換熱器選型計(jì)算常用工具公式

1、第六章傳熱1、給熱系數(shù)：a (水平)=0725X(p 2gA 3r/dA tp )也式中d為圓管外徑a =1.13X(p 2grA 3/p LA t)i/4(垂直)應(yīng)用上式除汽化潛熱r取冷凝溫度ts外，其他各物性按規(guī)定取ts和tw 的算術(shù)平均值。(例題6-4 PAGE194)2、水平管束外的冷凝給熱系數(shù)a =0.725X(p 2gA 3r/n2/3dA tp )1/43、過(guò)熱蒸汽的冷凝熱r=r+cp(Tv-TS)Cp為過(guò)熱蒸汽的比熱容，Tv為過(guò)熱蒸汽的溫度。6.5熱輻射1、吸收率等于1的物體稱(chēng)為黑體，黑體的輻射能力，即單位時(shí)間單位黑體表面向外界輻射的總能量E=Z T4 b 0EbW/m2z 0

2、黑體輻射常數(shù)為 5.67 X 10-8W/(m2K4)2、實(shí)際物體的輻射，通常將實(shí)體物體與同溫度的黑體的輻射能力的比值稱(chēng)為該物體的黑度g , g =E/Eb，其值恒小于1。各物體不同溫度下的黑體可由表格中查詢(xún)。3、灰體：(把實(shí)際物體當(dāng)成是)對(duì)各種波長(zhǎng)輻射能均能同樣吸收的理想物體。同一灰體的黑度與其吸收率a在數(shù)值上必然相等g =a此式稱(chēng)為克希荷夫定律。證明過(guò)程：假定有2個(gè)平行的板,板1 是黑體,板2是任意物體(灰體)，板2輻射熱收入和支出的差 額是q=E-aEb,E是板2輻射出去熱量,a是板2的吸收率，當(dāng)兩 個(gè)板子溫度相等到熱平衡時(shí),q=E-aEb=0，導(dǎo)出a=E/Eb，這個(gè)表達(dá) 式和物體發(fā)射率

3、的表達(dá)式是一樣的.把這個(gè)關(guān)系延伸下就是對(duì) 于灰體來(lái)說(shuō)其一定溫度下的吸收比恒等于發(fā)射率.即g =a。4、黑體間的輻射傳熱和角系數(shù)兩黑體間的熱流量為q12=q2Q2t由藍(lán)貝特定律 Q_2=(Eb1/n)丁 A1A2COSa 1COSa 2(1/r2)dA1dA2簡(jiǎn)化得Q1_2=A1Eby 12式中甲12為黑體1對(duì)黑體2的角系數(shù)甲 12= (1/n A1)/a1； A2COSa 1COSa 2(1/r2)dA1dA2同理 Q2_1=AEb舟 21甲 21=(加 A2)TA2T A1COSa 2COSa 1(r2)dA2dA1于是又A1W s=A2甲21于是 Q12=Q1_2Q2一 1=A1EbH 1

4、2A2Eb2P 21=A1W 12 (Eb1Eb2)工程上為方便起見(jiàn)，通常把角系數(shù)繪成圖，可從圖中查詢(xún)對(duì)于相距很近的平行黑體平板，兩板的加你相等且足夠大，則甲12=甲21=1，則有兩板間的熱流量q=Q12/A=Eb1Eb25、灰體間的輻射傳熱設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)離開(kāi)某灰體單位面積的總輻射能為E效，稱(chēng)為有效輻 射。而單位時(shí)間投入灰體單位面積的總輻射能為E入，稱(chēng)為投入輻射。物體的有效輻射由兩部分組成，一是灰體本身的輻射E,二是對(duì)投入輻射的反射部分，即E =E+（1-a）E入通過(guò)灰體表面的能力衡算可得E效=跚-（1/a-1）Q/A=Eb-（1/g -1）Q/A此式表示了灰體的凈損失熱流量。、有效輻射E效和

5、物體黑度之間的內(nèi)在聯(lián)系。根部有效輻射的概念，可將灰體理解為對(duì)投入輻射全部吸收而輻射能力等于有效輻射E的“黑體”。這樣處于任何相對(duì)位置的灰體1與 效灰體2之間所交換的凈輻射能為Q12=A1E效y 12-A2E效2* 21對(duì)于兩塊相距和您而面積足夠大的平行板，有。薩15沖1+瓜2-1）6、氣體輻射6.6傳熱過(guò)程的計(jì)算1、如圖所示的定態(tài)逆流操作的套管式換熱器已知熱流密度q（W/m2）,再已知換熱面積dA,則熱量dQ=q X dA=qm1 X cp1dT（qm1為質(zhì)量流量），此為熱量衡算的微分方程。2、傳熱速率方程其實(shí)熱流密度就是反映傳熱過(guò)程速率大小的特征量（單位為 W/m2或者 J/m2S）。對(duì)列管

