傳熱單元數(shù)法(又稱熱效率-傳熱單元數(shù)法

1、4-4-4 傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法(又稱熱效率又稱熱效率-傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法,即即 -NTU法法)一、傳熱效率一、傳熱效率實際傳熱速率和理論上可能的實際傳熱速率和理論上可能的最大傳熱速率之比最大傳熱速率之比.maxQQ 1. 定義定義:2. : 用最大可能的流體溫度變化量來計算用最大可能的流體溫度變化量來計算maxQ)tT()WC(Q11minPmax WCP稱為流體的稱為流體的熱容量流率熱容量流率, 下標下標min表示兩流體中熱容量流率表示兩流體中熱容量流率較小者較小者, 并將此流體稱為并將此流體稱為最小值流體最小值流體.3. 熱效率表達式熱效率表達式:若熱流體為最小值流體若熱流體為

2、最小值流體:若冷流體為最小值流體若冷流體為最小值流體:112111Phh21PhhhtTTT)tT(CW)TT(CW 111211Pcc12PccctTtt)tT(CW)tt (CW 可見可見: 若能得出熱效率若能得出熱效率 的值的值, 便可求出便可求出T2或或t2 .二二. 傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)NTU換熱器的有效長度可以表示為換熱器的有效長度可以表示為: L=H倍數(shù)倍數(shù) (H可稱為單元長度可稱為單元長度)dS) tT(KdtCWdTCWdQPccPhh 在四條假設基礎上在四條假設基礎上:dKnCWHPhhh dKnCWHPccc 均為長度因次均為長度因次, 稱為稱為傳熱單元長度傳熱單元長度.

3、21ttctTdt(NTU)21TThtTdT(NTU)均無因次均無因次, 稱為稱為傳傳熱單元數(shù)熱單元數(shù).其中其中:即即: L=Hh(NTU)h L=Hc(NTU)cPhhhCWKS)NTU(PcccCWKS)NTU(PhhCWKdStTdT PccCWKdStTdt PccttCWdLKntTdt21 PhhTTCWdLKntTdT21 21TTPhhtTdTdKnCWL 21ttPcctTdtdKnCWL 三三. 與與NTU 的關系的關系單程并流單程并流:(圖圖4-22)maxminmaxminminCC1CC1)NTU(exp1 maxpmaxminpmin)WC(C)WC(C minP

4、min)CW(KS)NTU( 單程逆流單程逆流:(圖圖4-23) maxminminmaxminmaxminminCC1)NTU(expCC1CC1)NTU(exp1四四. 解題步驟解題步驟已知已知: WhCPh WcCPc KS T1 t1 步驟步驟: 1.判斷最小值流體判斷最小值流體 4.由由 (或或 ) 2. 計算計算(NTU)min 和和 可求出可求出T2 (或或t2) 3. 計算或查圖得計算或查圖得 5.由熱平衡方程可求出由熱平衡方程可求出t2 (或或T2) maxminCC1121htTTT 1112ctTtt 第五節(jié)第五節(jié) 對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式4-5-1 對流傳熱

5、系數(shù)的影響因素對流傳熱系數(shù)的影響因素1.流體的種類和物性流體的種類和物性 4.流體是否發(fā)生相變流體是否發(fā)生相變 2.流體的溫度流體的溫度 5.流體流動的原因流體流動的原因 3.流體的流動狀態(tài)流體的流動狀態(tài) 6.傳熱面的形狀、位置和大小傳熱面的形狀、位置和大小對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)無相變無相變有相變有相變強制對流強制對流自然對流自然對流管內(nèi)管內(nèi)管外管外圓圓形形直直管管彎彎管管非非圓圓形形直直管管管束管束外的外的垂直垂直流動流動管管間間流流動動蒸蒸氣氣冷冷凝凝液液體體沸沸騰騰4-5-2對流傳熱過程的因次分析對流傳熱過程的因次分析一一. 流體無相變時的強制對流過程流體無相變時的強制對流過程)u,c

