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k10-5

§5 平均温度差

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重点内容:

平均温差的确定方法。

传热方程式 中,以前分析时 均按定值处理。但实际上温差也是沿换热面不断变化。为研究问题简单,引入平均温差。

一、平均温差的定义

流动形式不同,冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同,如图所示,积分平均温度差定义式为:

因此,流动形式不同, 有着不同的大小。

 

二、平均温差的确定

1 、 对数平均温差 ( LMTD

推导中特作以下简化假设:

两侧流体的热容量 Mc ( 质量流量与比热容之积 ) 沿换热面保持常数;

总传热系数沿换热面为常数:

换热器没有散热损失,即热流体的放热恰等于冷流体的吸热:

忽略换热器壁面沿流动方向的轴向导热,一般也不考虑进出口的动能和位能的变化。

⑴顺流 (a) 和逆流 (b)                     

其中: (a) 顺流: ; (b) 逆流:

⑵其它流动形式

称为温差修正系数。流动形式及温差修正系数见图。

一般, <1 ,即: < <

计算同样证明,对于相同的冷、热流体进出口温度,逆流时的平均温差肯定大于顺流时。所以若总传热量相等,传热系数亦相同的话,逆流换热器需要的传热面积最少。这是很多情况下尽可能把换热器布置成逆流的基本原因。当然也存在出于某种理由故意不布置成逆流的情况。

逆流布置时冷流体的加热终温完全可以超过热流体的终温,而顺流时不可能发生这种情形。这个事实从另—个角度证明逆流是比顺流更合理、更有效的换热方式。但是应该注意,这种情形同时也带来了一个弊端,即对于高温换热器来说,这将导致两侧流体的最高温度都出现在换热器的同一端。这使得对换热面材质的耐热和抗高温蠕变性能要求相应提高。为了缓和这个矛盾,就出现了上述有意不布置成逆流的设汁方案。

⑶一侧流体有相变

但 其大小与流动形式无关 。例如对于凝结换热

2 、算术平均温差

,认为冷、热流体温度沿流动方向呈线性变化,其大小与流动形式无关。

3、平均温差的准确性

算术平均温差仅在△t'/△t”<2 时,具有足够的准确性。

LMTD 则在任何情况下,均具有足够的准确性。但 LMTD 并非绝对精确,因为在其推导过程中有四个假设。

绝大多数流体的比热容随温度变化非常有限,所以把流体的热容量视为常数一般是合乎实际的。但是把总传热系数也视为常数就包含了很大程度的近似,特别是当流体的温度升降幅度相当大的时候。要想计算得准确些,一种有效的办法是把换热器分成若干段,在每一小段里,温度变化幅度比较小,允许把 K 值当作常数对待。

 

三、基本要求

掌握平均换热温差的确定方法,算术平均温差的使用条件。


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