第5章热质交换设备

5.1.2 间壁式换热器的形式与结构
5.1.3 混合式换热器的形式与结构
1、冷却塔 类型：干式、湿式 构造：淋水装置（填料）点滴式 薄膜式 点滴薄膜式 配水系统 槽式 管式 池式 通风筒
5.1.3 混合式换热器的形式与结构
5.1.3 混合式换热器的形式与结构
5.1.3 混合式换热器的形式与结构
5.3 混合式热质交换设备的热工计算
④
热平衡方程
Q = G (i1 − i2 ) = Wc (t w 2 − t w 1 )
⑤
总阻力
∆H = ∆H d + ∆H p + ∆H w
5.5 热质交换设备的优化设计及性能评价
5.5.1热质交换设备的优化设计与分析
1、热质交换设备的优化设计 热质交换设备的优化设计就是要求所设计的 热质交换设备在满足一定的要求下，人们所 关注的一个或数个指标达到最好。 2、热质交换设备优化设计的目的 通过优化设计，使目标函数达到最佳值
5.1.2 间壁式换热器的形式与结构
1、间壁式换热器的种类 管壳式 肋片管式 板式 板翅式 螺旋板式 2、强化传热：强化对流换热系数小的一侧， 即空气侧各种强化型式。
5.1.2 间壁式换热器的形式与结构
5.1.2 间壁式换热器的形式与结构
5.1.2 间壁式换热器的形式与结构
tW 2
G (i1 − i2 ) = + t w1 WC
5.2.5 其它间壁式热质交换设备的热工计算
1、空气加热器的热工计算
Q = Gc p (t 2 − t1 ) = KF∆t m
2、散热器的热工计算
Q = KA t pj − t n β
(
)
5.3 混合式热质交换设备的热工计算
1、影响混合式设备热质交换的主要因素 空气与水之间的焓差 空气的流动状况 水滴大小 水气比 喷嘴排数 设备的结构特性：如喷淋室 喷嘴密度 喷水方向 排管间距 喷嘴孔径 空气与水的初参数

定义：衡量热质交换设备技术上的先进性和 经济上的合理性以便确定和比较热质交换设 备的完善程度。
5.5.2 热质交换设备的性能评价

方法： 热质交换设备的单一性能评价法 传热量与流动阻力损失相结合的热性能评价法 熵分析法 火用分析法 纵向比较法 两指标分析法 热经济学分析法
t
tw1 h1
Φ
z
h2 tw2 tf2
Φ
Φ
0
δ
x
5.2.2 威尔逊图解法
Q = KA ∆ t = ∆ t 对于圆筒壁 do 1 1 1 + + ln π d i hi 2πλ d i π d o ho 管内流体处于旺盛紊流 区时 hi = C i u i0 .8 Rt = do 1 1 1 + + ln π d o C i u i0 .8 2πλ d i π d o ho 实验时保持 ho 不变 Rt = R t = 常数 + 1 π d o C i u i0 .8 1 1 1 1 m X + = = , , πd h u i0 .8 πd oC i o o
5.3 混合式热质交换设备的热工计算
2、喷淋室的热工计算 ① 类型 设计计算 校核计算 ② 热交换效率系数
η1 =
③
1' 2' + 45 15
'
t s1 − t s 2 + t w 2 − t w1 ts 2 − tw2 = 1− = t s1 − t w1 t s1 − t w1
接触系数
t2 − ts 2 12 1' 2' 2 '3 22' η2 = = ' = 1 − ' = 1 − ' = 1 − t −t 13 1 3 13 11
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
1、表冷器处理空气时发生热质交换的特点 t空露〈t表〈t空 等湿冷却过程 干工况 t表〈 t空露 减湿冷却过程 湿工况 2、表冷器的热工计算 ① 类型 设计计算（Design calculations） 校核计算（Check calculations） ② 传热系数 干工况 湿工况
5.5.1 热质交换设备的优化设计与分析

对于有n个设计变量x1，x2，…，xn的最优化问题，目 标函数F (x)可写作F(x) ＝F(xl，x2，…，xn) 这样，最优化问题的一般形式可表达为minF(X) 约束条件 hi(x)＝0(i＝l，2，…，m) gj(x)＜0(j＝1，2，…，n)

