熱交換器原理與設計熱交換器的試驗與研究PPT學習教案

1、會計學1熱交換器原理與設計熱交換器的試驗與熱交換器原理與設計熱交換器的試驗與研究研究 6.1 傳熱特性試驗6.1.1 傳熱系數(shù)的測定傳熱系數(shù)的測定在換熱器上進行冷、熱水的順、逆流實驗，在換熱器上進行冷、熱水的順、逆流實驗， 測得不同溫度、流量，再進行換熱計算。測得不同溫度、流量，再進行換熱計算。熱流體放熱量：熱流體放熱量：Q1 =cp1 m1 (t1 t1)冷流體吸熱量：冷流體吸熱量：Q2 =cp2 m2 (t2 t2) 對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差 tm：傳熱系數(shù)：傳熱系數(shù)： K = Q /(F tm )ttlnttttlntttm 第1頁/共34頁圖圖6.1 水水水管套式熱交換器實驗系統(tǒng)水管套

2、式熱交換器實驗系統(tǒng)1 電熱水箱；電熱水箱；2 水泵；水泵；3、11、12、13、14、19 閥門；閥門；4、10 流量計；流量計；5 內(nèi)管；內(nèi)管；6 套管；套管；7 保溫套；保溫套；8 冷水箱；冷水箱；9水泵；水泵；15、16、17、18 溫度測點；溫度測點；20 電加熱器電加熱器第2頁/共34頁實驗步驟1) 了解試驗系統(tǒng)、操作方法及測量儀表使用方法。了解試驗系統(tǒng)、操作方法及測量儀表使用方法。2) 接通熱水箱電加熱器的電源，將水加熱到預定溫度。接通熱水箱電加熱器的電源，將水加熱到預定溫度。3) 啟動冷、熱水泵。啟動冷、熱水泵。4) 根據(jù)預定的試驗要求，分別調(diào)節(jié)冷、熱水流量達根據(jù)預定的試驗要求，

3、分別調(diào)節(jié)冷、熱水流量達 到預定值，然后維持在此工況下運行。到預定值，然后維持在此工況下運行。5) 當冷、熱水的進、出口溫度均達穩(wěn)定時，測量并當冷、熱水的進、出口溫度均達穩(wěn)定時，測量并 記錄冷、熱水流量及各項溫度值。記錄冷、熱水流量及各項溫度值。6) 改變冷水改變冷水(或熱水或熱水)流量若干次，即改變運行工況，流量若干次，即改變運行工況， 再進行再進行5的測量。的測量。7) 如需要，調(diào)節(jié)加熱功率，將水加熱到另一預定溫度，如需要，調(diào)節(jié)加熱功率，將水加熱到另一預定溫度， 重復重復46步驟。步驟。8) 試驗中如有必要，可以改變?nèi)我粋?cè)流體的流向，試驗中如有必要，可以改變?nèi)我粋?cè)流體的流向， 重復重復5、6

4、兩步驟。兩步驟。9) 試驗完畢依次關閉電加熱器、熱水泵及冷水泵等。試驗完畢依次關閉電加熱器、熱水泵及冷水泵等。第3頁/共34頁圖圖6.3 K=f(w)曲線曲線試驗數(shù)據(jù)的整理試驗數(shù)據(jù)的整理1) 傳熱量傳熱量Q：由于種種原：由于種種原因，因，試驗試驗測試的冷流體吸測試的冷流體吸熱量不會完全等于熱流體熱量不會完全等于熱流體的放熱量，可以它們的算的放熱量，可以它們的算術平均值，術平均值，Q=(Q1+Q2 )/2 作為實際的傳熱量。作為實際的傳熱量。2) 數(shù)據(jù)點選取：試驗過程數(shù)據(jù)點選?。涸囼炦^程誤差總是避免不了。為保誤差總是避免不了。為保證結(jié)果的正確性，在數(shù)據(jù)證結(jié)果的正確性，在數(shù)據(jù)整理時應舍取一些不合理

