传热学课程设计

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传热学课程设计说明书

设计题目换热器的设计及换热器的效核计算

热能系 0901 班

设计者贺江哲

指导教师阴继翔

2011 年 9 月 16 日

太原理工大学电力学院

传热学课程设计

一、题目类型

换热器的设计及换热器的效核计算。二、任务及目的

换热器的热计算：在熟练掌握符合换热器的基础上，对实际工程中广泛应用的表面式换热器进行设计或校核计算，并对换热计算的两种方法—对数平均温压法（LMDT）以及效能—传热单元数法（?-NTU法）进行比较，找出各自在算法上的优缺点以及对计算结果的影响程度。掌握工程中常用的试算逼近法，逐步培养分析问题以及综合思维的能力。

三、计原始资料

两种流体不相混合的一次交叉流管翅式换热器—见附图，用于加热流量为3.2m/s的一个大气压的空气，使其温度从18℃升高到26℃。热水进入管道的温度为86℃。已知换热器面积为9.29m，传热系数k=227W/(m·K),试计算水的出口温度计传热量。

解：a)传热单元数法

由空气的能量平衡计算传热量

入口处空气的密度

223

P1.013?105Nm23 ??==1.212301812kgm22RT287ms ?（18+273.15）空气的质量流量为：

qm2?3.2m3s?1.212301812kgm2?3.879365797kgs

传热量：

??qm2c2?t?3.879365797kgs?1005J?kg?K???26℃-18℃?=31.19010101?103W由题意还不知道qm2c2是水的值还是空气的值，如果是空气，则可直接算出NTU，并利用10-34水的流量，进而求出水的出口温度。如果水是qm2c2，那么查10-34图时还必须用试凑法，先假设空气是qm2c2，则

qm2c2?3.879365797kgs?1005WK?3898.762626WK

227W?m2?k??9.29m2kANTU???0.540897254

qm2c23898.762626WK基于空气为?qmc?min的流体，其效能为：

?t226℃?18℃?=0.117647058 ?tmax86℃?18℃2

附图10-34（传热学课本）

查图10-34可知，我们找不到可满足上述参数的曲线，这就要改用水为的?qmc?mn流体进行计算：

首先 NTU?kA （a）

?qmc?min?31.19010101?103W （b） ?t1???qmc?min?qmc?min??

?t1?t1?t?=1 （c） ?tmax86℃?18℃68℃计算时假设一组水的流量值，由式（a）即可得相应的NTU之值，再由式（b）热水得温降?t1，从而由（c）得出相应的?值。应当指出，这一?值是由热平衡得出的；另一方面，根据NTU，?qmc?max与?之间的关系，还可以从图10-34查出一个相应的?qc?m?min值。正确的?qmc?min值应是按式（c）算出的?与按图10-34查出的相等。为减少因查图而引入的不准确性，引入两侧不相混合的一次交叉流的?理论分析式如下：

???qmc?minexp?NTU????qmc?max????1?exp??qmc?min?n??qmc?max?n??NTU??0.22??n??1????? （d） ???

对六种?qmc?min值的计算结果如下表所示：

?qmc?min ?qmc??Wminqc?m?max0.3333333 0.25 0.2 0.15 0.13 0.12 1299.587542 974.6906565 779.7525252 584.8143939 506.8391414 467.8515151 K? NTU 1.62269163 ?t1/℃ 24 ? 按式d算的按式c算得 0.723361242 0.352941176 0.823970051 0.470588235 0.88471 0.948238 0.588235294 0.784313725 2.163589018 32 2.704486272 40 3.605981696 53.33334 4.50747712 4.160748111 61.5384615 0.967834665 0.904977375 66.6666667 0.976133959 0.980392156

附机算的程序和截图： Function JS()

Dim QCmax As Double Dim i As Single

Dim QCmin As Double Dim NTU As Double Dim K As Integer Dim A As Single Dim Q As Double Dim Dt As Double Dim n As Double Dim e1 As Double Dim e2 As Double Dim tmax As Integer dtmax = 68 '最大温差 Q = 31190.10101 '传热量 K = 227 '换热系数 A = 9.29 ' 换热面积 temp = 0.3 '假设初始值

QCmax = 3898.762626 '空气当量 For i = 0 To 1 Step 0.01 temp = temp - 0.005 QCmin = QCmax * temp NTU = K * A / QCmin Dt = Q / QCmin n = NTU ^ (-0.22)

e1 = 1 - Exp((Exp(-NTU * temp * n) - 1) / n / temp) e2 = Dt / dtmax

If Abs(e1 - e2) < 0.01 Then

Print \方法（d）计算结果为：0\方法（c）计算结果为：0\ Exit For

End If Next

End Function

Private Sub Command1_Click() JS

End Sub

由此确定水的当量：

qm1c1?475WK

''出口温度t1?86℃?66.65℃=19.35℃

b）平均温差法