5.5.2 热质交换设备的性能评价
F2
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
热交换效率 定义式 t1 − t 2 ε1 =
③
5 4
t1 − t w 1
接触系数 定义式
④
t1 − t 2 ε2 = t1 − t 3
Q i = a + bt
∴ε 2 =
i1 − i2 i1 − i3
ε2 =
t −t t1 − t 2 12 23 24 = = 1− = 1− = 1 − 2 s2 t1 − t 3 13 t1 − t s 1 13 15
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
Q = hn F1 t f 1 − t w 1
(
)
λ Q = F1 (t w 1 − t w 2 ) δ Q = hw F2η (t w 2 − t f 2 )
F2 β= F1 ∴Q = 1 βδ + + hn λ hwη
β
tf1 − tf2
第5章 热质交换设备
5.1 热质交换设备的形式与结构 5.2 间壁式热质交换设备的热工计算 5.3 混合式热质交换设备的热工计算 5.5 热质交换设备的优化设计及性能评价
5.1 热质交换设备的形式与结构 5.1.1 热质交换设备的分类 1、按工作原理分为
间壁式（表面式）：冷、热流体不接触、不渗混。 直接接触式（混合式）：冷、热流体直接接触、相 互渗混。 蓄热式（回热式或再生式）：它借助由固体构件 （填充物）组成的蓄热体传递热量。 热管式：是以热管为换热元件的换热器。
(
)
(
)
5.2.3 换热器热工计算常用的计算方法
2、效能—传热单元数法（ε–NTU） 热容比 (Gc )
Cr =
(Gc )max
min
传热单元数
KA NTU = (Gc )min
ε=
传热效能
Q Q = ' ' Qmax (Gc )min t1 − t2
(
)
" ' t2 − t2 G2 c2 < G1c1 , ε = ' ' t1 − t 2 ' " t1 − t1 G2 c2 > G1c1 , ε = ' ' t −t
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
解： ε1 =
t1 − t2 25.6 − 11 = = 0.74 t1 − t w1 25.6 − 5
t2 − ts 2 11 − 10.6 ε2 = 1− = 1− = 0.947 t1 − t s1 25.6 − 18
30000 × (50.9 − 30.7 ) = 3600 + 5 = 11.05O C 6.64 × 4.19
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
⑤
热平衡方程
Q = G (i1 − i2 ) = Wc (t w 2 − t w 1 )
⑥
参数的选择范围
N Vy w
4 − −8排 2 − −3 m s 0.6 − −1.8 m s
5.2.4 表面式冷却器的热工计算
例题：已知用 JW 型 8 排表冷器处理空 气 时 ， 被 处 理 的 空 气 量 为 30000kg/h ， 当 地 大 气 压 101325Pa ， 空 气 的 初 参 数 为 t1=25.6℃ ， i1=50.9kJ/kg ， ts1=18℃，空气的终参 数 为 t2=11℃ ， i2=30.7kJ/kg ， ts2=10.6℃，冷水量为 6.64kg/s ，冷水 初温tw1=5℃，求该表冷器的热交换效 率ε1=? ，接触系数ε2=? ，水的终温 tw2=?(水的比热c=4.19kJ/kg·℃)
2、气体洗涤塔 例：喷淋室 类型 卧式、立式 单级、双级 低速、高速 构造 前挡水板 后挡水板 喷嘴 循环水管 溢 水 管 补 水 管 泄 水 管
5.1.3 混合式换热器的形式与结构

3、喷射式热交换器 4、混合式冷却器
5.2 间壁式热质交换设备的热工计算
5.2.1 间壁两侧流体传热过程分析 tf1
5.1.1 热质交换设备的分类
2、按冷热流体的流动方向分类 顺流式：冷、热流体平行流动，流动方向相同。 逆流式：冷、热流体平行流动，流动方向相反。 叉流式：冷、热流体流动方向垂直交叉。 混合式：冷、热流体流动过程中既有顺流部分， 又有逆流部分。
5.1.1 热质交换设备的分类
3、按用途分 表冷器 加热器 预热器 喷淋室 过热器 蒸发器 冷凝器 加湿器 暖风机等 4、按制造材料分 金属材料 非金属材料 稀有金属材料
1 KA
= ∆t
Rt
do ln 2πλ di 则上式可写成 y = b + mX 令 y = Rt 时 b =
5.2.3 换热器热工计算常用的计算方法
1、对数平均温差法（LMTD）
Q = KA∆t m ∆t ′ ∆t ′ + ∆t ′′ < 2时，∆t m = 2 ∆t ′′ ∆t ′ - ∆t ′′ ∆t ′ ≥ 2时，∆t m = ∆t ′ ∆t ′′ ln ∆t ′′ ' ' '' '' Q = G1c1 t1 − t1 = G 2 c 2 t 2 − t 2