1
第二讲,
§ 6.3余热利用设备及其热工计算
一, 本课的基本要求：
1,掌握换热器的工作原理, 会换热器的设计与校核计算 。
2,了解蓄热室的工作原理及计算 。
二, 本课的重点, 难点：
本课的重点是换热器的工作原理及计算, 关键在于求出 k,Δtcp
第六章 综合传热计算
2
§ 6.3余热利用设备及其热工计算
利用余热利用设备可以节约燃料和提高燃烧温度 。
一, 换热器
1,换热器内流体的流动方式及水当量
顺流式：热流体与冷流体流向相同 。
逆流式：热流体与冷流体流向相反 。
叉流式：热流体与冷流体流向相交叉 。
其他流动方式都是以上三种方式的组合。
第六章 综合传热计算
3
换热器内流体的流动方式 （ a） 顺流 （ b） 逆流 （ c） 叉流
（ d） 折流 （ e） 顺叉流 （ f） 逆叉流
第六章 综合传热计算
4
在整个换热器内，热流体与冷流体之间有,
用水当量表示为,
2,换热器的热工计算
（ 1） 基本公式
q=k Δtcp W/m3 Q=Kt cpA W
（ 2） 平均温差 Δt cp,
)tt(cM)tt(cM '
2
"
222
"
1
'
111
-=-
)tt(W)tt(W '
2
"
22
"
1
'
11
-=-
℃
'
"
'"
cp
t
tln
ttt
D
D
D-D=D
第六章 综合传热计算
5
当流体不是简单的顺流或逆流时，则平均温差计算式中应乘以修正系
数 εΔt，即
℃ （顺流）
)tt(
)tt(ln
)tt()tt(t
'
2
'
1
"
2
"
1
'
2
'
1
"
2
"
1
cp
-
-
---=D
℃
'
"
'"
tcp t
tln
ttt
D
D
D
-De=D
D
℃ （逆流）
)tt(
)tt(ln
)tt()tt(t
2
'
1
‘2"1
'
2
'
1
"
2
"
1
cp
-
-
---=D
"
第六章 综合传热计算
6
εΔt的推导结果已整理成计算线图, 见附图 6。 图中的 R及 P是水当量的比值及
换热器的加热温度效率 。 它们的定义式分别为：
结论：
l） εΔt越大, 则 Δtcp也越大 。
2） P值一定时, R值越小则 εΔt值越大 。
3） R值一定时, P值越小则 εΔt值越大 。
4）当 R及 P值一定时，流体的流程数越多则 εΔt
越大 。
'
2
'
1
'
2
"
2
tt
ttR
-
-==
两流体的进口温度
冷流体的加热度
2
1
'
2
"
2
"
1
'
1
W
W
tt
ttR =
-
-==
冷流体的加热度
热流体的冷却度
第六章 综合传热计算
7
（ 3）传热系数 K：
或
3,换热器的效率及流体终温
顺流式换热器的效率为,
W/（ m2·℃ ）
21
11
1K
a+l
d+
a
=
W/（ m2·℃ ）A
AK
AAA
AKAKAKK
n
1i
ii
n21
nn2211
?
==
+++
+++=
L
L
（ 6-3-15a）
max
min
max
min
min
W
W1
)]WW1(WKAexp[1
+
+--
=e
第六章 综合传热计算
8
逆流式换热器的效率为,
写成函数关系式：
（ 6-3-15b）
max
min
max
min
min
W
W1
)]WW1(WKAexp[1
+
+--
=e
ε=f（ NTU，,流动方式） （ 6-3-16）
max
min
W
W
第六章 综合传热计算
9
顺流时 ε=f（ NTU,） 图
max
min
W
W
max
min
W
W逆流时 ε=f（ NTU,）图
第六章 综合传热计算
10
二, 蓄热室
第六章 综合传热计算
11
1．蓄热室内传热过程的特蓄热室内的传热过程是通道内的砖格子
（通道壁）交替地被加热及冷却，气体及砖格子的温度都在连续
地发生变化，属于不稳定导热过程。
蓄热室内与换热器内传热过程的比较图
（ a） — 换热器；（ b） — 蓄热室
第六章 综合传热计算
12
从图中看出, 砖格子通道表面温度随时间的变化规律为抛
物线型, 且加热期：
冷却期,
若取加热期及冷期内 K1的平均值为 0.67，则,
)tt(Ktt min,Wmax,W1min,Wcp 1,W +=D
)tt)(K1(tt min,Wmax,W1min,Wcp 2,W --+=D
)tt(31tt min,wmax,wcp 2,Wcp 1,W -=-
当 时, 05.073.0K 2dat-=3<2dat
第六章 综合传热计算
13
砖格表面温度及其平均温度图 加热期末及冷却期末砖格内
断面上的温度分布图
第六章 综合传热计算
14
加热期末砖体的平均温度
冷却期末砖体的平均温度
从以上分析可以看出, 蓄热室内气体与砖体间传热的特点与通过表面热通
量为常数的边界条件相接近 。
2,蓄热室内传热系数
1max,w
cp
1,k t3
2tt D-=D
2min,w
cp
2,k t3
2tt D+=D
kJ/(m2·℃ )
220
2
11
1]
3
)1(
c
1[
3
11
1K
ta+blt
db++
dr+ta
=
第六章 综合传热计算
15
蓄热室内通过砖格内部的热阻分为两部分：
一项为, 与蓄热能力有关；
另一项为, 与砖格在厚度方向上的导热
能力有关 。
c
1
dr
当 时,Rk最小5.020 ])1(3[ b+ bbt=d
0
2
3
)1(
blt
db+
返 回
第六章 综合传热计算
第二讲,
§ 6.3余热利用设备及其热工计算
一, 本课的基本要求：
1,掌握换热器的工作原理, 会换热器的设计与校核计算 。
2,了解蓄热室的工作原理及计算 。
二, 本课的重点, 难点：
本课的重点是换热器的工作原理及计算, 关键在于求出 k,Δtcp