6、2側(cè)有q=（T-T；）/（1 /a 1） = （Tw-tw）/（ 6 /入）= （tt）/（1/a 2） 式中tw,Tw分別為冷，熱流體側(cè)的壁溫，K;a 1，a 2一分別為冷熱流體側(cè)的給熱系數(shù)，W/（m2K）入一管壁材料的熱導(dǎo)率，W/（mK）, 6 管壁厚度，m?？梢缘玫絨=(Tt)/ (1/a 1+5 /A +1/a 2)=推動(dòng)力/阻力在工程上上式通常寫(xiě)成q=K(T-t)式中K=1 / (1/a 1+5 /A +1/a 2) 為傳熱過(guò)程總熱阻的倒數(shù)，稱(chēng)為傳熱系數(shù)4、傳熱系數(shù)和熱阻(K和1/K)當(dāng)各環(huán)節(jié)熱阻1/a 1、5 /A、1/a 2具有不同數(shù)量級(jí)時(shí)，總熱阻1/K 的數(shù)值將主要由其中最大熱

7、阻所決定。在套管換熱器中，管壁熱阻5 /A可以忽略，所有當(dāng)a 2 a 1時(shí)，必定Ka 1；由此可見(jiàn)在串聯(lián) 過(guò)程中存在某個(gè)控制步驟，如果考慮強(qiáng)化傳熱，必須著力減少控制步 驟的熱阻，否則達(dá)不到強(qiáng)化目的。在上面的推導(dǎo)過(guò)程中，假設(shè)管內(nèi)，外面積相等，實(shí)際上是有差異的， 所有管內(nèi)外的熱流密度是不等的。內(nèi)表面：qi=K1(T-t)外表面：q=K(T-t)22設(shè)圓管的內(nèi)，外直徑分別為dpd2則有：K=1/( 1/a 1+5 d1/A dm+(d/d2)X(1/a 2)K2=1 /( (1/a 1) X(d2/d1)+5 d2/A dm+ 1/a 2 )在d2/d產(chǎn)2時(shí)，dm為d1及d2的算術(shù)平均值。在工程上習(xí)

8、慣用外表 面作為計(jì)算的傳熱面積。當(dāng)管壁不太厚時(shí)，則不做區(qū)別。例題6-10page210計(jì)算保溫層厚度。5、壁溫計(jì)算金屬壁的熱阻可以忽略。即Twtw于是(T-T；)/ (Tw -t)= (1/a 1)/ (1/a 2),可知壁溫接近于熱阻小的一側(cè)。6、傳熱過(guò)程基本方程為計(jì)算換熱器的總熱流量，或者計(jì)算傳遞一定熱流量所需要的傳熱面積，需對(duì)整個(gè)傳熱面積上進(jìn)行積分，有:qm1Xcp1dT= K(T-t)dA 或者 qm2Xcp2dt= K(T-t)dA 對(duì)此兩式積分有:A= fdA =Q !Xc /KT1dT/(T-1) =q Xc /K$dt/Q-t)(6-123)ml plm2 p20T 2t17、

9、操作線(xiàn)與推動(dòng)力的變化規(guī)律在逆流換熱器中，冷熱流體沿傳熱面的變化如圖傳熱面積增加方向?qū)ψ髨D右側(cè)框內(nèi)做熱量衡算可得：T綜t+(T - Ft t)qm1Cp1qm1Cp1傳熱的推動(dòng)力是冷、熱流體間的溫差(T-t)，兩線(xiàn)之間的垂直距離也隨溫度T或者t呈線(xiàn)性 變化，故推動(dòng)力(T-t)相對(duì)于溫度T或者t的變化率皆為常數(shù)即：d(T-t)= (T-t)i(T-t)2d(T-t)= (T-t)i(T-t)2 式中(T-t)和(T-t)分別為換熱器兩端傳熱推 TOC o 1-5 h z dTT1-T2dtt2-ti12動(dòng)力。上式代入(6-123)式有：(6-128)A q :c1 X T-T I( T-t)1d(

10、T-t)q .,cX 1t I( T-t)1d(T-t) m1 p11 2 m 2 p 22 1K (t-t)1-(T-t )2(T-t) T-t K (t-t)1-(T-t )2(T-t) T-t又 Qqm1cp1(T1-T2)qm2cp2(t2-t1)故式 6-128 可寫(xiě)成2A= K X (T-t) -(T-t)=玄 n Q=KAAtm12 mln (t-t)1(t-t)21人 (T-t)-( T -1) ，At =12稱(chēng)為對(duì)數(shù)平均溫差或?qū)?shù)平均推動(dòng)力。在并流換熱和熱流體有相mln (t-t)1(T-t)2變化時(shí)操作性和推動(dòng)力也是直線(xiàn)，以上傳熱基本方程仍然適用。8、對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力恒小于算術(shù)平均推動(dòng)力，當(dāng)換