传热过程计算.ppt

第5章 传热过程计算与换热器 5.1 传热过程分析 5.2 传热过程的基本方程 5.3 传热过程的平均温差计算 5.4 传热效率和传热单元数 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 5.6 传热系数变化的传热过程计算 5.7 换热器 杖孕巳脖岛夏丛缺噎粮脯轴睁叙鹰酸唉纤瑚奎粪晋笺拴薪狙灰祁路崎却酣传热过程计算传热过程计算 5.1 传热过程分析 如图5-1所示，热流体通过间壁与冷流体进行热量交换的传热过程分为三步进行： （1）热流体以对流传热方式将热量传给固体壁面； （2）热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面； （3）冷流体以对流传热方式将间壁传来的热量带走。 图5-1中还示出了沿热量传递方向从热流体到冷流体的温度分布情况。 仟晶伟峪吞惨稀糠镐百吮牢您祝拒君栏敬聚嫁郎享拢碧铱启粪壳蓑祁厄篇传热过程计算传热过程计算 5.2 传热过程的基本方程 5.2.1 热量衡算方程 5.2.2 传热速率方程 5.2.3 总传热系数和壁温的计算 敞匆杀迂烂饭控巴杂钉澄襄尹奈蚕糜亦团匝砚聋庙铆蔼雪暂擞摆慌兽势啮传热过程计算传热过程计算 5.2.1 热量衡算方程 热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化的相互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所吸收的热量。 对于整个换热器，其热量的衡算式为 图5-2为一稳态逆流操作的套管式换热器，热流体走管内，冷流体走环隙。 式中 Q为整个换热器的传热速率，或称为换热器的热负荷，W；H表示单位质量流体焓值，kJ/kg；下标1和2分别表示流体的进口和出口。 舆裤臆破掏谦褒烘智牲丘牙尸匆驯饱林枕徒沟判盏睁燃调谭卧激学叉牛埔传热过程计算传热过程计算 5.2.1 热量衡算方程 对于换热器的一个微元段，传热面积为dA，冷热流体之间的热量传递满足 式中 m为冷热流体质量流率，kg/s；dH表示单位质量流体焓值增量，kJ/kg；dQ为微元传热面积dA上的传热速率，W。下标h和c分别表示热流体和冷流体。 如果在换热器中存在热损失，则在换热器中的传热速率为 式中Q‘h为热流体对环境的散热量，W；Q’C为冷流体对环境的散 热量，W。 劣噬采稗啡哩在跨撵亏码货辊总瓜诵智掀拱光豫怖捶荡司逛邵草龟矾晾泪传热过程计算传热过程计算 5.2.2 传热速率方程 如前图5-2所示，在换热器中，任取一微元段dl，对应于间壁的微元传热面积dAo，热流体对冷流体传递热量的传热速率可表示为 ——微分传热速率方程 式中K表示局部传热系数，W/（m2·℃）；th、tc分别为热流体和冷流体的局部平均温度，℃。 (5-1) 往迪妖牧柒吧望晓侮佐狐涌经短砖鹤膳前窜库恤恩溶院撞窟酵篱察碘啸咎传热过程计算传热过程计算 5.2.2 传热速率方程 由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为 式中R=1/KA为换热器的总传热热阻，℃/W。 式中K表示总平均传热系数，简称总传热系数或传热系数，W/（m2·℃）；A为换热器的总传热面积；Dtm表示冷热流体的平均传热温差，℃。 对于整个换热器，传热速率方程可写为 (5-1a) 寥狭聚迎拷的喧体隔藐藤拱诸淳尼诣拟么炎月几亥饯知辞鸣曝宛奋驹闹摄传热过程计算传热过程计算 5.2.3 总传热系数与壁温计算 1.总传热系数的计算 如图5-2所示，设两流体通过间壁进行换热。在换热器中任取一微元段dl，间壁内、外侧的传热面积分别为dAi和dAo。壁面的导热系数为l，壁厚为b。内、外侧流体的温度分别为th和tc，对流传热系数分别为ai和ao。间壁内侧、外侧的温度分别为twh和twc。 据牛顿冷却定律和傅立叶定律 内 侧 间 壁 外 侧 聊椰孪虞撰峦匠续摇釜给辐哲按嘎焰仍赛讹少娘炙椿凝惺市居眯幅凤冕鳞传热过程计算传热过程计算 5.2.3 总传热系数与壁温计算 在稳态条件下 利用式（5-2）和（5-3），可得 式中Q为换热器总传热面积上的传热速率，W；为传热的总推动力，℃。 对比式（5-1）和式（5-4），若以间壁外侧面为传热面积计算基准，则其局部传热系数为 烘谊丘韦口悄皱羞丹块死鲸搏隙孰殿览访厘傈受寸宅盘囱淌贿争娟屯灿抠传热过程计算传热过程计算 5.2.3 总传热系数与壁温计算 将a看作常数，因而求得的局部传热系数K‘亦为常数，不随管长变化，而作为全管长上的总传热系数K ，故式（5-5）可改写为 选取不同的传热面积作为传热过程计算基准时，其总传热系数的数值不同。因此，在指出总传热系数的同时，还必须注明传热面的计算基准。 如对应于Ai的总传热系数Ki 描周攀蛊扇触港跌瓶串翅沛栏败左原阂翰钓脏航畜企嚏熟枣练碾苟附邻楞传热过程计算传热过程计算 5.2.3 总传热系数