第六章 综合传热计算
2
§ 6.3余热利用设备及其热工计算
利用余热利用设备可以节约燃料和提高燃烧温度 。
一, 换热器
1,换热器内流体的流动方式及水当量
顺流式：热流体与冷流体流向相同 。
逆流式：热流体与冷流体流向相反 。
叉流式：热流体与冷流体流向相交叉 。
其他流动方式都是以上三种方式的组合。
第六章 综合传热计算
3
换热器内流体的流动方式 （ a） 顺流 （ b） 逆流 （ c） 叉流
（ d） 折流 （ e） 顺叉流 （ f） 逆叉流
第六章 综合传热计算
4
在整个换热器内，热流体与冷流体之间有,
用水当量表示为,
2,换热器的热工计算
（ 1） 基本公式
q=k Δtcp W/m3 Q=Kt cpA W
（ 2） 平均温差 Δt cp,
)tt(cM)tt(cM '
2
"
222
"
1
'
111
-=-
)tt(W)tt(W '
2
"
22
"
1
'
11
-=-
℃
'
"
'"
cp
t
tln
ttt
D
D
D-D=D
第六章 综合传热计算
5
当流体不是简单的顺流或逆流时，则平均温差计算式中应乘以修正系
数 εΔt，即
℃ （顺流）
)tt(
)tt(ln
)tt()tt(t
'
2
'
1
"
2
"
1
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1
cp
-
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---=D
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1
‘2"1
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1
"
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1
cp
-
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第六章 综合传热计算
6
εΔt的推导结果已整理成计算线图, 见附图 6。 图中的 R及 P是水当量的比值及
换热器的加热温度效率 。 它们的定义式分别为：
结论：
l） εΔt越大, 则 Δtcp也越大 。
2） P值一定时, R值越小则 εΔt值越大 。
3） R值一定时, P值越小则 εΔt值越大 。
4）当 R及 P值一定时，流体的流程数越多则 εΔt
越大 。
'
2
'
1
'
2
"
2
tt
ttR
-
-==
两流体的进口温度
冷流体的加热度
2
1
'
2
"
2
"
1
'
1
W
W
tt
ttR =
-
-==
冷流体的加热度
热流体的冷却度
第六章 综合传热计算
7
（ 3）传热系数 K：
或
3,换热器的效率及流体终温
顺流式换热器的效率为,
W/（ m2·℃ ）
21
11
1K
a+l
d+
a
=
W/（ m2·℃ ）A
AK
AAA
AKAKAKK
n
1i
ii
n21
nn2211
?
==
+++
+++=
L
L
（ 6-3-15a）
max
min
max
min
min
W
W1
)]WW1(WKAexp[1
+
+--
=e
第六章 综合传热计算
8
逆流式换热器的效率为,
写成函数关系式：
（ 6-3-15b）
max
min
max
min
min
W
W1
)]WW1(WKAexp[1
+
+--
=e
ε=f（ NTU，,流动方式） （ 6-3-16）
max
min
W
W
第六章 综合传热计算
9
顺流时 ε=f（ NTU,） 图
max
min
W
W
max
min
W
W逆流时 ε=f（ NTU,）图
第六章 综合传热计算
10
二, 蓄热室
第六章 综合传热计算
11
1．蓄热室内传热过程的特蓄热室内的传热过程是通道内的砖格子
（通道壁）交替地被加热及冷却，气体及砖格子的温度都在连续
地发生变化，属于不稳定导热过程。
蓄热室内与换热器内传热过程的比较图
（ a） — 换热器；（ b） — 蓄热室
第六章 综合传热计算
12
从图中看出, 砖格子通道表面温度随时间的变化规律为抛
物线型, 且加热期：
冷却期,
若取加热期及冷期内 K1的平均值为 0.67，则,
)tt(Ktt min,Wmax,W1min,Wcp 1,W +=D
)tt)(K1(tt min,Wmax,W1min,Wcp 2,W --+=D
)tt(31tt min,wmax,wcp 2,Wcp 1,W -=-
当 时, 05.073.0K 2dat-=3<2dat
第六章 综合传热计算
13
砖格表面温度及其平均温度图 加热期末及冷却期末砖格内
断面上的温度分布图
第六章 综合传热计算
14
加热期末砖体的平均温度
冷却期末砖体的平均温度
从以上分析可以看出, 蓄热室内气体与砖体间传热的特点与通过表面热通
量为常数的边界条件相接近 。
2,蓄热室内传热系数
1max,w
cp
1,k t3
2tt D-=D
2min,w
cp
2,k t3
2tt D+=D
kJ/(m2·℃ )
220
2
11
1]
3
)1(
c
1[
3
11
1K
ta+blt
db++
dr+ta
=
第六章 综合传热计算
15
蓄热室内通过砖格内部的热阻分为两部分：
一项为, 与蓄热能力有关；
另一项为, 与砖格在厚度方向上的导热
能力有关 。
c
1
dr
当 时,Rk最小5.020 ])1(3[ b+ bbt=d
0
2
3
)1(
blt
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返 回
第六章 综合传热计算
