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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)对第I类操作型问题:直接联立(1)(2)方
2、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 AT1(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=500W/m2C新 工 况 : qm1, T1, t1不 变 ,
3、 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/m2CK=131.04W/m2C=1.299联立t2=45.22CT2=62.17C操作型问题操作型问题: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192mm,T1=90C,T2=50C,t1=20C,t2=60C。管内1=100W/m2C,
4、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=30CQ=qm2Cp2(t2-t1)=K=77.72W/m2CA=d2L=(2)1=1W/m2CK=46.55W/m2CA=d2L=3.140.0251.6=0.13m2不变qm2Cp2(t2-t1)=KA(T1-t2)t2=56.5C3、传热过程的调节Q=KAtmK传热系数;A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(
5、不常用)qm1,qm2T1,t1(不常用)()调节结果流量调节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T2t2tmKQ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,t2t2qm2则T2t2 tm不确定KQqm2若,K,KK,tm若21,K2,qm22K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
6、 升调节的极限调节的极限:( ) 原 工 况 T2-t1很 小 ,tmT2-t1,qm2t但T受平衡影响几乎不变,QQ(2)原工况,极大如图示,t1t2,qm2若K, t,T,Q几乎不变,QT2tm矛盾若K2,则Ktm将,T2亦可能有所下降,Q结论结论:(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
7、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。*进口温度的影响进口温度的影响原工况如图,现T1其它条件不变,则T2t2tmKQqm1,qm2不变KK,又不变T1QQ=qm2Cp2(t2-t1)t2Q=KAtmtm显然只有T2才能使tmT2,t2,tm,K不变,Q。*进口温度的影响进口温度的影响原工况如图,现T1其它条件不变,则T2t2tmKQqm1,qm2不变KK,又不变T1QQ=qm2Cp2(t2-t1)t2Q=KAtmtm显然只有T2才能使tmT2,t2,tm,K不变,Q。结论结论
8、: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t1=30C,t2=45C,T1=110C,T2=80C。求:当热空气流量qm1加倍时,T2=?t2=
9、?解:qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)新工况:qm1=2qm1因tm=T1-t2=T2-t1Q=qm2Cp2(t2-t1)=KA(T1-t2)t2-t1=t2-30=t2=55.1CT2=T1-=84.9C非定态传热非定态传热已知: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pTtmQt2K2、现qm1,qm2,T1不变而t1则QKtmT2t23、qm2,其它条件不变,t2QKtm练习:1、原工况如图,现开大蒸汽阀p TtmQ t2K几乎不变2、现qm1,qm2,T1不变而t1则QK不变tm T2t2 3、qm2,其它条件不变,t2QKtm