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1、传热操作型计算 1、操作型计算的命题 设备（换热器类型、传热面积等）已定，操作条件操作结果 第I类问题：进口条件出口条件 已知：A、qm1、T1、qm2、t1、K 求：T2、t2 第II类问题：一种流体的条件另一种流体的结果,已知：A、qm1、T1、T2、t1、K求qm2、t2 或A、qm2、t1、t2、T1、K求qm1、T2 操作型计算特点：结果的唯一性。,2、计算公式和方法 公式与设计型同：Q=qm1Cp1(T1-T2) =qm2Cp2(t2-t1) Q=KAtm 方法：以无相变逆流为例： 热量衡算： （1）,速率方程(逆流)： Q=qm2Cp2(t2-t1)=KA = KA = KA,(
2、2),对第I类操作型问题： 直接联立（1）,（2） 方程，求解T2，t2。,对第II类操作型问题： 未知，且K=f(qm)，又 方程为复杂非线性方程，只能迭代试差，求方程近似解。,典型问题： 第I类问题：已知一种工况qm1、T1、T2、 qm2、t1、t2、K（1，2）、A 新工况qm A T1(t1) 求:t2,T2,第II类问题：原工况：qm1、T1、T2、 qm2、t1、t2、K（1，2）、A,新工况：t1维持qm1、T1、T2不变，采用调节qm2 求：qm2，t2。,例：A=25m2列管换热器 原工况：qm2=2kg/s，T1=100C，T2=50C，t1=20C，t2=40C，1=5
3、00W/m2C 新工况：qm1，T1， t1不变，而qm2=1.2kg/s，n=0.8n。 求：T2=? t2=? 解：原工况：Q=qm2Cp2(t2-t1) =24.18103（40-20）=1.672105W,=43.3C,忽略管壁热阻 =4.47110-3 水=223.65W/m2C 新工况：t1，T1，qm1不变，水，A 改变,水=0.794223.65=177.58W/m2C K=131.04W/m2C,=1.299,联立 t2=45.22C T2=62.17C,操作型问题： l 逆流： l 并流：,l 若热流体为蒸汽冷凝，则 Wr=qm2Cp2(t2-t1),例：已知：内管192m
4、m， T1=90C，T2=50C，,t1=20C，t2=60C。 管内1=100 W/m2C， 管隙2=5000W/m2C，,qm2=20kg/h，cp2=1kJ/kgC。 求：（1）换热器长度L=? （2）将内管换成252.5mm，管隙不变，则t2=？,解：（1） tm=t1=t2=30C Q=qm2Cp2(t2-t1) = K=77.72 W/m2C A=d2L=,(2)1=1 W/m2C K=46.55 W/m2C A=d2L=3.140.0251.6=0.13m2 不变,qm2Cp2(t2-t1)=KA(T1-t2),t2=56.5C,3、传热过程的调节 Q=KAtm K传热系数； A
5、 传热面积； tm平均推动力 （1）可供调节的因素 K=f(设备结构，qm1 ，qm2) 其中，T2，t2为生产结果。 可供调节的因素有：,设备结构、流向（不常用） qm1，qm2 T1，t1（不常用）,（）调节结果 流量调节的结果,原工况如图 新工况qm1，T1，t1设备结构不变，使qm2 则T2 t2 tm K Q,设T2T2,则由热量衡算（操作线），tm 又qm22结构不变K 由速率方程，Q=KAtmQ 而与Q=qm1Cp1(T1-T2) Q矛盾 T2T2 再设t2t2 由热量衡算： Q=qm2Cp2(t2-t1) ，tm 又qm22且,0n0.8,由速率方程,与 矛盾， t2t2,qm
6、2 则T2 t2 tm 不确定 K Q qm2 若，K,KK,tm 若21，K2, qm22 K明显，,可能有 ，则tm的情况。 但尽管tm可能略有下降，由于K更明显上升（或热阻下降更明显）使Q传热速率上升,调节的极限：,（）原工况T2-t1很小，tmT2-t1，qm2t,但T受平衡影响几乎不变，Q Q,(2)原工况， 极大如图示， t1t2， qm2,若K, t ，T，Q几乎不变，,Q T2tm矛盾,若K2,则 Ktm将，T2亦可能有所下降，Q 结论： （1）增加流体流量，热流量Q必有不同程度的增加，但其增加幅度必小于流量增加幅度。即 （2）由 可知,当增加小的一侧流体流量，K明显增加，即热
7、阻明显降低，尽管推动力tm可能下降，但传热速率将上升。,当增加大的一侧流体流量，K近似不变，而推动力tm必上升，传热速率Q也上升。 （3） 当某侧进出口温度相近时，增加该侧流体流量，热流量不再明显增加。（该侧又较大）当某侧流体出口温度与另一侧流体温度相近时（T2t1,t2T1或T2t2），受平衡约束，传热速率不会随该侧流体流量增加而上升。,*进口温度的影响,原工况如图，现T1其它条件不变，则T2 t2 tm K Q,qm1, qm2不变KK， 又 不变 T1Q Q=qm2Cp2(t2-t1) t2,Q=KAtm tm 显然只有T2才能使 tm T2 ，t2 ，tm，K不变，Q 。,*进口温度的
8、影响,原工况如图，现T1其它条件不变，则T2 t2 tm K Q,qm1, qm2不变KK， 又 不变 T1Q Q=qm2Cp2(t2-t1) t2,Q=KAtm tm 显然只有T2才能使 tm T2 ，t2 ，tm，K不变，Q 。,结论： 增加热流体进口温度（或降低冷流体进口温度）都使传热推动力上升，传热速率Q上升，流体出口温度上升（或下降）,例：原为单管程，T=130C(167kPa表) ，,t1=80C，t2=100C，管内流动为湍流，为提高t2 改为双管程，t2=?,不改双管程，要达到同样t2，提高T至多少？ 解：改双管程，流速加倍，,K液u0.8,蒸汽有机液，,得t2=109.5C
9、仍为单管程，K不变 T=153.6C 相当于426kPa（表）,例：一逆流套管换热器，热空气走管内，冷水走环隙，热空气一侧为传热阻力控制步骤，冷热流体进出口温度为t 1=30C，t2=45C ，T1=110C，T2=80C。 求：当热空气流量qm1加倍时，T2=？t2=？ 解：qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1) , 新工况：qm1=2 qm1,因tm=T1-t2=T2-t1 Q=qm2Cp2(t2-t1)=KA (T1-t2) t2-t1= t2-30= t2=55.1C T2=T1- =84.9C,非定态传热 已知：G(kg)，qm(kg/s)，Cp，t初，t终，T，K，A 假定管道及换热器的滞留油量可忽略不计，槽内油品温度均匀， 求：,解：取d时段进行热量衡算：换热器传热量等于槽内油品升温所需热量,练习：,1、原工况如图，现开大蒸汽阀,p T tm Q t2 K,2、现qm1，qm2，T1不变 而t1则,Q K tm T2 t2,3、qm2，其它条件不变，,t2 Q K tm,练习：,1、原工况如图，现开大蒸汽阀,p T tm Q t2 K几乎不变,2、现qm1，qm2，T1不变 而t1则,Q K不变tm T2 t2 ,3、qm2，其它条件不变，,t2 Q K tm ,
