化工原理-第三章_传热.ppt

例: 在一双管程列管换热器中，壳方通入饱和水蒸气加热管内的空气。110℃ 的饱和水蒸气冷凝成同温度的水，将空气由20℃ 加热至80℃ 。试计算： (1)换热器第一管程出口空气的温度； (2)第一管程内的传热量占总传热量的百分数。 解：(1) 对双管程传热 第一管程传热: 例:在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝为同温度的水。原料油在管程湍流流动，并由20℃加热到106℃。列管换热器的管长为4m，内有Φ19mm×2mm的列管25根。若换热器的热负荷为125kw，蒸汽冷凝传热系数为7000w/(m2℃)，油侧垢层热阻为0.0005 (m2 ℃) /w，管壁热阻和蒸汽侧垢热阻可忽略。试求： (1) 管内油侧对流传热系数； (2) 油的流速增加一倍，保持饱和蒸汽温度及油入口温度不变，假设油的物性不变，求油的出口温度； (3) 油的流速增加一倍，保持油进、出口温度不变，求饱和蒸汽的温度。 解： (2)第一管程内传热量: 总传热量: 解得 T’=185.5 ℃ 四、传热面积的计算 1、总传热系数K为常数 (工程计算常用) Q=KSΔtm 2、总传热系数K为变数 (不常用) （1）K随温度呈线性变化时： （2）K随温度变化较大时： 或 对稳定传热过程 式中 S1、S2、Sm分别代表热流体侧传热面积、冷流体侧传热面积 和平均传热面积。 Tw、tw分别代表热流体侧和冷流体侧的壁温 α1、α2分别代表热流体侧和冷流体侧的对流传热系数 整理上式可得 五、壁温的计算 例 在一由?25×2.5mm钢管构成的废热锅炉中，管内通入高温气体，进口500℃,出口400℃。管外为p=981kN/m2压力（绝压）的水沸腾。已知高温气体对流传热系数a1=250W/ m2·℃，水沸腾的对流传热系数a2=10000 W/ m2·℃。忽略管壁、污垢热阻。试求管内壁平均温度Tw及管外壁平均tw。 解：(a) 总传热系数 以管子内表面积S1为基准 (c)计算单位面积传热量 ℃ (d)管壁温度 Q/S1=K1Δtm =242×271=65580W/ m2 T----热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值 T=(500+400)/2=450 ℃ 管内壁温度 (b) 平均温度差 在p=981 kN/m2，水的饱和温度为179℃ ℃ 管外壁温度 ℃ 由此题计算结果可知：由于水沸腾对流传热系数很大，热阻很小，则壁温接近于水的温度，即壁温总是接近对流传热系数较大一侧流体的温度。又因管壁热阻很小，所以管壁两的温度比较接近。 2 液体沸腾时的对流传热系数 2.1 液体沸腾的基本概念 液体的沸腾:当液体被加热时，液相内部产生气泡或气膜的过程。该过程既有导热过程又有对流传热过程。包括大容积沸腾、管内沸腾。 大容积沸腾:将加热壁面浸没在液体中，液体在壁面受热沸腾（池式沸腾） 。大容积沸腾时，液体中一方面存在着由温差引起的自然对流，另一方面又因气泡运动所导致的液体运动。 管 内 沸 腾:液体在管内流动时受热沸腾。管内沸腾时，管壁上所产生的汽泡被管内液体裹挟与其一起流动，管内造成了复杂的两相流动。这种沸腾的机理更为复杂。 2.2 液体沸腾曲线 大容积饱和液体沸腾的情况随温度差△t（壁温与液体饱和温度之差）而变，出现不同的沸腾状态。 1、 AB段：表面汽化:温度差△t 较小时，在加热表面的液体 内产生自然对流，仅在液体 表面发生蒸发，没有气泡逸 出，沸腾传热系数α和热通 量q都较低。 2、 BC段：核状沸腾： 当△t升 高时，加热表面的局部位置 产生气泡，气泡产生的速度 随△t上升而增加，由于气泡 的生成、脱离和上升，使液体剧烈扰动，因此，α和 q 急剧增大。 α 温度差Δt q A B C D α线 q 线 自然对流 核状沸腾 膜状沸腾 E 3、CD段：不稳定膜状沸腾或 部分核状沸腾：当 △t增大到某一定数值时，加热面上产生的汽泡大大增多，此时汽泡产生的速率大于脱离表面的速率。这样汽泡在脱离表面前连接起来，开始形成一层不稳定的汽膜，随时可能破裂变为大汽泡离开加热面。随着 △t的增大，汽泡趋于稳定，因气体的导热系数远小于液体的，所以传热系数反而下降。 4、DE段：当达到D点时，传热面几乎全部为气膜所覆盖，