5、整理時應舍取一些不合理的點。通常，工程上以熱的點。通常，工程上以熱平衡的相對誤差：平衡的相對誤差：=|Q1-Q2|/(Q1+Q2 )/2 5%凡凡5%的點，應予舍棄。的點，應予舍棄。第4頁/共34頁3) 傳熱面積：計算傳熱系數(shù)時，有以哪一種表傳熱面積：計算傳熱系數(shù)時，有以哪一種表 面積為基準的問題，在整理試驗數(shù)據(jù)時同樣面積為基準的問題，在整理試驗數(shù)據(jù)時同樣 應注意這一問題。應注意這一問題。4) 為較直觀地表示熱交換器的傳熱性能，通常為較直觀地表示熱交換器的傳熱性能，通常 要用曲線或圖表示傳熱系數(shù)要用曲線或圖表示傳熱系數(shù)K與流體流速與流體流速w 之間的關系。并且，常常選取流速之間的關系。并且，常

6、常選取流速w=1m/s時時 的的K值作為比較不同型式熱交換器傳熱性能值作為比較不同型式熱交換器傳熱性能 的標準的標準(同時，還應比較它們的阻力降同時，還應比較它們的阻力降P)5) 為使試驗結(jié)果清晰明了和便于分析，可將測為使試驗結(jié)果清晰明了和便于分析，可將測 得的數(shù)據(jù)和整理結(jié)果列成表格。得的數(shù)據(jù)和整理結(jié)果列成表格。第5頁/共34頁順順逆逆流流換熱換熱器名器名稱稱熱流體熱流體冷流體冷流體進口進口溫度溫度t1 /出口出口溫度溫度t2/流量計流量計讀數(shù)讀數(shù)V1/lh-1進口進口溫度溫度t1/出口出口溫度溫度t2/流量計流量計讀數(shù)讀數(shù)V1/lh-1順順流流逆逆流流實驗數(shù)據(jù)記錄第6頁/共34頁mfnfPr

7、 Re CNu6.1.2 對流換熱系數(shù)的測定 對常規(guī)定型結(jié)構的換熱器：Nu = l /Re = w l /v對新型結(jié)構，或已知壁溫；或要求壁溫的場合對新型結(jié)構，或已知壁溫；或要求壁溫的場合 Q = (tw tf )F第7頁/共34頁iswooRRRRK11）估算分離法）估算分離法如，采用水蒸汽管外冷凝 o一定。則：Ro + Rw + Rs = R待測定：oioR-K1RR或第8頁/共34頁ioiswooFF1RR1K1一般管內(nèi)流動是處于湍流狀態(tài)，一般管內(nèi)流動是處于湍流狀態(tài)，i 與流速與流速 w0.8成正比，可寫成成正比，可寫成 i = ciw0.8 ，代入上式：代入上式：2）威爾遜）威爾遜(E

8、.E.Wilson)圖解法圖解法 擬合曲線分離法擬合曲線分離法io0.8iiswooFFwc1RR1K10.8iioiow1FFc1K1定數(shù)上式右邊前上式右邊前3項可認為是常數(shù)，用項可認為是常數(shù)，用 a 表示，物性表示，物性不變情況下，可認為不變情況下，可認為 是常數(shù)，用是常數(shù)，用 b 表示，表示，于是上式變?yōu)椋河谑巧鲜阶優(yōu)椋篿oiFFc10.8iow1baK1第9頁/共34頁改變管內(nèi)流速改變管內(nèi)流速 wi，則可測得一系列總則可測得一系列總傳熱系數(shù)，繪制成圖，則是一條直線。傳熱系數(shù)，繪制成圖，則是一條直線。由由 從而，得到管內(nèi)的對流換熱系數(shù)從而，得到管內(nèi)的對流換熱系數(shù) i：ioiioiFFb1

9、c FFc1b0.8iiiwc 第10頁/共34頁3) 修正的威爾遜圖解法修正的威爾遜圖解法由由傳熱學傳熱學，湍流時管內(nèi)流體的對流換熱準則式為，湍流時管內(nèi)流體的對流換熱準則式為： (6.8)假設套管環(huán)隙流體的對流換熱準則關系式為：假設套管環(huán)隙流體的對流換熱準則關系式為： (6.9)將上兩式改寫成：將上兩式改寫成： (6.10) (6.11)采用平均面積計算傳熱系數(shù)采用平均面積計算傳熱系數(shù)K： (6.12)以角碼以角碼 i 表示試驗點序號，將式表示試驗點序號，將式 (6.10)、(6.11) 代入上式代入上式0.14w221/32m222/2)(PrRecNu 0.14w111/320.8111

