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【例4-7】在双管程列管式换热器中用0.3MPa (表压)的饱和蒸汽将流量为2000kg/h的某溶液从20℃加热至80℃，溶液走管程，蒸汽走壳程，冷凝水于饱和温度下排出，换热器内装有46根f 25×2.5mm的管子，已知溶液的比热CP=2.8kJ/(公斤·K)，密度r=850kg/m3，总传热系数K=1000W/(m2·K), 传热温差近似取为蒸汽的饱和温度与溶液的平均温度之差，溶液的平均温度取为进、出口温度的算术平均值。忽略换热器的热损失，试确定： ⑴ 溶液在管内的流速； ⑵ 蒸汽的消耗量； ⑶ 换热管的长度。 解：⑴ 溶液的体积流量： 管程流通截面积： 管内平均流速： ⑵ 查得表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝潜热r=2140kJ/kg, 蒸汽消耗量 ⑶ 表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝温度ts=142.9℃, 传热温差： 根据传热速率方程 换热管长度： 在计算强制对流、自然对流、冷凝和沸腾传热的给热系数以及设备的热损失时，需要知道壁温，此外，在选择换热器类型和管材时，也需要壁温数据。 由于换热器间壁两侧流体的温度不同，间壁两侧表面的温度也是不同的，但是金属间壁的热阻通常很小，因而忽略间壁温度的差异。若间壁两侧流体的平均温度分别为T和t，给热系数分别为 h1和h2，则间壁平均温度tw满足下式 近似取 由于壁温tw未知，因而给热系数h1和h2也是未知的，因此，由式求解壁温需要试差计算。 三、壁温的估算  二 斯蒂芬—波尔茨曼定律 黑体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。高温下辐射传热成为主要的传热方式。 E—物体的辐射能力，单位时间内物体单位面积发射总辐射能，因次为W/m2。 C0黑体辐射系数，C0=5.67W/(m2·K4)。 黑体辐射能力Eb与绝对温度T关系为： 任何物料辐射能力与吸收率之比恒等于同温度下黑体辐射能力 C=AC0——灰体的辐射系数。 对于实际物体A1, CC0。 将黑体作为辐射计算的比较标准。 黑度 灰体辐射能力与同温度下黑体辐射能力之比，以ε表示： 结论：黑体的辐射能力最大，物体吸收率越大，辐射能力越强。 上式即为克希霍夫定律。 三 克希霍夫定律 设有两块相距很近平行平板。若板1为灰体，其辐射能力、吸收率和温度分别为E1、A1和T1，板2为黑体，其辐射能力，吸收率和温度分别为E2(=Eb),A2(=1)和T2，且T1T2，板1发射的能量为E1，获得的能量为A1Eb，其差额即净的辐射传热量q=E1-A1Eb，当两个物体的温度相等时，辐射传热达到平衡状态，即q=0，也即E1=A1Eb或E1/A1=Eb，则得 比较得A =ε，即同一温度下，物体的黑度在数值上等于它的吸收率。 上式为灰体辐射能力的计算公式，为求灰体的辐射能力，需知灰体的黑度。黑度值可以通过实验测定，其值与材料的性质，温度和表面状况有关，常用材料的黑度列于表中。 材料 温度[℃] ε 红砖 20 0.93 耐火砖 — 0.8~0.9 钢板(氧化的) 200~600 0.8 钢板(抛光的) 940~1100 0.55~0.61 铝(氧化的) 200~600 0.11~0.19 铝(抛光的) 225~575 0.039~0.057 铜(氧化的) 200~600 0.57~0.87 铜(抛光的) — 0.03 铸铁(氧化的) 200~600 0.64~0.78 铸铁(抛光的) 330~910 0.6~0.7 某些工业材料的黑度 四 两固体间的辐射传热 若两物体的温度各为T1和T2，且T1T2，则物体1发射E1至物体2时，其中部分被吸收，其余部分被反射，反射回去的能量又被物体部分吸收和部分反射，如此无穷往返直至E1被全吸收为止，从物体2发射的辐射能E2，也要经历反复吸收和反射的过程。 发射或反射的能量不一定能全部投射到对方物体上，因此，在计算两固体间辐射传热时，必须考虑两物体的吸收率与反射率，形状与大小，以及两者之间的距离和位置。 C1-2——总辐射系数，它与两个灰体的黑度和相对位置有关; Aw——辐射面积，m; φ——角系数，表示物体1发射能量被物体2截获的百分率。 表给出了几种简单情况下辐射面积，角系数和总辐射 系数的确定方法。 较高温度的物体1传给较低温度的物体2的辐射热量： 五 对流和辐射的联合传热 许多化工设备的外壁温度高于周围环境大气的温度，这些设备的表面以对流和辐射两种形式向环境大气散失热量，因此，设备的热损失应为对流传热量和辐射传热量之和，由于对流而损失的热量为 高温设备的热损失 由于辐射而损失的热量可用式(7.5-9)表示，为处理方便起见，将该式写成与式(7.