壁温计算方法及分析

选择热交换器的类型和管子材料以及考虑热膨胀的补偿时均需知道壁温。在一般情况下，壁温可通过下面的公式确定：

放热侧壁温：

吸热侧壁温：

式中 rs，1，rs，2——分别为放热侧、吸热侧污垢热阻；

q——单位面积传热量。

且K和α应以同一基准表面计算。

从式可见，要事先知道换热系数才能计算壁温，而在某些情况下（例如蒸汽凝结和自然对流换热）又要在已知壁温的条件下才能把换热系数计算出来。于是工程上一般采用试算法对壁温和换热系数进行共同计算，即

①假定一侧壁温（例如tw1）；

②求该侧换热系数（α1）；

③由下式计算该侧单位面积传热量（q1）：

q1=α1(t1-tw1);

④根据壁面热阻rw用下式计算另一侧壁温（tw2）：

⑤计算出另一侧的换热系数α2；(www.xing528.com)

⑥计算另一侧的单位面积传热量（q2），即

q2=α2(tw2-t2)。

如果假定的壁温正确，则应有q1=q2。因此，当q1≠q2时，则应重新假定壁温，直至q1与q2基本相等为止。

进行具体试算时，可注意以下几点：

（1）在假设壁温时，假设值应接近于α值大的那种流体的温度，且两种流体的α值相差越大，就越为接近。

（2）若有需要考虑污垢热阻所起的作用时，以上步骤中尚应加入污垢热阻的因素。

（3）欲使试算过程清晰明了，可一次假定几个壁温，使其中最低一个显然低于实际上的壁温，而最高一个显然高于实际上的壁温，将计算的各项数据列成表格，然后以q1、q2作纵坐标，以tw1为横坐标，如此可得到两条相交的曲线，此曲线交点即为所求。若利用计算机计算可采用牛顿迭代法，可获得更准确的结果。

[例2.1] 在某一钢制立式管壳式热交换器中用饱和温度ts=111.38℃的蒸汽加热某种溶液，已知其管径为φ32×2mm，管高l=1.5m，材料的导热系数λ=52W/（m·℃），管内溶液的平均温度t2=68℃，其换热系数α2=3348W/（m2·℃），求蒸汽侧的管壁温度tw1。

图2.35 q1-q2-tw1的关系

[解] 在所给的温度范围内假设4个不同的壁温，可依次计算取得数据如表2.8所示。

以表中的q1和q2为纵坐标，tw1为横坐标分别作出两条曲线，见图2.35。由此曲线的交点可得壁温tw1=98℃，q≈89000W/m2。若多假设几个壁温，则可使图解的准确性提高。

表2.8 例题2.1的计算表格

原计算公式应为，本题将有关数据代入，得到此处的简化公式。在α1的计算中，λ1、ρ1、μ1等物性数据已在表中从略。