如果已知傳熱介質(zhì)的流量，比熱容以及進 出口的溫度差，總傳熱量

2、即可計算得出。溫度T1 =熱側(cè)進口溫度T2 =熱側(cè)出口溫度t1 =冷側(cè)進口溫度t2=冷側(cè)出口溫度熱負荷熱流量衡算式反映兩流體在換熱過 程中溫度變化的相互關系，在換熱器保溫 良好，無熱損失的情況下，對于穩(wěn)態(tài)傳熱 過程，其熱流量衡算關系為：（熱流體放出的熱流量）=（冷流體吸收 的熱流量）在進行熱衡算時，對有、無相變化的 傳熱過程其表達式又有所區(qū)別。(1)無相變化傳熱過程2 n 叫叫0 -馬)式中Q-冷流體吸收或熱流體放出的熱 流量，W;mh,m-熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s;G,C-熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/(kg K)；Ti,t熱、冷流體的進口溫度，K;T2,t2熱、冷流體的出口溫度，Ko

3、(2)有相變化傳熱過程兩物流在換熱過程中，其中一側(cè)物流 發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其 熱流量衡算式為：一側(cè)有相變化0二切F巧(4一居)二兩側(cè)物流均發(fā)生相變化，如一側(cè) 冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過程0 = T6=式中,物流相變熱，J/kg；D,Di,D2相變物流量，kg/so對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時的 熱流量衡算，則應按以上方法分段進行加 和計算。對數(shù)平均溫差（LMTD）對數(shù)平均溫差是換熱器傳熱的動力， 對數(shù)平均溫差的大小直接關系到換熱器 傳熱難易程度.在某些特殊情況下無法計 算對數(shù)平均溫差，此時用算術平均溫差代 替對數(shù)平均溫差，介質(zhì)在逆流情況和在并 流情況下的對數(shù)平均溫差的計算方式是不同

4、的。 在一些特殊情況下，用算術平 均溫差代替對數(shù)平均溫差。逆流時:LKTD=(T1-T4)-(T2-T3)門-T&I2-T3并流時:LNTD=(Tl-T3)-(T2-74)TlT3T2-T4InIn熱長(F)熱長和一側(cè)的溫度差和對數(shù)平均溫差相關聯(lián)。 F = dt/LMTD以下四個介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱密度、粘度、比熱容、導熱系數(shù)總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力 的一個參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片 材料和厚度、污垢和流體本身等因素構 成。單位：W/m2 C or kcal/h,m2 C.壓力降壓力降直接影響到板式換熱器的大小，如 果有較大的允許壓力降，則可能減少換熱 器的

5、成本，但會損失泵的功率，增加運行 費用。一般情況下，在水水換熱情況下， 允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接 受的。污垢系數(shù)和管殼式換熱器相比，板式換熱器中水的 流動是處于高湍流狀態(tài)，同一種介質(zhì)的相 對于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在 無法確定水的污垢系數(shù)的情況下，在計算 時可以保留10%的富裕量。計算方法熱負荷可以用下式表示：Q = m cp dtQ = kA L MTDQ =熱負荷（kW）m =質(zhì)量流速（kg/s）cp =比熱（kJ/kg C）出二介質(zhì)的進出口溫度差 （°C）k二總傳熱系數(shù)（W/m2 C ）A =傳熱面積（m2）LMTD =對數(shù)平均溫差總的傳熱系數(shù)用下式

6、計算：其中：k=總傳熱系數(shù)（W/m2 C）a 1二一次測的換熱系數(shù)（W/m2 C）a 2二一次測的換熱系數(shù)（W/m2 C）6轉(zhuǎn)熱板片的厚度（m）入板片的導熱系數(shù)（W/m C）R1、R2分別是兩側(cè)的污垢系數(shù) （m2 C/W）ah a 2可以用努賽爾準則式求得。傳熱效率和傳熱單元數(shù)法在傳熱計算中，傳熱速率方程和熱流量衡 算式將換熱器和換熱物流的各參數(shù)關聯(lián) 起來。當已知工藝物流的流量、進、出溫 度時，可根據(jù)前面介紹的方法，計算平均 傳熱溫差 tm及熱流量Q,從而求得所需的 傳熱面積A,此類問題即前面提及的設計 型計算問題。然而，當給定兩物流的流量、進口溫 度以及傳熱面積、傳熱系數(shù) K時，卻難以 采取

7、解析方法直接確定兩流體的出口溫 度。往往需采用試差方法求解。此類問題 即前面所提及的操作型計算問題。對此， 若采用1955年由凱斯和倫敦導出的傳熱 效率及傳熱單元數(shù)法，則能避免試差而方 便地求得其解。傳熱效率 傳熱單元數(shù)假設冷、熱兩流體在一傳熱 在換熱器中，取微元 面為無窮大的間壁換熱器內(nèi)進 傳熱面積，由熱流量衡算 行逆流換熱，其結果必然會有一 和傳熱速率方程可得：dQ -對于熱流體：7-E (%白/'仃 KdA為傳熱單元數(shù)取丁-£ = &、（F*為常數(shù),則有皿二R二上4k對于冷流體：多個換熱器串聯(lián)港NTU = £（NTUi-L傳熱單元數(shù)物理意義： 全部溫差

8、變化相當于多少 平均，NTU數(shù)值上表示 單 位傳熱推動力引起的溫度 變化；表明了換熱器傳熱（a）傳熱實際情況端達到平衡，或是熱流體出口溫 度降到冷流體的入口溫度；或是 冷流體的出口溫度升到熱流體 的入口溫度，如圖中（b）及所 示。然而究竟哪一側(cè)流體能獲得 最大的溫度變化（Tit）,這將 取決于兩流體熱容量流率（mG） 的相對大小。由熱流量衡算式得：可見，只有熱容量流率相對 小的流體才有可能獲得較大的 溫度變化，將該流體的熱容量流 率以（mC）min表示，而相對大的 熱容量流率表示為（mC）max。能力的強弱。（b）冷流體CPcmc 相對小的理論極限情況熱流體Cm。 相對小的理論 極限情況傳熱效率與傳熱單元數(shù)的關系換熱器中傳熱效率與傳熱 單元數(shù)的關系可根據(jù)熱流 量衡算及傳熱速率方程導將換熱器實際熱流量Q與 其無限大傳熱面積時的最大可 能傳熱量Qmax之比）稱為換熱熱容量流率比器的傳熱效率a 當融力較小時（柳Q）黃% -十）為-A 伽”，GF 刀-占逆流整理