10、/)(PrRecNu 0.14w22m2220.14w110.8111/2BRecBRec2sw11rr1K10.14iw2,i2,mi2,2sw0.14iw1,i1,0.8i1,1i/1/112BRecrrBRecK第11頁/共34頁再將它改寫為：再將它改寫為：該式相當于一個直線方程：該式相當于一個直線方程：y=a+bx，截距，截距a=1/c2 及斜率及斜率b=1/c1可通過線性回歸求得?？赏ㄟ^線性回歸求得。式中的每一個試驗點的值相應為：式中的每一個試驗點的值相應為：0.14iw1,i1,0.8i1,0.14iw2,i2,mi2,120.14iw2,i2,mi2,swi/1/22BReBRe

11、cc1BRer-r-K10.14iw2,i2,mi2,swi10.14iw1,i1,0.8i1,0.14iw2,i2,mi2,1/22BRer-r-K1yBReBRex第12頁/共34頁其他方法其他方法1) 瞬態(tài)法瞬態(tài)法威爾遜圖解法要求憑經(jīng)驗預先確定反映放熱規(guī)律的數(shù)學威爾遜圖解法要求憑經(jīng)驗預先確定反映放熱規(guī)律的數(shù)學模型模型 ，這一定程度上影響了結(jié)果的正確性。瞬態(tài)法同，這一定程度上影響了結(jié)果的正確性。瞬態(tài)法同樣不需要測量壁溫，也不必預先確定反映放熱規(guī)律的數(shù)樣不需要測量壁溫，也不必預先確定反映放熱規(guī)律的數(shù)學模型，要求在非熱穩(wěn)定下進行。原理如下：學模型，要求在非熱穩(wěn)定下進行。原理如下：在流體流入熱交

12、換器傳熱面時，對流體突然進行加熱在流體流入熱交換器傳熱面時，對流體突然進行加熱 (或冷卻或冷卻)。流體進口溫度將按某種規(guī)律變化，流體的出。流體進口溫度將按某種規(guī)律變化，流體的出口溫度也相應發(fā)生變化。流體出口溫度的瞬時變化是流口溫度也相應發(fā)生變化。流體出口溫度的瞬時變化是流體進口溫度和流體與該傳熱面之間的傳熱單元數(shù)體進口溫度和流體與該傳熱面之間的傳熱單元數(shù)NTU的的單值函數(shù)。通過建立熱交換的微分方程組，由分析解或單值函數(shù)。通過建立熱交換的微分方程組，由分析解或數(shù)值解可預先求得流體的出口溫度與時間數(shù)值解可預先求得流體的出口溫度與時間 及傳熱單元及傳熱單元數(shù)數(shù)NTU間函數(shù)關系間函數(shù)關系tf,2 (,

13、 NTU)。第13頁/共34頁由于由于NTU未知，所以，要將實驗測得的流體未知，所以，要將實驗測得的流體出口溫度隨時間的變化與計算所得的曲線簇出口溫度隨時間的變化與計算所得的曲線簇 tf, 2 (, NTU)進行配比。通過配比，與實測值進行配比。通過配比，與實測值最相吻合的那條流體出口溫度的理論曲線的最相吻合的那條流體出口溫度的理論曲線的NTU值，就是該傳熱面在測定工況下的值，就是該傳熱面在測定工況下的NTU值。此處值。此處NTU定義為定義為NTU=F/(mf cp ) (mf 質(zhì)量流率，質(zhì)量流率，cp流體定壓比熱流體定壓比熱)，因而可求得，因而可求得平均對流換熱系數(shù)平均對流換熱系數(shù)。 第14

14、頁/共34頁2) 熱質(zhì)類比法熱質(zhì)類比法原理：先將萘在模型中澆鑄成型，再按實際的熱原理：先將萘在模型中澆鑄成型，再按實際的熱交換器結(jié)構組合成試件。讓與試件溫度相同、不交換器結(jié)構組合成試件。讓與試件溫度相同、不含萘的空氣流過試件，由于萘的升華作用，構成含萘的空氣流過試件，由于萘的升華作用，構成傳熱面的萘片重量和厚度都將發(fā)生變化。傳熱面的萘片重量和厚度都將發(fā)生變化。通過測定試驗前后萘片的重量及沿萘片表面各處通過測定試驗前后萘片的重量及沿萘片表面各處的厚度變化、氣流溫度、試驗持續(xù)時間及空氣流的厚度變化、氣流溫度、試驗持續(xù)時間及空氣流量等，計算出萘與空氣的總質(zhì)量交換率及局部質(zhì)量等，計算出萘與空氣的總質(zhì)量

