对流换热例题计算

关系式

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以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。 一、掠过平板的强迫对流换热

应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。

沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总

注意：定性温度为边界层的平均温度，即 二、管内强迫对流换热

。

(1) 流动状况 不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。

(2) 换热状况 管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温

度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。

(3) 准则数方程式 要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。

对流换热公式

一、强制对流换热

l l

,Re,PrNu f,Re,Pe粘性流体强制流：Nu f 或 l l 0 0l/d>60,短管 1．内部流（管内流，（长管l/d<60））

1.1湍流

①迪特斯-波尔特Dittus-Boelter公式：_Nu 0.023Re0.8Prn_,

条件：__气体≤50℃，水≤20~40℃，油类≤10℃。 Re=104-1.2×105_， 定性温度为：流体平均温度，定性尺寸为：管内径。 ②温差大：修正或

1.2层流

d

列齐德-泰特公式：__Nu 1.86 RePr

l

f

________ w

(f8)(Re-1000)Pr d =1+ ct l

0.14

1.3过渡流：

Nu

格尼林斯基公式： f

Prf

修正：①温差（加热或冷却）： Pr

w f Tf 或 或 T

w w

k

0.7

l d

②入口段（短管l/d<60）： 或 cl 1

d l

3

dd ③弯管： 气体：cR 1 1.77 液体：cR 1 10.3 R R

④非圆管：当量径：de = 4Ac/P

2.外部流： 2.1平板：

/21/3

维普资讯

热载体锅炉技术论文专栏 文章编号： 1 0 -7 4(0 2 0 - 90 4 8 7 2 0 ) 60 .2 0

导热油管内强制对流换热系数的计算

9

导热油管内强制对流换热系数的计算关涛，刘晓燕，彭志刚 201) 10 7 (南京锅炉厂，南京摘

要：以一种常见导热油为例对有机热载体锅炉的对流受热面传热系数进行计算分析。

关键词：有机热载体锅炉；对流换热系数；热力计算中图分类号：T 2 . K 2 99 1 2文献标识码：A

Ca c a i n f rCo ve tv a a frCo f c e to g i a a se lulto o n c eHe tTr nse e f in fOr a cHe tTr f r i i n n

M a e i l o c dF o n u e tra r e l wi g i T b F nGUAN o, LI X io y n, P Ta U a— a EN h— a g Z ig n

( nj gBolr rs Na i i k,Naj g 210 7 hn ) n e Wo n i 0 1,C ia nAbsr c ta t:Thepa ra l e o

第一课：无相变换热器热量平衡

一、理论部分

换热器的热量交换，分为3部分热量：壳程流体吸热Qs、管程流体放热Qt、和壳程对环境放热Qe。对于无相变换热，热平衡方程： Qt=Qs+Qe

Qt=WtCpt(Tt1-Tt2) Qs=WsCps(Ts2-Ts1)

Qe，需要整个换热器结构和流体工艺等参数，计算很复杂，留后讨论。

近似的，略去热损失Qe，热平衡方程： Qt=Qs

即：WtCpt(Tt1-Tt2)=WsCps(Ts2-Ts1) （1-1） 红色部分是变量，共5个，知道其中4个，可以计算另1个。 比如，我们知道Tt1，Tt2，Ws，Ts2，Ts2，可以计算Wt:

Wt=WsCps(Ts2-Ts1)/[Cpt(Tt1-Tt2)] （1-2）

式中：W——流量，kg/S; T——温度，C; CP——比热，J/(kg.C); s——下标，代表壳程; t——下标，代表管程; 1——下标，代表入口; 2——下标，代表出口。 几点重要结论：

第一课：无相变换热器热量平衡

一、理论部分

换热器的热量交换，分为3部分热量：壳程流体吸热Qs、管程流体放热Qt、和壳程对环境放热Qe。对于无相变换热，热平衡方程： Qt=Qs+Qe

Qt=WtCpt(Tt1-Tt2) Qs=WsCps(Ts2-Ts1)

Qe，需要整个换热器结构和流体工艺等参数，计算很复杂，留后讨论。

近似的，略去热损失Qe，热平衡方程： Qt=Qs

即：WtCpt(Tt1-Tt2)=WsCps(Ts2-Ts1) （1-1） 红色部分是变量，共5个，知道其中4个，可以计算另1个。 比如，我们知道Tt1，Tt2，Ws，Ts2，Ts2，可以计算Wt:

Wt=WsCps(Ts2-Ts1)/[Cpt(Tt1-Tt2)] （1-2）

式中：W——流量，kg/S; T——温度，C; CP——比热，J/(kg.C); s——下标，代表壳程; t——下标，代表管程; 1——下标，代表入口; 2——下标，代表出口。 几点重要结论：

冷凝器換熱面積計算方法

(製冷量+壓縮機功率)/200~250=冷凝器換熱面

例如：（3SS1-1500壓縮機）CT=40℃：CE=-25℃ 製冷量12527W+壓縮機功率11250W 23777/230=氣冷凝器換熱面積103m2

水冷凝器換熱面積與氣冷凝器比例=概算1比18；（103/18）= 6m2

蒸發器的面積根據製冷量（蒸發溫度℃×Δt進氣溫度）

製冷量=溫差×重量/時間×比熱×安全係數

例如：有一個速凍庫1庫溫-35℃ ，2冷凍量1ton/H、3時間2/H內，4冷凍物品（鮮魚）；5環境溫度27℃； 6安全係數1.23

計算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n

可以查壓縮機蒸發溫度CT=40；CE-40℃；製冷量=31266kcal/h

NFB與MC選用

無熔絲開關之選用

考慮:框架容量AF(A)、額定跳脫電流AT(A)、額定電壓(V)， 低電壓配線建議選用標準 (單一壓縮機)

