传热系数变化的传热过程计算(5.6)--传热过程计算与换热器

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  在换热器中，随着传热过程的进行，流体温度沿传热面不断变化（流体发生相变时除外）。在稳态传热过程的计算中，一般均假设流体的物性及传热系数K为一平均值而在整个换热器的传热过程中维持恒定。当加热或冷却粘度较高的流体，或流体进出口温度变化较大时，流体物性的变化较显著，此时将物性和传热系数K作为常数处理时将导致传热过程计算的较大误差。
    减小这一误差的最简单处理方法是假定传热系数K与传热温差成线性关系。对于并流和逆流流动，忽略换热器散热损失，则传热速率可表示为
        （5-45）
式中传热温差Dt和传热系数K的下标1、2分别表示换热器两端。对于其他流动排布型式，作为一种近似计算方法，可在上式右侧乘以温差修正系数j加以校正，而温差Dt1、Dt2为按逆流情况计算的端部温差。
    对于传热系数变化的传热过程，更严格准确的方法是采用积分方法计算传热速率。由式（5-8）积分可得传热速率Q为
        （5-46）
联立式（5-3）和式（5-8），并积分可得换热器的传热面积A
        （5-47）
    如果已知cp、K、th与tc的函数关系，即可求出传热面积A，其中th与tc的关系由热量衡算方程确定。当cp、K、th与tc的函数关系复杂，不能用解析法求解上述积分时，可采用微元分段的计算方法，将每一个微元段j中的物性、传热系数Kj视为常数，分段计算微元段上的平均传热温差Dtmj和传热速率DQj。对于任一微元段dAj的传热速率方程可以写为
        （5-48）
对整个换热器而言的总传热速率为
        （5-49）
式中n为换热器所分微元的总段数。
对于换热器的总传热面积可以表示为
        （5-50）
分段方法计算传热过程的计算工作量较大，适合于采用计算机进行计算。