化工原理第四章〔两流体间传热过程的计算〕.ppt

第四节 两流体间传热过 程的计算 一、总传热方程式 二、热量衡算 三、平均温度差的确定 四、总传热系数的确定 五、传热面积的确定 六、污垢热阻 七、流向的选择 逆 流 【特点】方向相反且平行。 折流换热器 【特点】既存在并流，又存在逆流。 喷淋蛇管（错流）式换热器 【特点】两种流体的流向垂直交叉。 ——对数平均温度差 7、并、逆流操作的平均温度差 在如下假定条件下（稳定传热过程）： ①稳定操作，qm1 ，qm2为定值； ②Cp1、Cp2及K沿传热面为定值，或取平均值； ③换热器保温良好，无热损失。 由总传热方程式及热量衡算式可推得： 【几点说明】 ①计算式只适用于并、逆流操作，但不适用于折流和错流操作过程； ② ?t1、 ?t2——设备同一端热、冷流体的温度差； t1 t2 t2 t1 T1 T2 ④当 ?t1/?t22，则可用算术平均值代替（误差4%，在工程允许误差范围之内） 。即： ③习惯上将较大温差记为?t1，较小温差记为?t2，避免在计算中带入负号； 3 2 1.5 1.3 1.1 1.10 1.04 1.013 1.005 ～1.0 工程计算允许误差为＜5％ 8、错流和折流的平均温度差 【基本方法】 ①先按逆流计算对数平均温差?tm逆； ②求平均温差校正系数ψ； ③求取平均传热温差： 【温差校正系数ψ的获取方法之——图算法】 【方法】根据R与P的数值，从各种算图中查得温差校正系数ψ 。 【基本原理】由Underwood和Bowan提出。 ——温度效率 ——温度相关因数 ψ ψ ψ ψ 双壳程双管程列管式换热器 隔板 隔板 双壳程四管程列管式换热器 隔板 ψ ψ ψ ψ 当 式中ψ——对数平均温差校正系数； P——温度效率； R——温度相关因数； Ns——壳程数。 【温差校正系数ψ的获取方法之——经验公式】 当 ①平均温差校正系数ψ 1，这是由于在列管换热器内增设了折流挡板及采用多管程，使得换热的冷、热流体在换热器内呈折流或错流，导致实际平均传热温差恒低于纯逆流时的平均传热温差。 ②ψ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，最好使ψ 0.9，绝不能使ψ 0.8，否则另外选其他流型。 【两点说明】 【例】用300 ℃的高温气体产物加热冷原料气，工艺要求原料气由15 ℃加热至160 ℃ ，产物气换热后不低于190 ℃ 。试比较： （1）逆流操作和并流操作条件下的传热温度差； （2）若要并流与逆流操作的传热速率相等，求传热面积比。（假设传热系数相同） 【解】逆流操作时：300???190 160???15 则：Δt1=175 Δt2=140 ∴ 由于 若用算术平均值，则： 误差： 可见误差很小。 并流操作时： 300 ???190 15 ???160 则 Δt1=285 Δt2=30 ∴ 若仍用算数平均值： 此时的误差为： 可见误差极大 若要求传热速率相等，即： Q并＝Q逆 由于 K并＝K逆 根据 Q=KAΔtm 则 即 【结果说明】并流操作时所需要的传热面积是逆流操作时的1.4倍，故采用逆流操作可以减少传热面积，节省设备量，有利于传热操作。 【问题】怎样连接冷凝水，为什么？ 冷凝水进口 冷凝水出口 四、总传热系数的确定 【作用】总传热系数K（简称传热系数）是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。 【确定方法】总传热系数K的确定方法有三种： （1）使用公式计算（用于操作型计算）； （2）通过实验测定（用于操作型计算）； （3）使用经验数据（用于设计型计算）。 1、总传热系数的计算公式 （1）传热过程分析 α1 α2 λ A1 A2 Am 【结论】总传热系数与传热分系数有关。 （2）总传热系数的基本计算式 基本计算式推导的依据： ①傅立叶定律； ②牛顿冷却定律； ③总传热方程式。 对于微元传热面积为dA的换热器： ——总传热系数的基本计算式 ①当传热面为平壁时，dA=dA1=dA2=dAm，则： （3）各种情况下总传热系数的计算式 ②对于薄层圆筒壁，若d2/d1＜2 ，近似按平壁计算（误差4%，工程计算可接受）。 ③当传热面为圆筒壁时，若d2/d1＞2，如以外表面积为基准（即以圆筒壁的外表面作为换热器的面积，在换热器系列化标准中常如此规定），则： 式中