6、 , l (fP l 傳熱設備的特征尺寸傳熱設備的特征尺寸采用的因次分析方法：白金漢法采用的因次分析方法：白金漢法無因次準數(shù)的數(shù)目無因次準數(shù)的數(shù)目 i=n-m=7-4=3直接寫出三個準數(shù)直接寫出三個準數(shù) 1 2 3準數(shù)式為：準數(shù)式為： 1 = （ 2 ， 3 ）PrcRe lu Nulp321 Pr) Re,(fNu 舉例舉例1舉例舉例2Nu: 努賽爾特準數(shù)努賽爾特準數(shù)Re: 雷諾準數(shù)雷諾準數(shù) Pr: 普蘭特準數(shù)普蘭特準數(shù)Gr: 格拉斯霍夫準數(shù)格拉斯霍夫準數(shù)二二. 自然對流傳熱過程自然對流傳熱過程)tg,c , l (fP Grtgl Nul 22331 )Gr Re,(fNu Prc p 3

7、對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)無相變無相變有相變有相變強制對流強制對流自然對流自然對流管內(nèi)管內(nèi)圓圓形形直直管管彎彎管管非非圓圓形形直直管管管束管束外的外的垂直垂直流動流動管管間間流流動動蒸蒸氣氣冷冷凝凝液液體體沸沸騰騰繼續(xù)繼續(xù)管外管外返回返回直列直列正三角形錯列正三角形錯列正方形錯列正方形錯列流流動動方方向向返回返回直列直列正三角形錯列正三角形錯列正方形錯列正方形錯列流流動動方方向向流體在錯列管束外流過流體在錯列管束外流過33060330.PrRe.Nu 流體在直列管束外流過流體在直列管束外流過33060260.PrRe.Nu 園缺擋板時園缺擋板時,殼方流體殼方流體: 31550360PrRe.Nu

8、. 對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)無相變無相變有相變有相變強制對流強制對流自然對流自然對流管內(nèi)管內(nèi)圓圓形形直直管管彎彎管管非非圓圓形形直直管管管束管束外的外的垂直垂直流動流動管管間間流流動動蒸蒸氣氣冷冷凝凝液液體體沸沸騰騰強制湍流強制湍流低粘度：低粘度：np8 . 0iin8 . 0cudd023. 0:PrRe023. 0Nu 或或n=0.3 被冷卻被冷卻n=0.4 被加熱被加熱返回返回管外管外 pcPr luRe lNu Pr) Re,(fNu 對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)無相變無相變有相變有相變強制對流強制對流自然對流自然對流管內(nèi)管內(nèi)圓圓形形直直管管彎彎管管非非圓圓形形直直管管管束管束外的外的垂直

9、垂直流動流動管管間間流流動動蒸蒸氣氣冷冷凝凝液液體體沸沸騰騰繼續(xù)繼續(xù)管外管外1. 液膜兩側(cè)的溫差液膜兩側(cè)的溫差t 液膜層流時液膜層流時, 若若t減小減小, 冷凝速率減小冷凝速率減小, 液膜減薄液膜減薄; 2.流體物性流體物性 密度密度, 粘度粘度, 導熱系數(shù)導熱系數(shù), 冷凝潛熱影響冷凝傳熱系數(shù)冷凝潛熱影響冷凝傳熱系數(shù); 3.蒸氣的流速和方向蒸氣的流速和方向 與液流同向與液流同向, ; 反向反向, ; 反向但速度反向但速度 很大很大, 液膜被吹離壁面液膜被吹離壁面, 急劇增大急劇增大; 4.蒸氣中不凝氣體的含量高蒸氣中不凝氣體的含量高, ; 5.冷凝壁面的影響冷凝壁面的影響返回返回膜狀冷凝膜狀冷凝滴狀冷凝滴狀冷凝有利于減薄液膜厚度的因素有利于減薄液膜厚度的因素:返回返回液體沸騰液體沸騰管內(nèi)沸騰管內(nèi)沸騰(如蒸發(fā)如蒸發(fā))大容積沸騰大容積沸騰(如精餾塔釜如精餾塔釜)泡核沸騰泡核沸騰膜狀沸騰膜狀沸騰不穩(wěn)定膜狀沸騰不穩(wěn)定膜狀沸騰T溫度增加方向溫度增加方向返回返回第五節(jié)第五節(jié) 對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式 對流傳熱系數(shù)的影響因素對流傳熱系數(shù)的影響因素:1.流體的種類和物性流體的種類和物性 4.流體是否發(fā)生相變流體是否發(fā)生相變 2.流體的溫度流體的溫度 5.流體流動的原因流體流動的原因 3.流體的流動狀態(tài)流體的流動狀態(tài) 6.傳熱面的形狀、位置和大小傳熱面的形狀、位置和大小