15、交換率及局部質(zhì)量交換率，再根據(jù)熱質(zhì)交換的類比關系即可求得量交換率，再根據(jù)熱質(zhì)交換的類比關系即可求得平均及局部的對流熱交換系數(shù)。平均及局部的對流熱交換系數(shù)。第15頁/共34頁 6.2 阻力特性試驗阻力特性試驗熱交換器性能好壞，不僅表現(xiàn)在傳熱性能上，熱交換器性能好壞，不僅表現(xiàn)在傳熱性能上，而且表現(xiàn)在它的阻力性能上。而且表現(xiàn)在它的阻力性能上。應對熱交換器進行阻力特性試驗，一方面測定應對熱交換器進行阻力特性試驗，一方面測定流體流經(jīng)熱交換器的壓降，以比較不同熱交換流體流經(jīng)熱交換器的壓降，以比較不同熱交換器的阻力特性，并尋求減小壓降的改進措施；器的阻力特性，并尋求減小壓降的改進措施；另一方面為選擇泵或風機

16、的容量提供依據(jù)。另一方面為選擇泵或風機的容量提供依據(jù)。第16頁/共34頁流動阻力通常為流動阻力通常為2.4節(jié)所述的摩擦阻力節(jié)所述的摩擦阻力pi 和局部阻力和局部阻力p1 pa=2w22 1w22 (6.15)非定溫流情況下，還應考慮受熱流體受迫運動在流道非定溫流情況下，還應考慮受熱流體受迫運動在流道 下沉的浮升力的阻力。數(shù)值上它等于浮升力：下沉的浮升力的阻力。數(shù)值上它等于浮升力： ps=g(o )h (6.16) 下沉流動時，壓力降為正；上升流動時，壓力降為負。下沉流動時，壓力降為正；上升流動時，壓力降為負。因而上述情況下總的流動阻力為因而上述情況下總的流動阻力為 p=pf +p1 +pa +

17、ps (6.17)根據(jù)計算或測試求得的根據(jù)計算或測試求得的p，再由下式確定所需要的，再由下式確定所需要的 泵或風機的功率泵或風機的功率N： N=Vp /(1000 )， kW (6.18) V體積流量，體積流量，m3/s；p總阻力，總阻力，N/m2； 泵或風機效率泵或風機效率第17頁/共34頁圖圖6.7 p=f(w)曲線曲線 圖圖6.8 Eu=f(Re)曲線曲線第18頁/共34頁6.3 傳熱強化及結(jié)垢與腐蝕傳熱強化及結(jié)垢與腐蝕6.3.1 增強傳熱的基本途徑增強傳熱的基本途徑根據(jù)根據(jù) Q=KFt 可見，傳熱量可見，傳熱量 Q 的增加可以的增加可以通過提高傳熱系數(shù)通過提高傳熱系數(shù) K、擴展傳熱面積

18、、擴展傳熱面積 F、加大傳熱溫差加大傳熱溫差 t的途徑來實現(xiàn)。的途徑來實現(xiàn)。 1) 擴展傳熱面積擴展傳熱面積 F 2) 加大傳熱溫差加大傳熱溫差 t 3) 提高傳熱系數(shù)提高傳熱系數(shù) K增強傳熱的積極措施是提高傳熱系數(shù)。要改變增強傳熱的積極措施是提高傳熱系數(shù)。要改變傳熱系數(shù)就必須分析傳熱過程的每一項熱阻。傳熱系數(shù)就必須分析傳熱過程的每一項熱阻。第19頁/共34頁12122211212112111K可見，可見，K值比值比1和和2值都要小。那么加大傳熱值都要小。那么加大傳熱系數(shù)時，應加大哪一側(cè)的換熱系數(shù)更為有效？系數(shù)時，應加大哪一側(cè)的換熱系數(shù)更為有效？今將今將K對對1和和2分別求偏導。分別求偏導。2

