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化工原理第4章_复习

* * 第4章 传热过程及换热器 4.1化工生产的传热过程及常见换热器 1.化工生产中的传热过程 加热或冷却 换热 保温 ①直接接触式 ②间壁式 ③蓄热式 2.热量传递的基本方式 对流传热:流体流过固体表面的时候,热量从流体传到固体 表面或从固体表面传到流体中,此过程称为对流传热。 强制对流 自然对流 传导传热(热传导)、对流、辐射 1.热传导基本方程——傅立叶 定律 4.2传导传热 3. 间壁式换热器 (4-1) (4-2) 2.间壁式换热器壁面的稳定热传导 对上式积分得: 5.2热传导 (1)平壁的定态热传导 4.2传导传热 (4-3) (4-4) (1)稳定温度场; (2)一维温度场。 5.2热传导 (2)圆筒壁的定态热传导 4.2传导传热 分离变量积分: 整理得: (4-5) 5.2热传导 4.2传导传热 对数平均半径 5.2热传导 (3)多层平壁的定态热传导 4.2传导传热 5.2热传导 4.2传导传热 同理对于多层圆筒壁有: 或 4.3 对流传热 1. 对流传热机理 (4-12) 牛顿冷却定律或给热方程 h—对流传热系数(给热系数), 单位:W/(m2·K) 4.3 对流传热 2. 对流传热系数的影响因素及其求取 ① 流体的种类和物性 ②流动形态——层流和湍流 ③引起流动的原因(自然对流、强制对流) ④传热面的形状,大小和位置 影响对流传热系数的主要因素可用下式表示: (4-13) 努塞尔特准数,待定准数 雷诺准数,流动形态对对流传热的影响 普兰特准数,流体物性对对流传热的影响 格拉斯霍夫准数,自然对流对对流传热的影响 4.3 对流传热 适用范围: 流体在管内的强制对流 流体在圆形直管内的强制对流时 (4-16) (4-15) 当流体被加热时m取0.4,被冷却时取m0.3 4.4间壁式热交换的计算 1.传热总方程 (4-12) 传热总方程 (传热基本方程) (4-18) K——总传热系数 W/(m2·K) 总传热系数 2.总传热系数K K是衡量换热器的重要指标 当换热器的壁面为单层平壁时 (4-19) (4-20) 当换热器的壁面为单层圆筒壁时 总传热系数 以换热管外表面为基准时 (4-21) 即 若间壁为多层平壁以及间壁两侧有污垢时 (4-22) 总传热系数 当换热器的壁面为单层圆筒壁两侧有污垢时 通常换热器的传热面积以外表面为基准,所以K2的下标2可省略 3.传热过程的平均温度差 (1)定态恒温差传热 (2)定态变温差传热 平均温度差Δtm的计算 (4-23) 4.热负荷及热量衡算 生产工艺对换热器换热能力的要求称为换热器的工艺热负荷ΦL 热负荷及热量衡算 (1)热负荷 ①流体在传热中只有相变的场合 (4-25) ——流体的质量流量,kg/s ——流体的相变热,kJ/kg 热负荷及热量衡算 ②流体在传热中仅有温度变化不发生相变的场合 ——流体的定压熱容,kJ/(kg·k) ——流体传热前后的温度,k (2)热量衡算 h表示热流体,c表示冷流体 (4-27) (4-26) 传热过程的计算 9.在一列管换热器中,用水蒸气加热原油。管子规格为Φ25mm×2.5mm,管内原油的表面传热系数为1000 W·m-2·K-1,管内污垢层的热阻系数Rh,1=1.5 ×10-3m2·K·W -1;管外水蒸气加热原油,管外水蒸气冷凝的表面传热系数为10000 W·m-2·K-1,管外污垢热阻及管壁的热阻可忽略不计,试求传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。 解:基于管外表面的K2用下式计算 管内污垢层热阻与总热阻之比 管外水蒸气冷凝的热阻与总热阻之比 管内原油热阻与总热阻之比 11.在管长为1m的单程套管换热器中,用水冷却热油,两种流体并流换热,油的初温为150℃,终温为100℃;水的初温为15℃,终温为40℃.欲用加长换热器管子的方法,使油的出口温度降至80℃,试求此时的管长。假设在两种情况下,油和水的质量流量、进口温度、物性参数和传热系数均不变化,热损失可忽略;换热器除管长外,其余尺寸也不变化。 解:根据热量衡算方程 当管长为1m时 油的出口温度降至80℃时水的出口温度为t2′ 1m时的平均温度差 热负荷结合传热方程 ℃ ℃

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