化工原理-传热.ppt

（3）一侧发生相变时 当二侧无相变时，尽管与流动相垂直的某一截面（T-t）不随时间变化，但会随位置变化（T－t）→（T `－t `）如图（3）所示。 2.平均温度差问题的提出 问题：式 的基本前提是?? 此时如何用 表达？ 若令: 则: 或: 表示 即: 解决方法:采用平均方法（算术、对数、几何？）解决 假定:（1）传热达到稳定，换热器与外界无热交换(热损失为零) 于是:在微元传热面积dA上所传递的热量 从换热器的微元传热面积考虑 3.平均温度差公式的推导 故冷热流体的温度差 (3）总传热系数为常数(或变化时，有具体函数关系式表示) (2）冷、热流体质量流量为常数，比热容均不随温度改变 又: 从冷热流体的传热情况分析 故: 或: 即: 积分整理: △tm为对数平均温差。注意与对数平均半径的类似性 当△t1/△t2 ≤ 2 时,△tm可用算术平均值法代替,误差4%。 注意: 讨论: （1）此式既适用于逆流，又适用于并流（有相变亦可） 逆流、并流比较： I)平均温差大（当冷、热二流体进，出口温度一定时） II)节省冷却剂或加热剂用量 b.并流优势 I)控制出口端冷流体的温度。 II)高粘度流体的加热，使温度迅速升高，增强流动性。 a.逆流操作的优点 （2）对于错，折流，先按逆流处理，再引入校正系数， 注意；1.折流、错流时 逆流 2.应使 3.当 时， ,应增加壳程数以提高 。 三、总传热系数K 1.总传热系数计算公式 当冷、热流体通过间壁换热时，其传热机理如下： 即冷热流体通过间壁换热是一个对流-传导-对流的串联过程。 ②热量由高温壁面以导热方式通过间壁传给低温壁面； ③热量由低温壁面以对流方式传给冷流体。 ①热流体以对流方式将热量传给高温壁面； 分别写出各步方程: 对流传热 对流传热 热传导 对稳态传热过程，各串联环节速率必然相等，即 或 根据串联热阻叠加原理，可得: 比较得： 与 若取A=A1可得： (4-42a) (4-42) (4-42b) (4-42c) 若取A=A2可得： 若取A=Am可得： 2.污垢热阻: 通常污垢热阻比传热壁的热阻大得多，因而设计中应考虑污垢热阻的影响。 设管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别为 根据串联热阻叠加原理，式4-32a可表示为 (4-43) 及 总热阻 对流热阻 污垢热阻 导热热阻 污垢热阻 对流热阻 3.提高总传热系数K途径的分析 b.当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，上式可简化为 a.若传热面为平壁或薄管壁时， （4-42） 上式可简化为： 1.若α2α1，则1/K≈1/α1，称为管壁外侧对流传热控制，此时欲提高K值，关键在于提高管壁外侧的α。 3.若α1≈α2，则称为管内、外侧对流传热控制，此时必须同时提高两侧的α，才能提高K值。 2.若α1α2，则1/K≈1/α2，称为管壁内侧对流传热控制，此时欲提高K值，关键在于提高内侧的α。 4.若管壁两侧α很大，即两侧的对流传热热阻很小，而污垢热阻很大，则称为污垢热阻控制，此时欲提高K值，必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 可见，K值总是接近于α小的流体的α值，且永远小于α的值,欲提高K值，关键是提高较小的给热系数α 。 c.如何提高总传热系数K 4．列管式换热器中的总传热系数K的经验值 2000-4250 水蒸气冷凝 水沸腾 340-910 轻油 水 30-300 水蒸气冷凝 气体 455-1140 低沸点烃类冷凝 水 455-1020 水蒸气冷凝 轻油沸腾 1420-4250 水蒸气冷凝 水 115-340 有机溶剂 有机溶剂 60-280 重油 水 280-850 有机溶剂 水 17-280 气体 水 850-1700 水 水 总传热系数K，W/(m2.℃) 热流体 冷流体 五.壁温计算 即: 重要结论：壁温tw值应接近α值大的那个流体的温度，且α相差愈大，壁温tw愈接近于α大的那个流体的温度。 1.若 ，则壁温 2.若考虑污垢热阻影响，则有： 讨论： 习题课---设计型问题举例 例1? 在套管式油冷却器里，热油在?25?2.5mm的金属管内流动，冷却水在套管环隙内流动，油和水的质量流量皆为216kg/h，油的进、出口温度分别为150℃和80℃，水的进口温度为20℃。油侧对流传热系数为1.5kW/m2K，水侧的对流传热系数为3.5kW/m2K ，油的比热为2.0kJ/kgK ，试分别计算逆流和并流操作所需要的管长。忽略污垢热阻及管壁导热热阻。 解： LMTD 法 逆流时： (以外表面为基准) Q、t2、K与逆流时相同 (以外表面为基准) 并流时： 结论：在相同条件下， 习