化工原理第五章传热(王晓敏).ppt

热 传 导 q u1 Tw 热流体 T a1 高温流体 对流传热 低温流体 对流传热 冷流体 t a2 u2 tw 总传热系数 壁面-冷流体： 热流体-壁面： 传热基本方程 对流传热系数 * 二、 对流传热系数和总传热系数 牛顿冷却定律（热对流的基本定律 ） 高温壁面 T w 低温壁面tw 热传导 低温壁面tw 冷流体t (冷流体一侧） 热对流 热流体T 壁面T w（热流体一侧） 热对流 间壁换热器 传热过程分析 * 注意：传热过程不同，对应不同的推动力及相应的阻力。 稳定的串联传热过程 由传热基本方程： 对比两式有： * K－总传热系数 当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，dA1、dA2、dAm 和 dA 相等或近似相等，则： 当传热面为圆筒壁，内外两侧传热面积不等，根据换热器标准规定，传热面积以换热管外表面计算，则： 对圆管，因为： K与a的区别：对流传热系数 a具有局部性质，K是总传热系数； * 例8：例4中，在石棉层外再包一厚度30mm的保温材料，导热系数l3＝0.02W/m.K。如环境温度tb为20℃，两种情况下a保持不变，求：⑴热损失减少的百分率；⑵保温层外壁面温度t4。 解： ⑴热损失减少的百分率； 对流传热系数 管壁传给空气的热量 * 例4：f50×5的不锈钢管，导热系数l1为16W/m.K，外包厚30mm的石棉，导热系数l2为0.2W/m.K。如管内壁温为350℃，保温层外壁温度为100℃，计算每米管长的热损失。 * 每米管长热损失： 加保温层后，r4=55＋30＝85mm： r3=55mm： * ⑵ 保温层外壁面温度t4： 热损失减少的百分率： 三、污垢热阻Rs 计算热阻时，需加上污垢层热阻，因不易计算，可根据经验估计其大致数值，管壁内侧和外侧均需分别计入； 内侧污垢 外侧污垢 污垢热阻的大致范围： * 污垢热阻Rs 污垢热阻的大致数值 流 体 种 类 污垢热阻m2·℃/W 流体种类 污垢热阻m2·℃/W 水(u1m/s, t50℃) ? 蒸气 ? 海水 0.0001 有机蒸汽 0.0002 河水 0.0006 水蒸气(不含油) 0.0001 井水 0.00058 水蒸气废气(含油) 0.0002 蒸馏水 0.0001 制冷剂蒸汽(含油) 0.0004 锅炉给水 0.00026 气体 ? 未处理的凉水塔用水 0.00058 空气 0.0003 经处理的凉水塔用水 0.00026 压缩气体 0.0004 多泥沙的水 0.0006 天然气 0.002 盐水 0.0004 焦炉气 0.002 为减少垢层热阻，（1）定期清洗换热器； （2）对换热流体进行防垢预处理。 * * 例9：有一列管换热器，由?25×2.5mm的钢管组成，CO2在管内流动，冷却水在管外流动，已知管内的α1=50W·m-2·K-1，管外的α2=2500W·m-2·K-1。（1）求传热系数K；（2）若使α1增大1倍，其他条件不变，求传热系数增大的百分率；（3）若使α2增大1倍，其他条件不变，求传热系数增大的百分率；（4）若计算传热系数时，不对内外表面差异做校正，误差有多大？ （已知钢的导热系数λ=45W·m-2·K-1，CO2侧污垢热阻Rs1=0.5×10-3m2·K·W-1,冷却水侧污垢热阻Rs2=0.58×10-3m2·K·W-1 ） 四、传热温差和热量衡算 热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系 对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略，则在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 冷流体 ms2, t2,cp2 冷流体 ms2, t1,cp2 热流体 ms1,T1,cp1 热流体 ms1,T2,cp1 * T1 T2 t2 t1 T1 T2 t1 t2 t2 t A t1 T2 T1 t2 t A t1 T2 T1 逆流 并流 * T2 t1 t2 T1 dT dt dA A t ?tII ?tI T t * * T2 t1 t2 T1 A ?tII ?tI 并流中， △tI恒大于 △tII;逆流中， △tI不一定大于 △tII 一侧流体变温时，并流和逆流的对数平均温度差是相等的； 两侧流体都变温时，由于流体的流动方向不同，两端的温度差也不相同，因此并流和逆流时的平均温度差是不相等的。 * 例10：在换热器中，冷热流体进行热交换，热流体温度都是90℃冷却到70℃,冷流体温度都是由20℃加热到60℃,试比较并流与逆流的传热平均温度差。 计算结果表明：在并流和逆流时，虽然两流体的进、出口温度不变，但