换热器温度
换热器把热量从热流体传给冷流体,却不让两者混合。 拖动入口温度、流量和 UA,看出口温度、热负荷和有效度如何随之变化。
换热器把热量从热流体传给冷流体,却不让两者混合。 拖动入口温度、流量和 UA,看出口温度、热负荷和有效度如何随之变化。
换热器是一种把热量从一种流体传给另一种流体、又不让两者混合的设备。最常见的形状是「管套管」:热流体走内管,冷流体走外围的环形间隙,两者之间只隔着一层薄薄的金属壁。
它其实随处可见——汽车水箱、锅炉、冰箱盘管、空调冷凝器都是换热器。目标都一样:把不需要热量的地方的热量取走,送到有用的地方去。
换热器的表现取决于四件事:两股流体各自以多高温度进来、以多大流量流动,以及热量穿过管壁的难易。其中任何一项变化,出口温度、热负荷和有效度都会跟着改变。
拖动滑杆最能让这些取舍变得直观。比如把某一侧流量调大,那一侧的出口就更贴近它的入口温度;而把 UA 调大,两股流体就能交换更多热量,曲线之间的间距也随之拉开。
热流体进入内管,冷流体进入环隙。两者被一层实心管壁隔开,从不接触,只有热量能穿过去。
管壁在热侧更热,于是热量穿过它向更冷的流体传导。管壁两侧温差越大,这种传递越快。
两股流体反向流动,使热端与冷端始终相对,有用的温差得以一直保持下去。若改成顺流,两者从一开始温差很大,很快就缩小了。
实际传递的热量叫热负荷,它决定了两股流体各自离开入口温度多远。热流体出口下降、冷流体出口上升,幅度由各自流量决定。
有效度把实际热负荷,与一个无限大换热器能达到的最大值相比。越接近 100%,说明这台换热器把可用的温差利用得越充分。
顺流布置下两股流体从同一端进入,入口处温差很大,越靠近出口温差越小。逆流让热端与冷端始终相对,整个长度上都留着可用的温差,因此能回收更多热量。
UA 是换热器的总体换热能力:U 表示热量穿过管壁的难易(单位面积),A 是管壁面积。UA 越大,同样的温差下换热器能传递的热量越多。
不会。热量只能从热流向冷,所以冷流体最多接近热流体入口温度,绝不会越过它。逆流布置最接近这个极限。
有效度把实际传递的热量,与一个无限大换热器理论上能达到的最大换热量作比较。达到 100% 就意味着两股流体的出口温度相同。
不会。热流体和冷流体分别在各自的通道里,中间隔着管壁,只有热量穿过,流体本身从不接触。
同样的热量被更多的流体分摊,单位质量分到的热量变少,温度变化也就更小。某一侧流量越大,该侧出口就越接近它的入口温度。