19、2121222212211)(KK)(KK12第20頁/共34頁偏導數(shù)偏導數(shù)K1及及K2分別表示了傳熱系數(shù)分別表示了傳熱系數(shù)K隨隨1及及2 的增長率。如設的增長率。如設12，則可寫為，則可寫為 1 =n2，得：，得： K2 = n2 K1表明當表明當 1=n2 時候，時候，K值隨值隨2增長率要比隨增長率要比隨1 增長率大增長率大n2倍?？梢?，提高倍?？梢?，提高2對增強傳熱更為對增強傳熱更為 有效。亦即，應該使對流換熱系數(shù)小的那一項有效。亦即，應該使對流換熱系數(shù)小的那一項 增大，才能更有效地增加傳熱系數(shù)。增大，才能更有效地增加傳熱系數(shù)。翅片管能加強傳熱就是針對對流換熱系數(shù)小的翅片管能加強傳熱就是

20、針對對流換熱系數(shù)小的 一側(cè)加翅片，通過以薄翅片方式來增加傳熱面，一側(cè)加翅片，通過以薄翅片方式來增加傳熱面， 也就相當于使這一側(cè)的對流換熱系數(shù)增加，也就相當于使這一側(cè)的對流換熱系數(shù)增加， 從而提高以光管表面積為基準的傳熱系數(shù)。從而提高以光管表面積為基準的傳熱系數(shù)。第21頁/共34頁6.3.2 增強傳熱的方法增強傳熱的方法由于擴展傳熱面積及加大傳熱溫差常受到一由于擴展傳熱面積及加大傳熱溫差常受到一定條件限制，這里探討如何提高傳熱系數(shù)。定條件限制，這里探討如何提高傳熱系數(shù)。 1) 改變流體的流動情況改變流體的流動情況 2) 改變流體的物性改變流體的物性 3) 改變換熱表面情況改變換熱表面情況增強傳熱

21、按是否消耗外界能量分為兩類：增強傳熱按是否消耗外界能量分為兩類：被動式，即不需要直接使用外界動力，被動式，即不需要直接使用外界動力， 如加插入物、增加表面粗糙度等；如加插入物、增加表面粗糙度等；主動式，如外加靜電場、機械方法使傳主動式，如外加靜電場、機械方法使傳 熱表面振動等。這些技術可單獨使用，熱表面振動等。這些技術可單獨使用， 也可同時采用的稱為復合式強化。也可同時采用的稱為復合式強化。第22頁/共34頁圖圖6.10 垢阻與時間關系垢阻與時間關系 6.3.3 熱交換器的結(jié)垢與腐蝕熱交換器的結(jié)垢與腐蝕結(jié)垢結(jié)垢影響流動與傳熱影響流動與傳熱；腐蝕腐蝕影響熱交影響熱交 換器使用壽命。換器使用壽命。

22、1) 污垢類型污垢類型 結(jié)晶型污垢結(jié)晶型污垢；沉積型污垢沉積型污垢； 生物型污垢生物型污垢；其他其他2) 污垢熱阻污垢熱阻 污垢熱阻污垢熱阻rs或污垢系數(shù)或污垢系數(shù)hs: rs=s /s=1/hs m2/W單位面積上沉積量單位面積上沉積量m，垢阻垢阻rs、 垢密度垢密度s、垢的導熱系數(shù)、垢的導熱系數(shù)s 及沉積厚度及沉積厚度s 之間有以下關系：之間有以下關系： m=s s=s s rs第23頁/共34頁3) 腐蝕類型及腐蝕測試腐蝕類型及腐蝕測試由于所接觸介質(zhì)的作用使材料遭受損害、由于所接觸介質(zhì)的作用使材料遭受損害、性能惡化或破壞的過程稱為腐蝕。性能惡化或破壞的過程稱為腐蝕。腐蝕產(chǎn)物會形成污垢；污

23、垢也會引起腐蝕產(chǎn)物會形成污垢；污垢也會引起腐蝕，因此腐蝕與污垢的形成都不是腐蝕，因此腐蝕與污垢的形成都不是獨立的過程，兩者密切相關、相互影響。獨立的過程，兩者密切相關、相互影響。腐蝕種類很多，影響因素也很多。熱交腐蝕種類很多，影響因素也很多。熱交換器的材料、結(jié)構、參與熱交換的流體換器的材料、結(jié)構、參與熱交換的流體種類、成分、溫度、流速等都影響腐蝕。種類、成分、溫度、流速等都影響腐蝕。腐蝕類型腐蝕類型溶解氧腐蝕；電偶腐蝕；縫隙腐蝕；點腐蝕；應力溶解氧腐蝕；電偶腐蝕；縫隙腐蝕；點腐蝕；應力腐蝕開裂腐蝕開裂(SCC)；磨損腐蝕；氫危害；微生物腐蝕；磨損腐蝕；氫危害；微生物腐蝕圖圖6.12 腐蝕率腐蝕

