换热器理论与设计基础

热交换器理论导致热交换器设计方程,其将总传热系数,传热表面积和对数平均温度差与传热速率相关联。该热交换器设计方程用于找出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所需的传热表面积,入口和出口温度以及热交换器的类型和配置,包括逆流或平行流。对于给定的热交换器,流体和温度,总传热系数需要一个值。可以对所需的传热面积或给定面积的热交换器的传热速率进行热交换器计算。

换热器设计方程

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传热速率,单位为But / hr,U为以Btu /小时-英尺的总传热系数2 – ø楼A是以2为单位的传热表面积,和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,Q,U,和ΔT的已知或估计的值所需的换热面积流明。现在将简要讨论这些参数中的每一个。

记录平均温差

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,两种流体的温度在通过热交换器时都会发生变化,因此有些类型需要平均温差。许多传热教科书都有一个推导,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来定义的。T Hin和T Hout是热流体的入口和出口温度,T Cin和T Cout是冷流体的入口和出口温度。这四个温度在左边的图中显示为直管,两个通过壳管式热交换器,冷流体作为壳侧流体,热流体作为管侧流体。

传热率,Q

利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,其可以根据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。以下是要使用的等式:

Q = m H C pH(T Hin -T Hout)= m C C pC(T Cout -T Cin),其中m H =热流体的质量流量,slu / / hr,C pH =热流体的热容量,Btu / slug- o F.m C =冷流体的质量流量,slu / / hr,Cp C =冷流体的热容量,Btu / slug- o F,温度如上一节所定义。

所需的传热速率可以根据热流体或冷流体的已知流速,热容量和温度变化来确定。然后,可以计算用于指定温度变化的其他流体的流速,或者可以计算已知流速和入口温度的出口温度。

总传热系数,U

总传热系数U取决于通过分隔两种流体的传热壁的导电率,以及传热壁两侧的对流系数。例如,对于壳管式热交换器,管侧流体的内部对流系数和壳侧流体的外部对流系数。给定换热器的传热系数通常通过测量基本换热器方程中的所有其他参数并计算U来凭经验确定。

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ΔTlm是正确的平均温差。

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