板式換熱器的計(jì)算方法

 

　　板式換熱器的計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，目前比較流行的方法是對數(shù)平均溫差法和NTU法。在計(jì)算機(jī)沒有普及的時(shí)候，各個(gè)廠家大多采用計(jì)算參數(shù)近似估算和流速-總傳熱系數(shù)曲線估算方法。目前，越來越多的廠家采用計(jì)算機(jī)計(jì)算，這樣，板式換熱器的工藝計(jì)算變得快捷、方便、準(zhǔn)確。以下簡要說明無相變時(shí)板式換熱器的一般計(jì)算方法，該方法是以傳熱和壓降準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 

 

以下五個(gè)參數(shù)在板式換熱器的選型計(jì)算中是需要的： 

 

·      總傳熱量(單位:kW). 

 

·      一次側(cè)、二次側(cè)的進(jìn)出口溫度

 

·      一次側(cè)、二次側(cè)的允許壓力降 

 

·      工作溫度

 

·      工作壓力 

 

    如果已知傳熱介質(zhì)的流量，比熱容以及進(jìn)出口的溫度差，總傳熱量即可計(jì)算得出。 

 

   溫度

 

T1 = 熱側(cè)進(jìn)口溫度 

T2 = 熱側(cè)出口溫度 

t1 = 冷側(cè)進(jìn)口溫度 

t2= 冷側(cè)出口溫度 

 

   熱負(fù)荷 

 

　　熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系，在換熱器保溫良好，無熱損失的情況下，對于穩(wěn)態(tài)傳熱過程，其熱流量衡算關(guān)系為：

 ?。崃黧w放出的熱流量）=（冷流體吸收的熱流量）

 　　在進(jìn)行熱衡算時(shí)，對有、無相變化的傳熱過程其表達(dá)式又有所區(qū)別。

 　　（1） 無相變化傳熱過程

 　　　 

　　式中

 　　　Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W；

 　　　mh,mc-----熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；　

 　　　Cph,Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；

 　　　T1,t1 ------熱、冷流體的進(jìn)口溫度，K；

 　　　T2,t2------熱、冷流體的出口溫度，K。

 

　?。?）有相變化傳熱過程

 　　兩物流在換熱過程中，其中一側(cè)物流發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其熱流量衡算式為：

 　　　一側(cè)有相變化

 　　　　　　　　　　 

　　　兩側(cè)物流均發(fā)生相變化 ，如一側(cè)冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過程 

　　　　　　　　　　 

　　式中

 　　　　r,r1,r2--------物流相變熱，J/kg；

 　　　　D,D1,D2--------相變物流量，kg/s。

 　　對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時(shí)的熱流量衡算，則應(yīng)按以上方法分段進(jìn)行加和計(jì)算。

 

       對數(shù)平均溫差(LMTD) 

 

　　對數(shù)平均溫差是換熱器傳熱的動(dòng)力，對數(shù)平均溫差的大小直接關(guān)系到換熱器傳熱難易程度.在某些特殊情況下無法計(jì)算對數(shù)平均溫差,此時(shí)用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差，介質(zhì)在逆流情況和在并流情況下的對數(shù)平均溫差的計(jì)算方式是不同的。 在一些特殊情況下，用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差。 

 

 

 

 

 

 

逆流時(shí)：

 

 

 

并流時(shí)：

 

 

 

   熱長(F)

 

    熱長和一側(cè)的溫度差和對數(shù)平均溫差相關(guān)聯(lián)。 F = dt/LMTD

 

   以下四個(gè)介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱 

 

    密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)

 

   總傳熱系數(shù) 

 

    總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個(gè)參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構(gòu)成。單位：W/m2 ℃ or kcal/h,m2 ℃. 

 

   壓力降

 

    壓力降直接影響到板式換熱器的大小，如果有較大的允許壓力降，則可能減少換熱器的成本，但會(huì)損失泵的功率，增加運(yùn)行費(fèi)用。一般情況下，在水水換熱情況下，允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接受的。 

 

   污垢系數(shù)

 

   和管殼式換熱器相比，板式換熱器中水的流動(dòng)是處于高湍流狀態(tài)，同一種介質(zhì)的相對于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在無法確定水的污垢系數(shù)的情況下，在計(jì)算時(shí)可以保留一部分富裕量。

 

   計(jì)算方法 

 

熱負(fù)荷可以用下式表示： 

 

Q = m · cp · dt 

 

Q = k · A · LMTD

 

Q = 熱負(fù)荷 (kW)

 m = 質(zhì)量流速 (kg/s) 

cp = 比熱 (kJ/kg ℃) 

dt = 介質(zhì)的進(jìn)出口溫度差 (℃) 

k = 總傳熱系數(shù) (W/m2 ℃) 

A = 傳熱面積 (m2) 

LMTD = 對數(shù)平均溫差 

 

總的傳熱系數(shù)用下式計(jì)算： 

 

其中：

 k=總傳熱系數(shù)(W/m2 ℃)

 α1 = 一次測的換熱系數(shù)(W/m2 ℃) 

α2 = 一次測的換熱系數(shù)(W/m2 ℃)

 δ=傳熱板片的厚度(m)

 λ=板片的導(dǎo)熱系數(shù) (W/m ℃) 

R1、R2分別是兩側(cè)的污垢系數(shù) (m2 ℃/W) 

 

α1、α2可以用努賽爾準(zhǔn)則式求得。