E-NTU Heat Transfer

两种主要传热流体之间传热的详细模型。

类型: EngeeFluids.HeatExchangers.EffectivenessNTU.Interfaces.HeatTransfer

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Heat Exchangers/Fundamental Components/E-NTU Heat Transfer

说明

该单元 E-NTU Heat Transfer 根据标准效率-传热单元数（E-NTU）方法模拟两种传热流体之间的传热。流体的热属性使用标量明确指定。

在单元参数 Flow arrangement 中提供了一些常见的热交换器配置。这些配置包括

Parallel or counter flow- 直流式和逆流式管中管；
Shell and tube- 管壳式热交换器，壳体内有一个或多个通道；
Cross flow- 具有混合和/或非混合流的横流；
Generic - effectiveness table- 一般配置允许根据表格中的效率数据对其他热交换器进行建模。

e ntu heat transfer 1 cn

热通量

E-NTU 模型用效率参数来定义传热流体 1 和 2 之间的热流：

其中

和是冷却剂 1 和 2 中的热通量；
- 在给定的运行条件下，载热体 1 和 2 之间可能存在的最大热通量；
- 效率参数。

两个热载体之间的最大可能热通量为：

其中

- 是流动热容量的最小值：
和 - 载热体 1 和 2 的入口温度；
和 - 载热体 1 和 2 在热交换器入口体积中的质量流量；
和 - 载热体 1 和 2 在恒压下的比热容。

最小流体-壁面传热系数*参数设置了传热系数允许值的下限。

程序块在传热计算中使用的流体属性是入口值和流体体积值之间的平均值。

换热器效率

换热器效率计算取决于在参数 Flow arrangement 中选择的传热流体流动模式。对于除 "通用 - 效能表 "以外的所有类型，设备使用以换热单元数 (NTU) 和热容量系数为单位的分析表达式计算换热效率。传热单位数定义为：

其中

- 是载热体 1 和载热体 2 之间的总传热系数；
- 是载热体 1 和载热体 2 之间的总热阻；
- 一次传热表面和二次传热表面或鳍片传热表面的总面积。

传热系数的定义如下

计算中使用的总传热系数和热阻，是运行中的传热机制的函数。这些机制包括传热流体和热交换器表面之间的对流传热以及通过分离壁的热传导[2] ：

其中

和是传热介质 1 和隔热壁之间以及传热介质 2 和隔热壁之间的传热系数；
和 - 载热体 1 和 2 侧面传热表面的面积；
- 载热体 1 和 2 侧面沉积物的热阻。沉积物的热阻定义为沉积物系数与传热表面积之比；
- 隔热壁的热阻。

e ntu heat transfer 2 cn

下面是一些用于计算传热效率[1] 的分析表达式，具体取决于热交换器的配置。

管中管换热器

对于逆流，效率参数的计算公式为

对于整流器，效率参数的计算公式为

管壳式热交换器 _

对于具有一个壳程和两个、四个或六个管程的管壳式热交换器，一个壳程的效率参数的计算公式为：

对于具有壳冲程和、或管冲程的管壳式换热器，效率参数的计算公式为：

横流式热交换器

在两种传热流体不混合流动的情况下，效率参数的计算公式为

对于两种载热体混合流动的情况，效率参数的计算公式为：

对于 c 为混合流，c 为非混合流的情况，效率参数计算如下：

当流量 c 为混合流，c 为非混合流时，效率参数的计算公式为

假设和限制

流动为单相流动。热量传递完全由物理热量引起。传热仅限于热交换器内部，不向环境传热 - 热交换器是绝热部件。

端口

非定向

# H1 — 加热介质入口温度 1
加热

Details

与传热介质入口温度有关的非定向端口 1.

程序使用名称

thermal_port1

# H2 — 导热液体入口温度 2
热量

Details

与导热液体入口温度有关的非定向端口 2.

程序使用名称

thermal_port2

输入

# C1 — 冷却剂的热容量 1
尺度

Details

输入端口，用于接收传热介质 1 的流动热容量值。流动热容量是传热介质的质量流量与比热容的乘积。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

# C2 — 冷却剂的热容量 2
尺度

Details

输入端口，用于接收传热介质 2 的流动热容量值。流动热容量是传热介质的质量流量与比热容的乘积。

数据类型	`Float64`.
复数支持	无

# HC1 — 传热介质 1 的传热系数
尺度

Details

传热介质 1 与隔离墙之间的传热系数。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

# HC2 — 冷却剂的传热系数 2
尺度

Details

传热介质 2 与隔离墙之间的传热系数。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

参数

普通

# Flow arrangement — 热交换器中的流量均衡方法
Parallel or counter flow | Shell and tube | Cross flow | Generic - effectiveness table

Details

热交换器的配置。

选择 `Generic - effectiveness table`以根据表格中的效率数据对其他热交换器几何形状进行建模。

在配置中 `Parallel or counter flow`导热液体 1 和 2 的相对流动方向决定了热交换器是基于直流还是逆流。流动方向取决于模型的其他部分。

值	`Parallel or counter flow` \| `Shell and tube` \| `Cross flow` \| `Generic - effectiveness table`
默认值	`Parallel or counter flow`
程序使用名称	`flow_arrangement_type`
可计算	无

# Number of shell passes — 水流在流出护罩前经过的次数

Details

管壳式热交换器中水流通过壳体的次数。

依赖关系

要使用该参数，请将 Flow arrangement 设置为 Shell and tube.

