第六章换热器与热量传递..ppt

液体的导热系数 【例】某电厂的凝汽器是由单一壳体和30000根管所组成的两次交叉流壳管式换热器，管子是直径为25mm的薄壁结构，蒸汽在管外表面凝结的换热系数为8000W/（m2·K），靠流量为1.2×104kg/s的冷却水冷却，冷却水的进口温度为20℃，蒸汽在34℃冷凝，换热器所要求的换热量为5×108W。 （1）计算冷却水的出口温度。 （2）所需的每个流程的管长是多少？ 查水的物性表： c2=4181J/（kg·K）， ρ2=997kg/m3 ， λ2=0.609W/（m2·K）， ν2=0.9055×10-6m2/s， Pr2=6.22 （2）查两次交叉流，一种流体混合，另一种流体不混合时的温差修正系数图 W/(m2·K) 同理，当保温层厚度为5mm时， ＝0.035m 当保温层厚度为7mm时， ＝0.039m 在保温层为2～7mm时，随着厚度的增加，热损失量增加。 W/m ℃ W/m ℃ 一般情况下，热损失随保温层厚度增加而减小。但对于小直径的管道，则可能出现相反的情况，即随保温层的厚度增加，热损失加大。 热流体通过间壁将热量传给冷流体的过程分为三步 ： －对流传热 －导热 －对流传热 A1 A2 Am b 外侧 内侧 热流体 冷流体 （1）热流体将热量传给固体壁面 （2）热量从壁的热侧面传到冷侧面 （3）热量从壁面传给冷流体 六、间壁传热过程计算 传热过程总推动力 传热总热阻 总热阻等于各项热阻之和 （一）总传热速率方程 取定的面积 传热基本方程 总传热系数 以外表面积作为基准 对于平壁或薄管壁 热侧为外侧时 表示换热设备性能的极为重要的参数 （二）总传热系数 (4.3.25) 污垢热阻 外侧表面上单位传热面积的污垢热阻 内侧表面上单位传热面积的污垢热阻 比间壁的热阻大得多 难以准确估计，采用经验值 对于平壁或薄管壁，有 若 间壁外侧对流传热控制 间壁内侧对流传热控制 若污垢热阻很大，则称为污垢热阻控制，此时 欲提高必须设法减慢污垢形成速度或及时清除污垢 决速步骤! 【例】一空气冷却器，空气在管外横向流过，对流传热系数为80 W/（m2·K）；冷却水在管内流过，对流传热系数为5000 W/（m2·K）。冷却管为φ25×2.5mm的钢管，其导热系数为45 W/（m·K）。求 （1）该状态下的总传热系数； （2）若将管外对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数如何变化？ （3）若将管内对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数如何变化？ 解：（1）以管外表面积为基准的总传热系数满足 即 =25mm， =20mm W/（m2·K） mm 4 . 22 20 25 ln 20 25 ln 2 1 1 = - = - = d d d2 d d m （2）若 提高一倍，则 W/（m2·K） （3）若 提高一倍，则 可见，气侧热阻远大于水侧热阻，增加气侧对流传热系数，所引起的总传热系数的提高远远大于增加水侧对流传热系数。 W/（m2·K） (三)传热推动力 ? （1）逆流和并流时的传热温差 Th1 Tc1 Th2 Tc2 Th1 Th2 Tc1 Tc2 Th1 Th2 Tc1 Tc2 Th1 Th2 Tc2 Tc1 逆流 并流 Th1 Th2 Tc1 Tc2 通过微元面的传热量为 在微元中热、冷流体的温差为 热流体放出热量 ，温度下降 冷流体得到热量 ，温度上升 分别对热流体和冷流体进行热量衡算 (4.3.27) (4.3.28) (4.3.29) (4.3.30) Th1 Th2 Tc1 Tc2 通过微元面的传热量为 在微元中热、冷流体的温差为 热流体放出热量 ，温度下降 冷流体得到热量 ，温度上升 分别对热流体和冷流体进行热量衡算 (4.3.27) (4.3.28) (4.3.29) (4.3.30) 积分，得 热容流量 时，对数平均值与算术平均值的差小于4％，此时在工程计算中可以用算术平均值代替对数平均值。 平均传热温差，对数平均温差 换热器两端温差大的数值 换热器两端温差小的数值 计算并流和逆流情况下平均温差的通式 结论：在冷热流体的初、终温度相同的条件下，逆流的平均温差较并流的大。 【例】在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到60℃，冷水温度从20℃升至30℃。试求在这种温度条件下，逆流和并流时的平均温差。 ＝60－20＝40℃， ＝100－30＝70℃ ＝60－30＝30℃， ＝100－20＝80℃ ℃ ℃ 并流时 解：逆流时 逆流的推动力是最大的 在换热器的传热量及总传