换热器操作
换热器板片
换热器管
新闻动态
并、逆流间壁换热器冷热流体温度分布方程点击：2045 日期：[ 2014-04-26 21:58:00 ] |
| 并、逆流间壁换热器冷热流体温度分布方程 王 军,陈良才,冯志力 (华中科技大学能源与动力工程学院化工过程装备与控制研究所,湖北武汉 430074) 摘要：建立了一个计算间壁式换热器流体温度分布的模型,得到了8个流体温度分布方程。分析了在逆流和顺流状况下方程的不同形式和局限性,并对一种流体温度不变的状况(例如存在沸腾或 冷凝的状况)做了讨论。用这些方程设计换热器可避免对数平均温差带来的不便。这些方程需要的数据比传统的对数平均温差法更少并且不必采用迭代计算,因此节省计算时间。对于结构参数确定的换热器,只要知道了其流体入口温度和流量,就可以计算出流体的出口温度。 关键词：换热器;温度;分布;并流;逆流 中图分类号：TQ 051·501 文献标志码：A 符 号 说 明 th(x)———距离管道入口x处的热流体温度,℃ tc(x)———距离管道入口x处的冷流体温度,℃ qh———热流体的质量流速,kg/s tc0———冷流体在入口处的温度,℃ tc———冷流体在出口处的温度,℃ l———矩形管道的长度,m ch———热流体的比热容,J/(kg·℃) cc———冷流体的比热容,J/(kg·℃) qc———冷流体的质量流速,kg/s th0———热流体在入口处的温度,℃ th———热流体在出口处的温度,℃ 间壁式换热器在石油化工领域应用广泛,换热器的计算多采用对数平均温差法[1],此方法是先估 算再精确计算,如果需要更高精度的结果,则需要反复迭代几次,浪费计算资源。近几年来很多学者对 这一问题进行了探索,目的是找到一种更快的计算 方法。1992年,陶金连提出一种换热器计算方法[2],此方法利用流体温度分布方程计算得到的换热面积与采用传统对数平均温差法计算得到的换热 面积基本一致。1993年,陶金连对换热器在顺流、逆流两种流动形式下流体温度分布方程做了推导和 分析[3]。1998年,杨世铭和陶文铨在编著的传热学 中指出冷、热流体温差与换热面积之间满足e指数函数关系,并对这个函数做了部分推导[4]。2000年,梁日忠分析了在并流和逆流状况下流体温度分 布曲线的形状。从他们研究的结果可以看出,流体的温度分布曲线一般是e指数函数,如果不存在相 变换热,冷、热流体各自的流量和比热的乘积相等, 在并流状况下冷流体和热流体的温度分布曲线关于一条水平线对称,在逆流状况下这两条温度分布曲 线形状相同但是沿y轴偏移[5]。笔者建立了一个计算间壁式换热器流体温度分布的模型,得到了流体 温度分布方程,用这些方程计算可避免用对数平均 温差计算带来的不便。这些方程需要的数据比传统 的对数平均温差法需要的数据更少并且不必采用迭 代计算,因此节省计算时间。对于结构参数确定的换热器,只要知道了其流体入口温度和流量,就可以 计算出流体的出口温度。 1 流体温度分布方程的建立 1.1 冷流体与热流体同向流动 如图1所示的矩形管道宽L1,高L2,管道中心的平板即中心面把管道分成2个截面积相等的流道。冷流体在矩形管道的上流道流动,热流体在下流道流动,流动方向相同。流体温度t沿管长x的变化见图2。 假设矩形管道4个侧面满足绝热条件,沿管道 轴线没有热量传递,流体温度在同一截面上均布,中 心面上传热系数K相等,流动过程中冷、热流体物 性不变。 1.2 冷流体与热流体逆向流动 如图3所示,矩形管道宽L1,高L2,中心面把管 道分成2个截面积相等的流道。冷流体在矩形管道 的上流道流动,热流体在下流道流动,流动方向相 反。流体温度t沿管长x的变化见图4。 假设矩形管道4个侧面满足绝热条件,沿管道 轴线没有热量传递,流体温度在同一截面上均布,中 心面上传热系数K相等,流动过程中冷、热流体物 性不变。 x处的总传热速率方程式与式(1)相同。x处 热流体的热平衡方程式[4]: 2.2 冷流体与热流体逆向流动 令b1=b2=b,式(8)可简化为: 3 流体温度分布方程其他形式 3.1 th(x)=C9 th(x)=C9,即热流体在流道里冷凝,冷流体被 加热但是不沸腾时流体温度沿管长的变化曲线见 图5。 3.2 tc(x)=C11 tc(x)=C11,即热流体在流道里冷却,冷流体被 加热且沸腾时流体温度沿管长变化曲线见图6。 式(4)可简化为: 3.3 th(x)=C13 th(x)=C13,即热流体在流道里冷凝,冷流体被 加热但不沸腾时流体温度沿管长变化曲线见图7。 3.4 tc(x)=C15 tc(x)=C15,即热流体在流道里冷却,冷流体被加热且沸腾时流体温度沿管长的变化曲线见图8。 4 结语 流体的温度分布曲线一般是e指数函数。在并 流状况下,如果不存在相变换热并且b1=b2,即冷、 热流体各自的流量和比热的乘积相等(chqh=ccqc), 则冷流体和热流体的温度分布曲线关于一条水平线 对称。水平线的坐标是(0,(tc0+th0)/2),(l,(tc0+ th0)/2)。在逆流状况下这2条温度分布曲线形状相 同但沿y轴偏移,偏移量C7=(th0—tc0)/(1+bl)。 参考文献: [1] 马义伟.空冷器设计与应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版 社,1998:79-80. [2] 陶金连.换热器计算的另一种方法[J].安徽工学院学报,1992, 11(3):94-99. [3] 陶金连.顺、逆流换热器温度分布曲线的形状分析[J].安徽工 学院学报,1993,12(1):92-96. [4] 杨世铭,陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社,1998: 324-325. [5] 梁日忠.间壁换热器流体的温度分布[J].化学工业与工程技 术,2000,21(3):1-3. [6] 张志涌.精通MATLAB 6.5版[M].北京:北京航空航天大学 出版社,2003:226-227. (张编) |
| 上一篇：两类边界条件下管外对流换热性能实验研究 | 下一篇：列管式石墨换热器中固定管板的三种计算方法比较 |