第五节 稳定传热的计算.pptVIP

食品工程原理 授课班级：食工08(7)班 主 讲：张春芝 传热过程 * * 本章内容： §4.1 概述more §4.2 热传导 傅立叶定律和热导率；more 通过平壁的稳态热传导；more 通过圆筒壁的稳态热传导；more §4.3 对流传热 more §4.4 辐射传热 more §4.5 稳定传热过程计算 more §4.6 换热器 more 习题 /思考题 本章重点： 1) 平壁和圆筒壁的稳定热传导的计算； 2) 运用传热速率方程、热量衡算方程进行冷热流体间壁式 换热计算； 3) 换热设备工艺计算及工程上强化传热途径。 第四章 传热 传热计算主要有两种类型： 设计计算 根据生产要求的热负荷确定换热器的传热面积。 校核计算 计算给定换热器的传热量、流体的温度或流量。 第五节 稳定传热过程计算 在稳态传热过程中，单位时间内通过换热器传递的热量和传热面积成正比，和冷热流体间的温度差成正比。倘若温度差沿传热面是变化的，则取换热器两端的温度差平均值。 一、传热速率方程 （4-53） （4-53a） 上两式称为传热速率方程。 对间壁式换热器作能量衡算，在忽略热损失的情况下有 上式即为热量衡算焓差法计算式。 式中 Ф——换热器的热负荷，J/s或w qmh、qmc——热、冷流体的质量流量，kg/s H1、 H2——热流体的进出口焓值，J/kg h2、 h1——冷流体的进出口焓值，J/kg Ф=qmh(H1-H2)=qmc(h2-h1) 二、热量衡算 若换热器中两流体无相变时，且认为流体的比热不随温度而变或取流体平均温度下的比热容时，则有 式中 cp——流体的平均比热，J/（kg·℃ ） t——冷流体的温度，℃ T——热流体的温度，℃ Ф=qmhcph(T1-T2)=qmccpc(t2-t1) 上式即为热量衡算显热法计算式。 若换热器中的热流体有相变，如饱和蒸汽冷凝时，则有 当冷凝液的温度低于饱和温度时，则有 式中 rh——饱和蒸汽的冷凝潜热，J/kg Ф=qmhrh=qmccpc(t2-t1) 注：上式应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。 Ф=qmh[rh+cph(Ts-T2)]=qmccpc(t2-t1) 式中 Ts——冷凝液的饱和温度， ℃ 如果换热器有热损失，则换热器的传热速率为 对于管式换热器，假定管内作为加热侧（热流体），管外为冷却侧（冷流体），则传热由三步过程构成。 由热流体传给管壁 由管壁传给冷流体 通过管壁的热传导 由上三式可得 三、传热系数 与传热总速率方程式（4-53）比较可得： 对于圆筒壁传热，传热系数将随所取的传热面积的不同而异，但的乘积不变。 说明： 若以管外表面积为基准，取 ，得 若以管内表面积为基准，取 ，得 若以管壁平均面积为基准，取 ，得 在计算总传热系数K时，污垢热阻一般不能忽视，若管壁内、外侧表面上的热阻分别为Rsi及Rso时，则有 当传热面为平壁或薄管壁时，di、do、dm近似相等，则有 污垢热阻 当管壁热阻和污垢热阻可忽略时，则可简化为 若αo αi，则有 总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制，即当两个对流传热系数相差很大时，欲提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α。 若两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K值。 若污垢热阻为控制因素，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 由上可知： 例 一列管式换热器，由?25×2.5mm的钢管组成。管内为CO2，流量为6000kg/h，由55℃冷却到30℃。管外为冷却水，流量为2700kg/h，进口温度为20℃。CO2与冷却水呈逆流流动。已知水侧的对流传热系数为3000W/m2·K，CO2 侧的对流传热系数为40 W/m2·K 。试求总传热系数K，分别用内表面积A1，外表面积A2表示。 解：查钢的导热系数λ=45W/m·K 取CO2侧污垢热阻Ra1=0.53×10-3m2·K/W 取水侧污垢热阻Ra2=0.21×10-3m2·K/W 以内、外表面计时，内、外表面分别用下标1、2表示。