什么是热交换器分析-性能计算-定义

在对热交换器的分析中,通常可以方便地使用LMTD和U-FACTIV等术语。这些术语在热交换器分析中定义 - 性能计算。优德app热工程学

热交换器分析-热交换器计算

热交换器换热器在工业上是常用的,而换热器的合理设计取决于许多变量。在对热交换器的分析中,它通常很方便使用总传热系数w88优德备用网址 微博,被称为A.的u值。u因子是由类似的表达式定义的牛顿冷却定律此外,工程师亦采用对数平均温差(lmtd.),以确定换热器传热的温度驱动力。w88优德备用网址 微博

特别参考:John R. Thome, Engineering Data Book III。Wolverine Tube公司,2004年。

这些术语和方法,被广泛用于选择合适的换热器,如下所述。

热交换器分析-性能计算

总传热系数w88优德备用网址 微博

u因素-总传热系数w88优德备用网址 微博一个热交换器通常涉及用固体壁分开的两个流动的流体。工业中遇到的许多传热过程w88优德备用网址 微博涉及复合系统,甚至涉及两者的组合传导对流。热量首先通过对流从热流体传递到壁面,通过传导通过壁面,再通过对流从壁面传递到冷流体。

对于这些复合系统,使用总传热系数w88优德备用网址 微博,被称为A.的u值。u因子是由类似的表达式定义的牛顿冷却定律:

总传热系数-方程w88优德备用网址 微博

总传热系数,U,w88优德备用网址 微博总热阻这取决于问题的几何形状。例如,w88优德备用网址 微博在一个蒸汽发生器包括从反应堆冷却剂本体到蒸汽发生器内管表面的对流,通过管壁的传导,以及从外管表面到二次侧流体的对流(沸腾)。

对于换热器的联合换热情况,h有两个值,即管w88优德备用网址 微博内流体膜的对流换热系数(h)和管外流体膜的对流换热系数。的导热系数(k)和管壁厚度(Δx)也必须计算在内。

平面壁面总传热系w88优德备用网址 微博数
u因素-总传热系数w88优德备用网址 微博
整体传热系数-圆w88优德备用网址 微博柱管
通过多层圆柱形w88优德备用网址 微博或球形壳体可以像多层平面墙一样处理稳定的热传递。

整体传热系数-圆w88优德备用网址 微博柱管

在线监测商业热交换器是通过跟踪总传热系数w88优德备用网址 微博,因为整体传热系数随着时间的推移趋于下降w88优德备用网址 微博污染。通过周期性地计算从交换器流速和温度的总传热系数,热交换器的操作员可以估计热交换器w88优德备用网址 微博的寿命。
污染 - 污垢因素
在线监测商业热交换器是通过跟踪总传热系数w88优德备用网址 微博,因为整体传热系数随着时间的推移趋于下降w88优德备用网址 微博污染污垢是不需要的物质在固体表面的堆积,从而损害功能。污染物质可以是生物,也可以是非生物物质(矿物质或有机化合物)。这层沉积物代表额外的热传递阻力w88优德备用网址 微博并导致热交换器中的传热速率降低。w88优德备用网址 微博因此,污染在热交换器中降低热效率,降低热通量,增加热侧的温度,降低冷侧的温度,诱导沉积腐蚀,增加了冷却水的使用。这些积累对热传递的净效应由a表示w88优德备用网址 微博污垢系数, Rf,是污垢引入的整体热阻的度量。

对数平均温差- LMTD

为了解决换热器的某些问题,工程师经常使用对数平均温差,用于确定换热器传热的温度驱动力。w88优德备用网址 微博lmtd.引入的原因是,换热器从入口到出口的温度变化是不是线性的

通过以下w88优德备用网址 微博等式给出通过在给定位置处的热交换器壁的热传递:

总传热系数-方程w88优德备用网址 微博

对数平均温差-例子这里的价值总传热系数w88优德备用网址 微博可以假定为常数。另一方面,温差随着位置的变化而不断变化(特别是在逆流布置中)。为了确定总热流,可以利用元素面积和所在位置的温差对热流求和,也可以方便工程师对温差值取平均值。如果我们能定义a,热交换器方程就能更容易地求解“平均温差”(MTD)。从图中可以看出,温差沿流量方向变化,算术平均可能不是真实的平均,因此工程师使用对数平均温差。“对数平均温差(LMTD)是换热器两端的冷热进料之间的温差的对数平均值。LMTD越大,传递的热量越多。从图中可以看出,温差沿流量方向变化,算术平均可能不是真正的平均。

