化工原理第四章第四节讲稿分解.ppt

第四章 传热 一、能量衡算 二、总传热速率微分方程三、总传热系数 四、平均温度差 五、传热面积的计算 六、传热单元数法 七、壁温的计算 八、保温层的临界直径 一、热量衡算 二、总传热速率方程 三、总传热系数 四、传热的平均温度差 五、传热面积的计算 六、传热单元数法 七、壁温的计算 八、保温层的临界直径 (2)逆流可以节省冷却介质或加热介质的用量。 所以，换热器应当尽量采用逆流流动，尽可能避免并流流动。 在某些生产工艺有特殊要求时，如要求冷流体被加热时不得超过某一温度或热流体冷却时不得低于某一温度，应采用并流操作。 当换热器有一侧流体发生相变而保持温度不变时，就无所谓并流和逆流了，不论何种流动型式，只要进出口温度相同，平均温度就相等。 (3)采用折流和其他复杂流动的目的是为了提高传热系数，其代价是平均温度差相应减小，温度修正系数φ△t是用来表示某种流动型式在给定工况下接近逆流的程度。综合利弊，一般在设计时最好使φ△t ＞0.9，至少不能使φ△t 0.8。否则应另选其他流动型式，以提高 φ△t 。 1、传热系数K为常数 其中： 2、传热系数K为变数 积分 ： 不能用解析法求解时，可采用数值积分、图解积分或分段计算的方法。 将每段中的物性、传热系数Kj视为常量，分段计算传热温差△tmj和相应的热流量Qj及传热面积Sj， 或 总传热面积 ： 1、传热效率ε WCp：流体的热容量流率 当热流体的热容量流率较小时 若冷流体的热容量流率较小 2、传热单元数NTU 1）传热单元数的定义 对于冷流体 积分 (NTU)c：基于冷流体的传热单元数 当K与Cpc为常数，且T-t可用平均温度差代替时 同理,基于流体的传热单元数 当K与Cph为常数时 2）传热单元数的含义 ： （1）对于已知的换热器利用处理的物料而言，它表示该换热器的换热能力的大小。 K与A大，表示换热器的能力大，可完成更高的换热要求 （2）对已知流体的换热器而言，它表示换热要求的高低与换热的难易程度。 换热要求高，即流体进出口的温差大；传热的推动力小，换热所需的单元数大。 3）传热单元数的物理意义 将 改写成 基于WCp值小的流体的传热单元长度,可视为(Wcp)min的流体温度变化与传热温差相等时的换热器的管长。 传热系数K愈大，即热阻愈小，传热单元长度愈小。换热时所需要的传热面积也愈小。 换热器的长度（对于一定的管径）等于传热单元数和传热单元长度的乘积。 一个传热单元可视为换热器的一段 3、传热效率与传热单元数的关系 将（2）代入（1），并整理得 并流时 若冷流体为最小值流体,并令Cmin=Wccpc,Cmax=Whcph， (NTU)min=KS/Cmin 将(4)代入(3)得 逆流时传热效率和传热单元数的关系为： * * 第四节 传热计算 传热计算 设计计算 校核计算 根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。 判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。 依据：总传热速率方程和热量恒算 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的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。即： ——换热器的热量衡算式 应用：计算换热器的传热量 若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度下的比热时 若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝液在饱和温度下离开。 若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器 通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程写出： ——总传热速率微分方程 or 传热基本方程 K——局部总传热系数，（w/m2℃） 物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。 当取△t和k为整个换热器的平均值时，对于整个换热器，传热基本方程式可写成： 或 K——换热器的平均传热系数，w/m2·K ——总传热热阻 注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的传热面积不同，总传热系数的数值不同。 传热基本方程可分别表示为： 式中： Ki、Ko、Km——分别为管内表面积、外表面积和内外侧的平均表面积的传热系数，w/m2·K Si、So、Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均面积，m