食品工程原理 传热2.5讲述.ppt

1 2.4 传热过程的计算 2.4.1总传热速率方程 2.4.2热量衡算 列管式换热器（管壳式换热器） 5 套管换热器 6 列管换热器 一、总传热速率方程 qmc，t2 一、总传热速率方程 （1）管外对流 （2）管壁热传导 一、总传热速率方程 （3）管内对流 对于稳定传热 一、总传热速率方程 加比定律 一、总传热速率方程 令 则 式中 K——总传热系数，W/(m2·K)。 一、总传热速率方程 总传热速率方程 1．当传热面为平壁时，r0=ri 二、总传热系数 2．当传热面为圆筒壁时，r0≠ri 1）以外表面为基准(S= S0): 式中 K0——以换热管的外表面为基准的总传热系数； 二、总传热系数 2）以内表面为基准(S= Si): Ki ——以换热管的内表面为基准的总传热系数； 二、总传热系数 因垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往会成为主要热阻，计算 K值时，污垢热阻不可忽视。管壁内侧和外侧的污垢热阻分别: Rsi 和 Rs0 ，则总热阻（以外表面积为基准）： 污垢热阻 为消除污垢热阻的影响，应定期清洗换热器。 二、总传热系数 平 壁 三、传热面积的计算 四、传热平均温度差Δtm 1、恒温差传热（间壁两侧均为相变化传热） 参与传热的冷、热两种流体在换热器内的任一位置、任一时间，都保持其各自的温度不变，此传热过程称为恒温传热。 例如：用水蒸汽加热沸腾的液体，器壁两侧的冷、热流体因自身发生相变化而温度都不变。 恒温传热时的平均温度差与流体的流动方向无关，其值如下： 2、变温差传热 工厂中常用的冷却器和预热器等，在换热过程中间壁的一侧为热流体，另一侧为冷流体，热流体沿间壁的一侧流动，温度逐渐下降，而冷流体沿间壁的另一侧流动，温度逐渐升高。 这种情况下，换热器各点的温度是不同的，这就是实际中常见的是变温差传热，两流体在换热器中不同位置传热温度差Δt不同。 四、传热平均温度差Δtm 间壁两侧流体的流动形式各种各样，但最基本的有两种形式：逆流、并流 ；另外，还有错流和折流。 逆流 并流 错流 折流 四、传热平均温度差Δtm 以逆流为例导出计算平均温度差Δtm 的通式 dS 四、传热平均温度差Δtm 取一微元传热面dS ① 经dS的传热速率为 dQ = K(T- t)dS= KΔt dS ② 对dS进行热量衡算（冷、热流体均无相变化） dQ = - WhcphdT= - Wccpcdt （1）以逆流为例导出计算平均温度差Δtm 的通式 四、传热平均温度差Δtm ③ 对整个换热器进行热量衡算 设Q损=0，cph、cpc分别取平均温度下的平均值，可以认为是常数，冷、热流体均无相变化， Q = Whcph（T1- T2）= Wccpc（t2- t1） 四、传热平均温度差Δtm ④ 导出计算Δtm 的通式 四、传热平均温度差Δtm Δtm：对数平均温度差 Δt1——热流体进口侧的传热温差，℃； Δt2——热流体出口侧的传热温差，℃。 四、传热平均温度差Δtm 逆流与并流比较 当T1、T2及t1、t2均已确定时， Δtm逆Δtm并； a、若Q相同，则A逆A并，所以工业换热器一般采用逆流。 b、节省冷却剂或加热剂用量 四、传热平均温度差Δtm 并流 t2 总是 T2，逆流t2 可以＞ T2。 结论：逆流比并流优越，故应尽可能采用逆流操作。此外，传热的好坏，除Δtm的大小外，还应考虑影响 K 的多种因素及换热器结构方面的问题。 四、传热平均温度差Δtm 并流特点: 加热热敏性物料可避免出口温度 t2 过高而影响产品质量。工艺上要求被加热流体不得高于某一温度，或被冷却流体不得低于某一温度，采用并流较易控制。 高粘度流体的加热，使温度迅速升高，增强流动性。 四、传热平均温度差Δtm 30 2.4 传热过程的计算 2.4.1总传热速率方程 2.4.2热量衡算 热负荷Q：单位时间冷、热流体间交换的热量 很显然，在不计换热器的热损失时，换热器的热负荷等于单位时间内热流体放出的热量或冷流体吸收的热量。 计算方法： 热焓法、比热法 一、热量衡算 冷流体温度用 t 表示，热流体温度用T表示，下标1，2分别代表进口与出口参数，Wh， Wc分别表示热流体、冷流体的质量流量。 一、热量衡算 （1）两流体均无相变，且流体的比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的比热容时，表示为: Q──换热器的热负荷，kJ/h 或 kW 2.比热法 式中： Cp──流体的定压比热容，kJ/(kg·℃) t──冷流体的温度，℃； T──热流体的温度，℃。 2.比热法 (2)流体有相变，例如饱和蒸汽冷凝时，则可表示为 r──饱和蒸汽的汽化热，kJ/kg