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板式換熱器傳熱計算方法

文字:[大][中][小] 2015-12-16    瀏覽次數:1215    

  板式換熱器的計算方法

  板式換熱器的計算是一個比較復雜的過程,目前比較流行的方法是對數平均溫差法和NTU法。在計算機沒有普及的時候,各個廠家大多采用計算參數近似估算和流速-總傳熱系數曲線估算方法。目前,越來越多的廠家采用計算機計算,這樣,板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、準確。以下簡要說明無相變時板式換熱器的一般計算方法,該方法是以傳熱和壓降準則關聯式為基礎的設計計算方法。
  以下五個參數在板式換熱器的選型計算中是必須的:
  · 總傳熱量(單位:kW)。
  · 一次側、二次側的進出口溫度
  · 一次側、二次側的允許壓力降
  · 最高工作溫度
  · 最大工作壓力
  如果已知傳熱介質的流量,比熱容以及進出口的溫度差,總傳熱量即可計算得出。
  溫度
  T1 = 熱側進口溫度
  T2 = 熱側出口溫度
  t1 = 冷側進口溫度
  t2= 冷側出口溫度
  熱負荷
  熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關系,在換熱器保溫良好,無熱損失的情況下,對于穩態傳熱過程,其熱流量衡算關系為:
  (熱流體放出的熱流量)=(冷流體吸收的熱流量)
  在進行熱衡算時,對有、無相變化的傳熱過程其表達式又有所區別。
  (1) 無相變化傳熱過程
  式中
  Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量,W;
  mh,mc-----熱、冷流體的質量流量,kg/s;
  Cph,Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容,kJ/(kg·K);
  T1,t1 ------熱、冷流體的進口溫度,K;
  T2,t2------熱、冷流體的出口溫度,K。
  (2)有相變化傳熱過程
  兩物流在換熱過程中,其中一側物流發生相變化,如蒸汽冷凝或液體沸騰,其熱流量衡算式為:
  一側有相變化
  兩側物流均發生相變化 ,如一側冷凝另一側沸騰的傳熱過程
  式中
  r,r1,r2--------物流相變熱,J/kg;
  D,D1,D2--------相變物流量,kg/s。
  對于過冷或過熱物流發生相變時的熱流量衡算,則應按以上方法分段進行加和計算。
  對數平均溫差(LMTD)
  對數平均溫差是換熱器傳熱的動力,對數平均溫差的大小直接關系到換熱器傳熱難易程度。在某些特殊情況下無法計算對數平均溫差,此時用算術平均溫差代替對數平均溫差,介質在逆流情況和在并流情況下的對數平均溫差的計算方式是不同的。 在一些特殊情況下,用算術平均溫差代替對數平均溫差。
  熱長(F)
  熱長和一側的溫度差和對數平均溫差相關聯。 F = dt/LMTD
  以下四個介質的物理性質影響的傳熱
  密度、粘度、比熱容、導熱系數
  總傳熱系數
  總傳熱系數是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個參數。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構成。單位:W/m2 ℃ or kcal/h,m2 ℃。
  壓力降
  壓力降直接影響到板式換熱器的大小,如果有較大的允許壓力降,則可能減少換熱器的成本,但會損失泵的功率,增加運行費用。一般情況下,在水水換熱情況下,允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接受的。
  污垢系數
  和管殼式換熱器相比,板式換熱器中水的流動是處于高湍流狀態,同一種介質的相對于板式換熱器的污垢系數要小的多。在無法確定水的污垢系數的情況下,在計算時可以保留10%的富裕量。
  計算方法
  熱負荷可以用下式表示:
  Q = m · cp · dt
  Q = k · A · LMTD
  Q = 熱負荷 (kW)
  m = 質量流速 (kg/s)
  cp = 比熱 (kJ/kg ℃)
  dt = 介質的進出口溫度差 (℃)
  k = 總傳熱系數 (W/m2 ℃)
  A = 傳熱面積 (m2)
  LMTD = 對數平均溫差
  總的傳熱系數用下式計算:
  其中:
  k=總傳熱系數(W/m2 ℃)
  α1 = 一次測的換熱系數(W/m2 ℃)
  α2 = 一次測的換熱系數(W/m2 ℃)
  δ=傳熱板片的厚度(m)
  λ=板片的導熱系數 (W/m ℃)
  R1、R2分別是兩側的污垢系數 (m2 ℃/W)
  α1、α2可以用努賽爾準則式求得。
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