24、率-時間曲線圖時間曲線圖第24頁/共34頁腐蝕測試腐蝕測試金屬遭受腐蝕后，其重量、厚度、機械性能、組織金屬遭受腐蝕后，其重量、厚度、機械性能、組織結(jié)構等都會發(fā)生變化。常用深度表示腐蝕率。結(jié)構等都會發(fā)生變化。常用深度表示腐蝕率。金屬腐蝕的深度表示法是用單位時間金屬腐蝕的深度表示法是用單位時間 (通常以年計通常以年計)的腐蝕深度來表示腐蝕率，我國常用單位的腐蝕深度來表示腐蝕率，我國常用單位mm/yr。以深度表示的腐蝕率可按下式計算：以深度表示的腐蝕率可按下式計算： K1=(m1 m2 )2436510-3/(A) =Km 2436510-3/， mm/yr m1、m2腐蝕前后掛片質(zhì)量，腐蝕前后掛片

25、質(zhì)量，g；A掛片表面積，掛片表面積，m2； 掛片試驗的時間，掛片試驗的時間，h；掛片密度，掛片密度，g/cm3，對鋼，對鋼， 7.8 g/cm3；Km以失重表示的腐蝕率，以失重表示的腐蝕率，g/(m2h)。第25頁/共34頁耐腐蝕性耐腐蝕性分類分類耐蝕性耐蝕性等級等級腐蝕速度，腐蝕速度，mm/yr 完全耐蝕完全耐蝕110.0表表6.1 均勻腐蝕的十級標準均勻腐蝕的十級標準4) 腐蝕的防止腐蝕的防止加添加劑加添加劑電化學保護電化學保護采用耐腐蝕材料采用耐腐蝕材料 或涂或涂(鍍鍍)層層改進結(jié)構設計改進結(jié)構設計控制運行工況控制運行工況熱交換器的清洗熱交換器的清洗第26頁/共34頁 6.4 熱交換器的

26、優(yōu)化設計簡介熱交換器的優(yōu)化設計簡介熱交換器優(yōu)化設計，是要求所設計的熱交換器熱交換器優(yōu)化設計，是要求所設計的熱交換器在滿足一定要求下，一個或數(shù)個指標達到最好。在滿足一定要求下，一個或數(shù)個指標達到最好?！敖?jīng)濟性經(jīng)濟性”常常成為熱交換器優(yōu)化設計目標。常常成為熱交換器優(yōu)化設計目標。 通過優(yōu)化設計，使這個目標函數(shù)通過優(yōu)化設計，使這個目標函數(shù)“經(jīng)濟性經(jīng)濟性” 達到最佳值，亦即達到最經(jīng)濟。達到最佳值，亦即達到最經(jīng)濟。實際問題要求不同，如有的要實際問題要求不同，如有的要求求阻力最小；阻力最??； 有的要求傳熱面最小等等，因而就有不同的有的要求傳熱面最小等等，因而就有不同的 目標函數(shù)。目標函數(shù)目標函數(shù)。目標函數(shù)F

27、(X)可寫作可寫作： F(X)F(x1，x2，xn)最優(yōu)化問題的一般形式可表達為最優(yōu)化問題的一般形式可表達為 minF(X)約束條件約束條件：hi (X)=0 (i=1，2，m) gj (X)0(j=1，2，l)第27頁/共34頁 6.5 熱交換器性能評價熱交換器性能評價一臺符合生產(chǎn)需要又較完善的熱交換器一臺符合生產(chǎn)需要又較完善的熱交換器應滿足幾項基本要求：應滿足幾項基本要求： 1) 保證滿足生產(chǎn)過程所要求的熱負荷；保證滿足生產(chǎn)過程所要求的熱負荷； 2) 強度足夠及結(jié)構合理；強度足夠及結(jié)構合理； 3) 便于制造、安裝和檢修；便于制造、安裝和檢修； 4) 經(jīng)濟上合理。經(jīng)濟上合理。6.5.1 熱交