AF 取大於AT 一等級之值.(為接點耐電流的程度 若開關會熱 表示AF選太小了) AT(A ) = 電動機額定電流×1 .5 ~2 .5(如保險絲的IC值) (多台壓縮機)

AT(A )

冷凝器換熱面積計算方法

(製冷量+壓縮機功率)/200~250=冷凝器換熱面

例如：（3SS1-1500壓縮機）CT=40℃：CE=-25℃ 製冷量12527W+壓縮機功率11250W 23777/230=氣冷凝器換熱面積103m2

水冷凝器換熱面積與氣冷凝器比例=概算1比18；（103/18）= 6m2

蒸發器的面積根據製冷量（蒸發溫度℃×Δt進氣溫度）

製冷量=溫差×重量/時間×比熱×安全係數

例如：有一個速凍庫1庫溫-35℃ ，2冷凍量1ton/H、3時間2/H內，4冷凍物品（鮮魚）；5環境溫度27℃； 6安全係數1.23

計算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n

可以查壓縮機蒸發溫度CT=40；CE-40℃；製冷量=31266kcal/h

NFB與MC選用

無熔絲開關之選用

考慮:框架容量AF(A)、額定跳脫電流AT(A)、額定電壓(V)， 低電壓配線建議選用標準 (單一壓縮機)

AF 取大於AT 一等級之值.(為接點耐電流的程度 若開關會熱 表示AF選太小了) AT(A ) = 電動機額定電流×1 .5 ~2 .5(如保險絲的IC值) (多台壓縮機)

AT(A )

换热网络的设计

——第一部分:主要是Aspen导入与自动设计

1.启动Aspen Energy Analyzer

2.新建HI Case/HI Project

3.工具介绍

从Hysys流程中导入数据

从Aspen流程中导入数据

从Excel中导入数据 打开目标查看窗口 打开复合曲线窗口 打开总复合曲线窗口 打开公用工程复合曲线窗口 打开换热网络网格图窗口

4.从Aspen流程中导入数据（也可直接输入物流信息与公用工程）

第一行：选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件 第二行：设定详细的选项 第三行：选择流程

第四行：改变公用工程或添加公用工程 第五行：选择加热器的公用工程 第六行：选择冷却器的公用工程 第七行：选择换热器的经济数据

右下角“Tips”有较详细介绍

在点击最右下角“Next”中之前，需要判断要导入的Aspen Plus流程模拟文件：模拟文件必须收敛，且没有错误；是否有不必要的物流和不必要的单元操作；是否有隐藏物流（在Aspen Plus流程里，右键——Reved Hidden objects，可将隐藏物流显示）；模拟文件在稳态模式；是否有内部物流，是否有多流股换热器，不支持内部物流和多流股换。热器；是否有循环及

换热网络的设计

——第一部分:主要是Aspen导入与自动设计

1.启动Aspen Energy Analyzer

2.新建HI Case/HI Project

3.工具介绍

从Hysys流程中导入数据

从Aspen流程中导入数据

从Excel中导入数据 打开目标查看窗口 打开复合曲线窗口 打开总复合曲线窗口 打开公用工程复合曲线窗口 打开换热网络网格图窗口

4.从Aspen流程中导入数据（也可直接输入物流信息与公用工程）

第一行：选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件 第二行：设定详细的选项 第三行：选择流程

第四行：改变公用工程或添加公用工程 第五行：选择加热器的公用工程 第六行：选择冷却器的公用工程 第七行：选择换热器的经济数据

右下角“Tips”有较详细介绍

在点击最右下角“Next”中之前，需要判断要导入的Aspen Plus流程模拟文件：模拟文件必须收敛，且没有错误；是否有不必要的物流和不必要的单元操作；是否有隐藏物流（在Aspen Plus流程里，右键——Reved Hidden objects，可将隐藏物流显示）；模拟文件在稳态模式；是否有内部物流，是否有多流股换热器，不支持内部物流和多流股换。热器；是否有循环及

热管与管壳换热管的传热性能的分析比较

一、有一热管，蒸发段和冷凝段的长度均为L，内外径分别为ri，ro，热管的 总传热系数为K1（以蒸发段的外表面为换热面，面积为A），热管的材质为碳 钢，工作工质为水。则根据传热热阻公式有：

111rln(ro/ri)roln(ro/ri)???o??R相变?A K1h1h2??

℃) h1--热管加热段表面传热系数，W/(m2?℃) h2--热管冷却段表面传热系数，W/(m2?roln(ro/ri)?--热管加热段、冷却段的管壁导热热阻，m2?℃/W

R相变--管内工质的相变热阻，℃/W ?--管壁的导热系数，W/(m?℃)

二、有一换热管，长度为2L，内外径分别为ri，ro,换热管的总传热系数为K2（以换热管外表面为换热面，面积为2A），换热管的材质为碳钢。则根据传热热阻公

式有：

rln(ro/ri)111r??(o)?2 K2aoairi?

℃) ao--换热管管外表面换热系数，W/(m2?℃) ai--换热管管内表面换热系数，W/(m2?r2ln(ro/ri)?--换热管管壁导热热阻，m2?℃/W

?--管壁的导热系数，W/(m?℃)

三、①流体横向外掠单管的准则式：Nu?C, n--修正系数

h--