在板式換熱器的設計與運行中,對數平均溫差是衡量冷熱介質換熱潛力的核心參數,用于量化兩種介質在換熱過程中的溫度差異程度,是計算換熱面積、評估換熱效率的關鍵依據,理解定義與作用對選型艾克森板式換熱器和性能優化至關重要。
1.從定義來看,對數平均溫差是指冷熱兩種介質在換熱器進出口處的溫度差的對數平均值,需根據介質的流動方向計算。順流時,冷介質與熱介質沿同一方向流動,熱介質從進口溫度T?降至出口溫度T?,冷介質從進口溫度t?升至出口溫度t?,此時對數平均溫差LMTD=[(T?-t?)-(T?-t?)]/ln [(T?-t?)/(T?-t?)];逆流時,冷熱介質沿相反方向流動,熱介質從 T?降至 T?,冷介質從 t?升至 t?,公式變為LMTD=[(T?-t?)-(T?-t?)]/ln [(T?-t?)/(T?-t?)]。需注意,逆流時的對數平均溫差通常大于順流,意味著逆流工況下換熱潛力更大,因此板式換熱器多采用逆流或錯流布置,以提升換熱效率。
2.對數平均溫差的核心作用體現在板式換熱器設計計算與運行性能評估兩方面。在艾克森板式換熱器設計階段,換熱面積的計算需以對數平均溫差為基礎,公式為A=Q/(K×LMTD)。例如,工業冷卻系統需將熱介質從120℃降至60℃,冷介質從30℃升至50℃,逆流工況下對數平均溫差 LMTD=[(120-50)-(60-30)]/ln [(120-50)/(60-30)]≈47.2℃,如果總傳熱系數K=2000W/(㎡?K),則所需換熱面積 A=500×103/(2000×47.2)≈5.3㎡,據此可確定換熱器的規格型號。如果忽略對數平均溫差,直接采用算術平均溫差,會導致計算出的換熱面積偏小,實際運行時換熱不足,無法滿足工藝需求。
3.在運行評估階段,對數平均溫差可用于判斷板式換熱器是否存在結垢、堵塞等問題。正常運行時,如果熱負荷Q、總傳熱系數K無明顯變化,對數平均溫差應保持穩定;如果發現對數平均溫差異常增大,可能是熱介質進口溫度升高或冷介質進口溫度降低,需調整介質參數;如果對數平均溫差異常減小,多為板片結垢導致總傳熱系數K下降,此時需及時清洗板片,恢復換熱效率。
對數平均溫差是板式換熱器設計與運行的核心量化指標,既為換熱面積計算提供依據,又能反映設備運行狀態,是保障艾克森板式換熱器高效、穩定工作的關鍵參數。
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