28、換器的單一性能評價法熱交換器的單一性能評價法熱交換器的熱性能，采用了一些單一的熱熱交換器的熱性能，采用了一些單一的熱 性能指標，如：冷、熱流體的溫度效率性能指標，如：冷、熱流體的溫度效率：熱交換器效率熱交換器效率 (即有效度即有效度) =Q/Qmax；傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) K；壓降壓降 p。冷流體溫升熱流體溫降兩流體進口溫差冷流體溫升h hc cE EE E;第28頁/共34頁6.5.2 傳熱量與流動阻力損失相結(jié)合的熱性能評價法傳熱量與流動阻力損失相結(jié)合的熱性能評價法單一地或同時分別用傳熱量和壓力降的絕對值大小單一地或同時分別用傳熱量和壓力降的絕對值大小， 難于比較不同熱交換器之間或熱交換器傳熱強

29、化前后難于比較不同熱交換器之間或熱交換器傳熱強化前后 的熱性能的高低。較為科學的辦法應該是把兩個量相的熱性能的高低。較為科學的辦法應該是把兩個量相 結(jié)合結(jié)合，采用比較這些量的相對變化的大小。采用比較這些量的相對變化的大小。以流體消耗單位功率以流體消耗單位功率N所得傳遞的熱量所得傳遞的熱量Q，即即Q/N作為作為 評價熱交換器性能的指標。它把傳熱量與阻力損失結(jié)評價熱交換器性能的指標。它把傳熱量與阻力損失結(jié) 合在一個指標中加以考慮了合在一個指標中加以考慮了，但不足之處是該項指標但不足之處是該項指標 仍只從能量利用的數(shù)量上來反映熱交換器的熱性能。仍只從能量利用的數(shù)量上來反映熱交換器的熱性能。第29頁/

30、共34頁6.5.3 熵分析法熵分析法熱力學第二定律知，對于熱交換器中的傳熱過程，由于存熱力學第二定律知，對于熱交換器中的傳熱過程，由于存在冷、熱流體間的溫差以及流動中的壓力損失，必然是一在冷、熱流體間的溫差以及流動中的壓力損失，必然是一個不可逆過程，也就是熵增過程。個不可逆過程，也就是熵增過程。雖然熱量與阻力是兩種不同的能量形態(tài)，但是都可以通過雖然熱量與阻力是兩種不同的能量形態(tài)，但是都可以通過熵的產(chǎn)生來分析它們的損失情況。本杰熵的產(chǎn)生來分析它們的損失情況。本杰(Bejan A)提出使用提出使用熵產(chǎn)單元數(shù)熵產(chǎn)單元數(shù)Ns (Number of Entropy Production Units)作為

31、作為評定熱交換器熱性能的指標。他定義評定熱交換器熱性能的指標。他定義 Ns 為熱交換器系統(tǒng)為熱交換器系統(tǒng)由于過程不可逆性而產(chǎn)生的熵增由于過程不可逆性而產(chǎn)生的熵增S與兩種傳熱流體中熱容與兩種傳熱流體中熱容量較大流體的熱容量量較大流體的熱容量Cmax 之比，即：之比，即： Ns =S / Cmax (6.24) (6.25)1sTT1TTdxdppqmN第30頁/共34頁6.5.4 火用分析法火用分析法從能源合理利用的角度來評價熱交換器的熱性能，從能源合理利用的角度來評價熱交換器的熱性能， 還可以應用火用分析法。還可以應用火用分析法。以熱交換器的火用效率作為衡量熱交換器熱性能以熱交換器的火用效率作為衡量熱交換器熱性能 的指標，并定義火用效率為的指標，并定義火用效率為： 式中式中：E1, i、E1, o分別為熱流體流入、流出的總火用；分別為熱流體流入、流出的總火用； E2, i、E2, o分別為冷流體流入、流出的總火用。分別為冷流體流入、流出的總火用。 可將此火用效率表達為三種效率的積：可將此火用效率表達為三種效率的積： e=t e,T e,P其中其中：t 為熱交換器熱效率，即冷流體的吸熱量為熱交換器熱效率，即冷流體的吸熱量 Q2與流體與流體的放熱量的放熱量Q1之比之比 (t =Q2 /Q1)，反映了熱交換器的保溫性能。，反映了熱交換器的保溫