板式换热器选型计算的方法及公式.doc
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1、板式换热器选型计算的方法及公式(1) 求热负荷Q Q=GPt(2) 求冷热流体进出口温度t2=t1+ Q /G P(3) 冷热流体流量=Q / P (t2-t1 (4) 求平均温度差tm tm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或tm=(T-t2)+(T2-t1)/2(5) 选择板型若所有的板型选择完,则进行结果分析。(6) 由值范围,计算板片数范围min,maxmin = Q / Kmax tm F P max = Q / Kmin tm F P (7) 取板片数N(minmax ) 若N已达max,做(5)。(8) 取N的流程组合形式,若组合形式取完则做(7
2、)。(9) 求Re,Nu Re = W de/ Nu =a1Rea2Pra3(10)求a,K传热面积 a = Nu / deK=1 / 1/ah+1/ac+c+c+/0F=Q /K tm (11)由传热面积求所需板片数= F/ Fp+ 2(12)若NNN,做()。(13)求压降p Eu = a4Rea5p = Eu W2 (14) 若p允,做();若p允,记录结果 ,做()。注: 1(1)、(2)、(3)根据已知条件的情况进行计算。 2当T1-t2=T2-t1时采用tm = (T-t2)+(T2-t1)/2 3修正系数一般0.70.9。 4压降修正系数 ,单流程度=11.2 ,二流程、三流程=
3、1.82.0,四流程=2.62.8。 5a1、a2、a3、a4、a5为常系数。选型计算各公式符号的意义及单位符号意 义单位符号意 义单位Q热负荷WCp比热KJ/kg流体密度Kg/ m3tm平均温差G体积流量m3/sF传热面积m2K传统系数W/ m2W流 速m/sT1、T2热介质进出口温度t1、t2热介质进出口温度m流程数n流道数对流换热系数W/ m2f单通道截面积m2运动粘度m2/s介质导热系数W/ mp阻力损失MpaEuEu = p / . W2无量纲Re雷诺数Re = W de /无量纲de当量直径mNuNu = de / 无量纲Pr普朗特数0板片导热系数W/ mt板 厚m修正系数h、c热
4、、冷介质角标P热介质污垢热阻m2/Wc冷介质污垢热阻m2/W板式换热器的优化选型1 平均温差tm从公式QKtmA,tm1AA(t1t2)dA中可知,平均温差tm是传热的驱动力,对于各种流动形式,如能求出平均温差,即板面两侧流体间温差对面积的平均值,就能 计算 出换热器的传热量。平均温差是一个较为直观的概念,也是评价板式换热器性能的一项重要指标。1.1 对数平均温差的计算当换热器传热量为dQ,温度上升为dt时,则CdQdt,将C定义为热容量,它表示单位时间通过单位面积交换的热量,即dQK(thtc)dAKtdA,两种流体产生的温度变化分别为dthdQCh,dtcdQCc,dtd(thtc)dQ(
5、1Cc1Ch),则dA1k(1Cc1Ch)(dtt),当从A0积分至AA0时,A01k(1Cc1Ch)(thotci)(thitco),由于两种流体间交换的热量相等,即QCh(thitho)Cc(tcotci),经简化后可知,QKA0(thotci)(thitco)(thotci)(thitco),若t1thitco,t2thotci,则QKA0(t1t2)(t1t2)KA0tm,式中的tm(t1t2)(t1t2)。顺流 tm(thitci)(thotco) (thitci)(thotci)逆流 tm(thitco)(thotci) (thitco)(thotci)对于各种流动型式,在相同的进
6、口、出口温度条件下,逆流的平均温差最大。当板式换热器入口和出口两流体的温差t1和t2之间的差不大时,可采用算术平均温差(t1t2)2,一般t1t2小于1.5时,可采用,若tt2为3时,则误差约为10%。1.2 传热单元数法在传热单元数法中引入一个无量纲参数NTU,称为传热单元数,它表示板式换热器的总热导(即换热器传热热阻的倒数)与流体热容量的比值NTUKAMC,它表示相对于流体热容流量,该换热器传热能力的大小,即换热器的无量纲“传热能力”。对于板式换热器来说,KAMCttm,式中ttm称为温差比,上式中的右边的工艺过程用NTUp表示,左边的换热设备的条件用NTUE表示。NTUp是流体温度的变化
7、与平均温差的比值,表示的是用1tm的变化引起几度流体温度变化的值,当tm大时,NTUp则小;当tm小时,它有变大的倾向。相反,在NTUp变大的过程中,tm的温度变化较大,NTUp较小时,其tm的温度变化较小(见表1)。板式换热器的优化设计计算,就是在已知温差比NTUE的条件下,合理地确定其型号、流程和传热面积,使NTUp等于NTUE。1.3 换热过程和NTU与供热空调相关的换热过程如下如示: 用蒸汽加热水 水水换热a. 蒸汽133133c. 一次水6560水565(生活热水) 二次水4540(采暖)b. 蒸汽133133d. 一次水149水5565(采暖)二次水137(制冷)e. 一次水292
8、4二次水2621(制冷机的冷却)以上5例工艺过程的NTUp(见表2)1.4 板式换热器和NTUENTUE表示板式换热器的能力,换热器的面积是具有一定传热长度的单位传热体的组合,总传热长度是单位长度和流程数的乘积。当NTUE是总数时,若每1流程数为NTUe时,则NTUEnNTUe(其中n是流程数)。当NTUeNTUENTUp时,换热器为单程。若NTUeNTUp时,则换热器应为多流程,故设计时应先预定n。由于每种板片单程的NTUe值基本上是定值,如适合表2中e的流量为25m3h的单程板式换热器的NTUe为17。从NTUeAKMC可知,当NTUe为定值时,AK成反比,仍以e为例,当K500kcalh
9、时,A1.672500050083.5,流程数n83.5175。当K2500kcalh时,A16.7,流程数n1。每一流程的NTUe如下所示:K500,NTUeNTUEn0.33,K2500时,NTUe1.67。由此可知,根据NTUe即可求出换热器的流程数,传热系数和传热面积。从以上 分析 可知,若板式换热器设计不合理,可能使换热面积过大,也可能使板间流速太高,阻力过大。1.5 板式换热器制造技术的进步,板片种类的增加,提高了板式换热器对各种工艺过程的适应性。 (1)大NTU(8),小tm(12)的板式换热器满足了区域供冷和热泵机组蒸发器、冷凝器的要求。从以上分析可知,tm是换热的驱动力,若t
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