流体温度分布的特点和优化分析

流体在热交换器内流动，其温度变化过程以平行流动最为简单。图1.1所示的为流体平行流动时温度变化的示意图。图中的纵坐标表示温度，横坐标表示传热面积。

图1.1（a）是一侧蒸汽冷凝而另一侧为液体沸腾，两种流体都有相变的传热。因为冷凝和沸腾都在等温下进行，故其传热温差为Δt=t1-t2，且在各处保持相同的数值。图1.1（b）表示的是热流体在等温下冷凝而将其热量传给温度沿着传热面不断提高的冷流体，其传热温差从进口端的变化到出口端的Δt″=。与此相应的另一种情况（如图1.1（c））是冷流体在等温下沸腾，而热流体的温度沿传热面不断降低，其传热温差从进口端的Δt′=变化到出口端的。

图1.1 流体平行流动时的温度分布

（a）两种流体都有相变 （e）逆流，无相变
（b）一种流体有相变 （f）一种流体有相变
（c）一种流体有相变 （g）一种流体有相变
（d）顺流，无相变 （h）可凝蒸汽和非凝结性 气体混合物的冷凝(www.xing528.com)

遇到最多的情况是两种流体都没有发生相变，这里又有两种不同情形：顺流和逆流。顺流的情形表示于图1.1（d），两种流体向着同一方向平行流动，热流体的温度沿传热面不断降低，冷流体的温度沿传热面不断升高。两者的温差从进口端的变化到出口端的Δt″=。逆流的情形示于图1.1（e），两种流体以相反的方向平行流动，传热温差从一端的变化到另一端的。

图1.1（f）所示的冷凝器内的温度变化过程要比图1.1（b）所示的更加普遍一些。在这里，蒸汽（过热蒸汽）在高于饱和温度的状态下进入设备，在其中首先冷却到饱和温度，然后在等温下冷凝，在凝结液离开热交换器之前还产生液体的过冷。冷流体可以是顺流方向或逆流方向通过。传热温差的变化要比前面各种情形复杂。与此对应，图1.1（g）所表示的是冷流体在液态情况下进入设备吸热，沸腾，然后过热。

当热流体是由可凝蒸汽和非凝结性气体组成时，温度以更为复杂的形式分布，大体上如图1.1（h）所示。

从以上讨论的温度分布可见，在一般情况下，两种流体之间的传热温差在热交换器内是处处不等的，所谓平均温差系指整个热交换器各处温差的平均值。但是应用不同的平均方法，就有不同的名称，例如算术平均温差、对数平均温差、积分平均温差等等。