大连理工传热学视频_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
1

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（ ε -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 3.2 m /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 9.29 m ，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
2 2 3

ρ=

P 1.013 × 105 N m 2 = =1.212301812 kg m3 RT 287 m 2 s 2 　 × （18+273.15）

空气的质量流量为：

qm 2 = 3.2 m3 s × 1.212301812 kg m 2 = 3.879365797 kg s
传热量：

Φ = qm 2c2 ?t = 3.879365797 kg s × 1005 J ( kg ? K ) × ( 26℃-18℃) =31.19010101× 103 W
由题意还不知道 qm 2 c2 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 qm 2 c2 ，那么查 10-34 图时还必 须用试凑法，先假设空气是 qm 2 c2 ，则

qm 2 c2 = 3.879365797 kg s × 1005W K = 3898.762626W K 227 W ( m 2 ? k ) × 9.29m 2 kA NTU = = = 0.540897254 qm 2 c2 3898.762626 W K
基于空气为 ( qm c )min 的流体，其效能为：

ε=

?t2 26℃ ? 18℃ = =0.117647058 ?tmax 86℃ ? 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 ( qm c )mn 流 体进行计算： 首先

NTU =

kA ( qm c )min

（a）

?t1 =

Φ 31.19010101× 103W = ( qm c )min ( qm c )min

（b）

ε=

?t1 ?t1 ?t = = 1 ?tmax 86℃ ? 18℃ 68℃

（c）

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 ε 值。应当指出，这一 ε 值是由热平衡得出的； 另一方面， 根据 NTU，

( qm c )max ( qm c )min

与 ε 之间的关系， 还可以从图 10-34 查出一个相应的 ε

值。正确的 ( qm c )min 值应是按式（c）算出的 ε 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 ε 理论分析式如下：

? ? ( qm c )min ? exp ? ? NTU ? ( qmc )max ? ? ε = 1 ? exp ? ( qm c )min ? n ? ( qmc )max ?
n = ( NTU )
?0.22

? ? n ? ? 1? ? ? ? ? ? ? ?

（d）

3

对六种 ( qm c )min 值的计算结果如下表所示：

( qm c )min ( qm c )max
0.3333333 0.25 0.2 0.15 0.13 0.12

( qm c )min (W
1299.587542 974.6906565 779.7525252 584.8143939 506.8391414 467.8515151

K)

NTU 1.62269163 2.163589018 2.704486272 3.605981696 4.160748111 4.50747712

?t1 / ℃
24 32 40 53.33334 61.5384615 66.6666667

ε
按式 d 算的 0.723361242 0.823970051 0.88471 0.948238 0.967834665 0.976133959 按式 c 算得 0.352941176 0.470588235 0.588235294 0.784313725 0.904977375 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" & e1, "方法（c）计算结果为：0" & e2 Exit For
4

End If Next End Function Private Sub Command1_Click() JS End Sub

由此确定水的当量：

qm1c1 = 475W K
出口温度 t1 = 86℃ ? 66.65℃=19.35℃
''

b）平均温差法 由空气的能量平衡计算传热量 入口处空气的密度

ρ=

P 1.013 × 105 N m 2 = =1.212301812 kg m3 2 2 RT 287 m s 　 × （18+273.15）

空气的质量流量为：

qm 2 = 3.2 m3 s × 1.212301812 kg m 2 = 3.879365797 kg s
传热量：

Φ = qm 2c2 ?t = 3.879365797 kg s × 1005 J ( kg ? K ) × ( 26℃-18℃) =31.19010101× 103 W
设 t1 = 20 则
''

ψ =0.96
R= t1' ? t1'' 86 ? t1'' = =8.25 '' ' t2 ? t2 ( 26 ? 18 ) ℃

5

P ' =PR=0.9705882

R' =

1 = 0.121212121 R

查图得ψ = 0.96

? ? ?t -?t ?tm = ψ × ? max min ? In ?t max ? ?t min ?

? ? ? =16.3707053 ? ? ?

Φ1 =kA?t m = 34.52303446 × 103W

Φ ≠ Φ1 故假设不成立
另设 t1 = 19℃ 同上述方法得
''

P ' =PR=0.985294043 R' = 1 = 0.119402985 R

查图得ψ = 0.98

6

? ? ?t -?t ?tm = ψ × ? max min ? In ?t max ? ?t min ?

? ? ? =14.12191845 ? ? ?

Φ 2 =29.780725 × 103 W

Φ ≠ Φ 2 故假设不成立
另设 t1 = 19.3℃ 同上述方法得
''

P ' =PR=0.980882279

R' =

1 = 0.1194003 R

查图得ψ =0.96

? ? ?t -?t ?tm = ψ × ? max min ? In ?t max ? ?t min ?

? ? ? =14.70571236 ? ? ?

Φ 3 =31.01184739 × 103 W Φ ≈ Φ 3 故假设成立
'' t1 = 19.3℃

7



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