对于具有两端的热交换器(我们称之为“A”和“B”),在任一侧进入或退出,LMTD定义为:

对数平均温差-定义

热量传递w88优德备用网址 微博是:

LMTD  -w88优德备用网址 微博 传热方程

这既适用于平行流量排列,其中流从相同的目端进入,并且用于反流装置,在那里它们从不同的目的进入。

在交叉流动中,其中一个系统通常是传热表面上所有点的散热器具有相同的标称温度,交换热和LMTD之间的类似关系,但具有校正因子。w88优德备用网址 微博其他更复杂的几何形状也需要校正因子,例如具有挡板的壳和管交换器。

LMTD -冷凝器和锅炉

蒸汽发生器-逆流热交换器
典型压水堆蒸汽发生器的温度梯度。

蒸汽发生器冷凝器还有在核设施中发现元件的例子的概念吗lmtd.是解决某些问题所必需的。当过冷水进入蒸汽发生器时,必须将其加热到沸点,然后必须蒸发。由于蒸发是在恒定温度下进行的,因此不能使用单一的LMTD。在这种情况下,换热器必须被视为两个或三个(当过热发生时)换热器的组合。

捏点 - 热交换器

这个设计还有另一个有趣的方面就是温差“捏”如果面积和流量设计不当,会限制热交换器的性能。夹点热交换器中冷热流体的温差在哪里最低限度在这个位置。

NTU有效方法

对数平均温差(LMTD)在先前部分中讨论的方法易于在热交换器分析中易于使用,当时热和冷流体的入口和出口温度是已知的,或者可以从能量平衡确定。因此,LMTD方法非常适合确定热交换器的尺寸和性能。

当LMTD的直接知识不可用而NTU方法(转移单位数量方法)可以使用。该方法基于一个无量纲参数,称为传热效率,定义为:w88优德备用网址 微博

NTU有效性方法-方程

可以看出,有效性是实际传热率和最大可能传热率之间的比率。w88优德备用网址 微博为了确定换热器的效率,我们必须首先确定最大可能的传热率,qw88优德备用网址 微博马克斯,用于热交换器。

进一步阅读:

  1. 传热传质基础,第七版。Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera。John Wiley & Sons, Incorporated, 2011。ISBN: 9781118137253。
  2. 传热和传质。尤努斯Cengel。麦格劳-希尔教育,2011年。ISBN: 9780071077866。

举例:换热器的计算

示例 - 热交换器计算 -  LMTD考虑一个平行流动热交换器,使用30°C可用的水将油从70°C冷却到40°C。出水温度为36℃。油的流量为1公斤/秒。油的比热为2.2 kJ/kg k。总传热系数w88优德备用网址 微博u = 200 w / m2K

计算对数平均温差。确定区域热交换器的性能。

  1. lmtd.

可以使用其定义计算对数平均温度差:

LMTD——示例

  1. 换热器面积

为了计算该换热器的面积,我们必须利用油的质量流量和LMTD计算热流量。

能量平衡-使用实例

该换热器所需面积可直接用一般传热方程计算:w88优德备用网址 微博

热交换器 - 计算

引用:
w88优德备用网址 微博热传递:
  1. 传热传质基础,第七版。Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera。John Wiley & Sons, Incorporated, 2011。ISBN: 9781118137253。
  2. 传热和传质。尤努斯Cengel。麦格劳-希尔教育,2011年。ISBN: 9780071077866。
  3. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,第2卷3。2016年5月。

核与反应堆物理学:

  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论介绍,第二辑,艾迪生 - 韦斯利,读书,马(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
  3. 《核反应堆物理》,北京:清华大学出版社,2001年。
  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第4版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. W.S.C.威廉姆斯。核子与粒子物理。克拉伦登出版社;1版,1991,ISBN: 978-0198520467
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  8. 美国能源、核物理和反应堆理论部。美国能源部基础手册,卷1和2。1993年1月。
  9. 保罗·罗伊斯,中子物理学。电子数据处理科学,2008。ISBN: 978 - 2759800414。

先进反应堆物理:

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  3. 李国强,核反应堆动力学,中国核科学研究院,1993,ISBN: 0-894-48453-2。
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参见:

换热器

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