默认值	`1`
程序使用名称	`shell_count`
可计算	是

# Cross flow type — 每个通道的混合条件
Both fluids mixed | Both fluids unmixed | Controlled Fluid 1 mixed & Controlled Fluid 2 unmixed | Controlled Fluid 1 unmixed & Controlled Fluid 2 mixed

Details

混合流类型。导热流体的流动可以是混合的，也可以是不混合的。流动混合类型用于确定应使用哪种经验传热相关性。混合流意味着导热流体可沿流动路径自由横向移动。非混流是指导热液体只能沿流动路径运动。例如，带有肋条的一侧被视为非混合流。

依赖关系

要使用该参数，请将 Flow arrangement 设置为 Cross flow.

值	`Both fluids mixed` \| `Both fluids unmixed` \| `Controlled Fluid 1 mixed & Controlled Fluid 2 unmixed` \| `Controlled Fluid 1 unmixed & Controlled Fluid 2 mixed`
默认值	`Both fluids mixed`
程序使用名称	`cross_flow_type`
可计算	无

# Number of heat transfer units vector, NTU — 换热器效率查询表中每个参考点的换热单元数

Details

值的矢量，为其指定表格效率数据。传热单元数是一个无量纲参数，定义为

其中

- 是热交换表面的面积；
- 总传热系数；
- 是冷热冷却剂的流动热容量的最小值。

依赖关系

要使用该参数，请将 Flow arrangement 设置为 Generic - effectiveness table.

默认值	`[0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0]`
程序使用名称	`NTU_vector`
可计算	是

# Thermal capacity ratio vector, CR — 查找表中每个参考点的热容量系数，以确定换热器的效率

Details

热容系数值的矢量，用于指定表格效率数据。热容系数的定义如下

其中和是流动热容的最小值和最大值。

依赖关系

要使用该参数，请将 Flow arrangement 设为 Generic - effectiveness table.

默认值	`[0.0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0]`
程序使用名称	`C_ratio_vector`
可计算	是

# Effectiveness table, E(NTU,CR) — 按传热单元数和热容量系数计算的搜索表中每个参考点的换热器效率

Details

换热器效率值矩阵至。矩阵的行与参数 Number of heat transfer units vector, NTU 中指定的值相对应。矩阵列与参数 Thermal capacity ratio vector, CR 中指定的值相对应。

依赖关系

要使用该参数，请将 Flow arrangement 参数设置为 Generic - effectiveness table.

默认值	`[0.3 0.3 0.3 0.3 0.3; 0.6 0.55 0.5 0.47 0.43; 0.85 0.76 0.68 0.61 0.55; 0.94 0.83 0.72 0.65 0.58; 0.98 0.86 0.75 0.66 0.58; 0.99 0.86 0.75 0.66 0.58]`
程序使用名称	`effectiveness_matrix`
可计算	是

# Wall thermal resistance — 由于热传导，壁面对热流的阻力
K/W

Details

分隔两个热载体的壁面的热阻。

计量单位	`K/W`
默认值	`0.00016 K/W`
程序使用名称	`R_wall`
可计算	是

受控流体 1

# Heat transfer surface area — 冷却剂侧热交换表面总面积 1
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

传热介质侧 1 用于冷热传热介质热交换的总表面积。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`0.01 m^2`
程序使用名称	`heat_transfer_area1`
可计算	是

# Fouling factor — 冷却剂侧结垢系数 1
K*m^2/W | deltadegR*ft^2*hr/Btu_IT

Details

用于量化传热表面污垢沉积导致热阻增加的经验参数。

计量单位	`Km^2/W` \| `deltadegRft^2*hr/Btu_IT`
默认值	`1e-4 K*m^2/W`
程序使用名称	`fouling_factor1`
可计算	是

# Minimum fluid-wall heat transfer coefficient — 传热介质的传热系数下限 1
W/(m^2*K) | Btu_IT/(hr*ft^2*deltadegR)

Details

传热系数的最低允许值。如果端口 HC1 的传热系数小于 Minimum fluid-wall heat transfer coefficient ，则等同于该值。

设备使用传热系数计算载热体之间的热流量，详见热流量。

计量单位	`W/(m^2K)` \| `Btu_IT/(hrft^2*deltadegR)`
默认值	`5.0 W/(m^2*K)`
程序使用名称	`alpha1_min`
可计算	是

受控流体 2

# Heat transfer surface area — 冷却剂侧热交换表面的总面积 2
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

传热介质侧 2 用于冷热传热介质热交换的总表面积。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`0.01 m^2`
程序使用名称	`heat_transfer_area2`
可计算	是

# Fouling factor — 冷却剂侧的污垢系数 2
K*m^2/W | deltadegR*ft^2*hr/Btu_IT

Details

用于量化传热表面污垢沉积导致热阻增加的经验参数。

计量单位	`Km^2/W` \| `deltadegRft^2*hr/Btu_IT`
默认值	`1e-4 K*m^2/W`
程序使用名称	`fouling_factor2`
可计算	是

# Minimum fluid-wall heat transfer coefficient — 传热介质的传热系数下限 2
W/(m^2*K) | Btu_IT/(hr*ft^2*deltadegR)

Details

传热系数的最低允许值。如果端口 HC2 的传热系数小于 Minimum fluid-wall heat transfer coefficient ，则等同于该值。

设备使用传热系数计算传热介质之间的热流量，如热流量所述。

计量单位	`W/(m^2K)` \| `Btu_IT/(hrft^2*deltadegR)`
默认值	`5.0 W/(m^2*K)`
程序使用名称	`alpha2_min`
可计算	是

文学

Holman J. P. Heat Transfer.9 ed. New York, NY: McGraw Hill, 2002.
Shah R. K. and D. P. Sekulic.K. and D. P. Sekulic.Fundamentals of Heat Exchanger Design.Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2003.