操作型換熱器流體出口溫度的確定

1、第27卷第5期 遼 寧 工 學(xué) 院 學(xué) 報 V ol.27,No.52007年10月 Journal of Liaoning Institute of Technology Oct.2007收稿日期:2006-10-10作者簡介:閆紹峰(1963-,男,遼寧錦州人,副教授,碩士。操作型換熱器流體出口溫度的確定閆紹峰1,隋博遠(yuǎn)1,2,李 紅3,王錦闊4(1.遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院,遼寧 錦州 121001;2. 遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 遼寧 錦州 121001; 3. 錦州石化實業(yè)公司 冷換設(shè)備制造廠, 遼寧 錦州 121001; 4. 錦州石化公司 技術(shù)發(fā)展處, 遼寧 錦州, 12

2、1001摘 要:操作型換熱器計算在換熱器的設(shè)計中歷來都是難點(diǎn),其解決辦法一般都采用試差法或傳熱單元法(圖表法,缺點(diǎn)是計算過程繁鎖、精度低。通過理論分析,推導(dǎo)出流體出口溫度。結(jié)合計算機(jī)技術(shù),其計算過程簡捷,且精度高。關(guān)鍵詞:換熱器;解析式;熱量平衡;流量中圖分類號:O351 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1005-1090(200705-0325-02Determination of Fluid Outlet Temperature for OperationalHeat ExchangerYAN Shao-feng 1 , SUI Bo-yuan 1,2 , LI Hong 3, W ANG Ji

3、n-kuo 4(1. Mechanical Engineering & Automation College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China; 2. Liaoning Petrochemical Occupation College ,Jinzhou 121001,China; 3. Cold Exchanger Plant of Petrochemical Company ,Jinzhou ,Jinzhou 121001,China; 4. Tech-development Sector, Jinzhou P

4、etro Chemical Co, Jinzhou 121001, China Key words: heat exchanger; analytical equation; heat budget; discharge amountAbstract: The computation of the fluid outlet temperature in the operational heat exchanger has always been the thorny point in the design of the heat exchanger. The most commonly use

5、d solutions to this point are known as the trial and error method and the heat transfer unit method (charts, which have the shortcomings in complex computation and low precision. Based on the theoretical analysis, the fluid outlet temperature has been inferred with the combination of the computer te

6、chnology. The new computation is simple and direct, having high degree of precision.在實際設(shè)計中,換熱器的操作型計算問題是經(jīng)常遇到的,常見的有兩種命題形式,第一類命題是給定傳熱面積以及有關(guān)尺寸,冷、熱流體的物理性質(zhì),冷、熱流體的流量和進(jìn)口溫度以及流體的流動方式,求冷、熱流體的出口溫度;第二類命題是給定傳熱面積以及有關(guān)尺寸,冷、熱流體的物理性質(zhì),熱流體的流量和進(jìn)、出口溫度,冷流體的進(jìn)口溫度以及流動方式,求冷流體的流量及出口溫度。無論哪一類命題,傳統(tǒng)方法一般都采用平均溫差法和傳熱單元法,其缺點(diǎn)是過程繁鎖,精度低,且

7、需要圖表求解。而本文是根據(jù)傳熱過程的基本方程式和熱量平衡方程式,推導(dǎo)出流體出口溫度,再利用編程技術(shù),即可求出流體出口溫度,整個過程簡捷、迅速,且精度較高。1 流體出口溫度的推導(dǎo)1.1 第一類命題:(以逆流為例第一類命題可由傳熱過程的基本方程式和熱量平衡方程式采用消元法求出流體出口溫度的解析式。傳熱過程基本方程式:326 遼寧工學(xué)院學(xué)報 第27卷12211221(ln(m T t T t Q KA KAt T t T t = (1 式中:Q 為傳熱速率(W ,K 為總傳熱系數(shù)(W/(m 2,A 為傳熱面積(m 2,t m 為傳熱平均溫差(,T 1,t 1為熱、冷流體進(jìn)口溫度(, T 2,t 2為

8、熱、冷流體出口溫度(。熱量平衡方程式:(21T T c q Q ph mh h = (2(12t t c q Q pc mc c = (3式中:h Q ,c Q 為分別為熱、冷流體的傳熱速率(W ,mh q ,mc q 為分別為熱、冷流體的質(zhì)量流量(kg/s ,ph c ,pc c 為分別為熱、冷流體的比熱 (J/kg。 由式(1和(2得: 1(ln21121221T T t t c q KAt T t T phmh = (4由式(2和(3得:pcmc phmh c q c q T T t t =(2112 (5 1212(t T T c q c q t pcmc ph mh +=(6將(5式

9、代入(4式整理有:+=pcmc ph mh c q c q KA t T t T 11exp /(2112 (7 將(6式代入(7式整理有:21111221(1(K K T K t K T =(812111212(1(t K K t T K K t +=式中:pcmc phmh c q c q K =1,=pcmc ph mh c q c q KA K 11exp 2. 1.2 第二類命題第二類命題必須直接處理非線性的傳熱基本方程式,采用迭代法逼近,直至設(shè)定值t 2和計算值t 2*之差小于規(guī)定的允許值即:*22t t . 計算過程:假設(shè)冷流體出口溫度t 2,由式(2和式(3可得mc q ,由此

10、計算給熱系數(shù)2和傳熱系數(shù)K ,再由(4式計算*2t ,如計算值*2t 和設(shè)定值相符t 2,則計算結(jié)果正確。否則應(yīng)俢正設(shè)定值,重新計算。2 流體出口溫度編程計算框圖2.1計算框圖圖1 第一類命題框圖圖2 第二類命題框圖2.2 應(yīng)用實例某氣體冷卻器,總傳熱面積為20 m 2,用以將流量為1.4 kg/s 的某氣體從50 冷卻,使用的冷卻水初溫為25 ,流量為0.215 kg/s ,換熱器的傳熱系數(shù)為230 w/(m ,氣體的平均比熱容為 1.0 kJ/(kg 。在C 語言環(huán)境下,按下Ctrl+F9后,只許輸入q mc 、q mh 、c ph 、c pc 、A 、K 、T 1、t 1等數(shù)值,即可計算出中間變量w 1、w 2、w 3 ,然后逆流計算輸入0,(按并流計算輸入0以外的任何數(shù)。再按alt+F5,并按回車鍵,即可得到運(yùn)算結(jié)果。逆流時T 2=34.992 ,t 2=48.413 ,(手工計算T 2=35 ,t 2=48.