同样，物体单位表面积的有效辐射称为有效辐射密度，用J表示。根据定义有J=e+ρG=εσT4+ρG 3.平板间的辐射换热设有两块靠的很近且平行放置的平板，不仅都是灰体，而且都是“朗伯表面”，如图3-13所示。根据发射率的定义及斯蒂芬-波尔兹曼定律，可知e=εeb=εσT4 投射辐射是指由外界投射在物体表面的辐射。......
2023-06-23
换热器的换热能力优化技巧
【摘要】：因而,用经典的对数平均温差的方法来确定换热器的换热能力,显然是不适用的。换热器中另一个重要问题是要求各回路之间的温度非常接近,即换热流体之间的温差非常小。对于理想的换热器,换热温差应接近零。考虑不可逆损失和LNG装置换热器的换热能力的要求,需要尽量减少损失,提高装置运行的经济性,因此使用高效率的换热器是基本原则。
准确评估换热器的换热能力是非常复杂的,因为换热器工作在低温条件下,流体在流动过程中温度变化大,流体的性能变化也比较大;而且在同一换热器中,还有多股流体进行换热的情况,换热过程中有显热和潜热的交换(如蒸发或冷凝时发生的相变过程)发生。因而,用经典的对数平均温差的方法来确定换热器的换热能力,显然是不适用的。
换热器中另一个重要问题是要求各回路之间的温度非常接近,即换热流体之间的温差非常小。对于理想的换热器,换热温差应接近零。但实际使用的换热器面积不可能设计得太大,需要有一定的温差来传递热量。由于温差的存在,会引起一定的不可逆损失。考虑不可逆损失和LNG装置换热器的换热能力的要求,需要尽量减少损失,提高装置运行的经济性,因此使用高效率的换热器是基本原则。
对于最简单的套管式换热器,两股流体相对流动,流体温度沿换热器管路的长度方向变化,其换热效率可按单股流体的温差与换热器最大温差之比来确定:
式中,T1i为热流体进口温度;T1o为热流体出口温度;T2i为冷流体进口温度。
各股流体的温度变化如图5-21所示。
另一个概念是传热单元数N,定义为
式中,K为总的传热系数[W/(m2·K)];A为有效换热面积(m2);Q1为流体温升1℃的热量(W/K);cp为流体的比定压热容[J/(kg·K)];qm为流体的质量流量(kg/s);ε为效率。则效率的表达式可改写为
图5-21 套管式换热器温度变化
确定换热器的面积的方法如下:
1)根据所希望的进、出口温度来计算所要求的效率。
2)根据方程计算所要求的N值。
3)先估计管径D,根据管内努塞尔数Nu值计算表面传热系数h1。
4)计算传热系数K,对于上述的简单例子,总的传热系数为
5)根据式(5-2)用已经计算出的N和K,以及给定的质量流量qm和流体温度升高1℃所需的热量Q1,计算所需的管路换热面积为
式中,λ为热导率。
6)根据换热面积计算管路的长度,如果管路太长或太短,改变直径重新从步骤3)开始计算。
7)计算内外管的压降,如果压降太大,增大管路直径,重新从步骤3)开始计算。
换热器中传递的热量为
Q=Q1(T1i-T1o) (5-9)式中,Q为传递的热量(J);T1i、T1o为内、外管温度(K)。
可以看出,这样简单的换热器至少也要重复计算2次以上,才能得出换热器的面积。考虑到计算速度、精度和效率等因素,即使是这样简单的情况也需要应用计算程序。
因为相变和物性的变化,温度-焓方法常用于确定LNG换热器。传热量可以表达为
式中,h为比焓(J/kg);下标1代表热流体;下标2代表冷流体;下标i代表进口;下标o代表出口。
式(5-9)和式(5-10)都可以写成微分方程的形式,然后沿换热器的长度或流体热焓的坐标积分。
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2023-10-11
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