04第四章传热过程计算.ppt

2、变温传热 ? ? ? ? ? ? ? ? ?(1)?? 逆流和并流 以套管式换热器中的逆流为例，如图所设，则由dS中的热平衡，得 所以 相减 令 ——局部温差 且 假定为常数。 则 所以?t与Q成线性关系，其斜率也可为 而 所以 假定 为常数，则 ， 令 ——对数平均温差，当 时， 。 所以 ——总传热基本方程 显然，上式对并流也适用。 （2） 折流和错流 式中 ——温差校正系数 【例4-8】两流体在列管式换热器中进行热量交换，已知管内热流体的平均温度为175℃，给热系数为10000W/(m2·K)，管外冷流体的平均温度为120℃，给热系数为1000 W/(m2·K)，忽略管壁热阻和污垢热阻，试计算管壁的平均温度。 解：根据管壁平均温度的计算公式 方法是：先假设一壁温，据此计算两个给热系数，进而由式计算壁温，直至计算的壁温和假设的壁温相一致。假设壁温时应作粗略估计，由式知，温差与热阻成正比，也即：壁温接近给热系数较大一侧流体的温度。 tw=170℃ 传热过程的强化占有十分重要的地位，设计和开发高效换热设备, 可以达到节能降耗的经济目的。 相反，许多场合需要力求削弱传热，隔热保温技术在高温和低温工程中对提高经济效益关系重大，已经发展成为传热学的一个重要分支。 传热强化 不难看出，提高方程式右边任何一项，均可达到提高换热器传热能力的目的，但究竟哪一个环节是传热的控制步骤，则需要具体问题作具体分析，只有针对传热过程的薄弱环节采取强化措施，才能收到预期的效果。 四、强化传热的途径 返回 武汉理工大学化工原理电子课件 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 诙 第三级 谒募 第五级 返回 武汉理工大学化工原理电子课件 4.4 传热过程的计算 4.4.1 总传热系数和总传热速率 4.4.2 热量衡算和传热速率方程间的关系 4.4.3 传热平均温度差 4.4.4 壁温的计算 4.4.6 传热计算示例 4.4.1 总传热系数和总传热速率方程 dA t2 G1，T1 G2，t1 T2 热流体 固体壁面一侧 固体壁面一侧 另一侧 固体壁面另一侧 冷流体 tw Tw 对流 对流 导热 冷流体 热流体 t T Q （3）管内对流 （1）管外对流 （2）管壁热传导 对于稳定传热 式中 K——总传热系数，W/(m2·K)。 总传热面积取管的外表面积，k=? 讨论： 1．当传热面为平面时，（管径大壁薄） 2．以外表面为基准(dA=dA1): 忽略器壁热阻 式中 K1——以换热管的外表面为基准的总传热系数； dm——换热管的对数平均直径。 以壁表面为基准： 以内表面为基准： 近似用平壁计算 3．1/K值的物理意义 例4-6：某空气加热器，蒸汽在管间冷凝，以加热管内流动的 空气，已知空气侧给热系数a1＝50W/m2·K ，蒸汽冷凝给 热系数a2＝5000W/m2·K，(忽略壁的热阻）为强化传热，现 （1）将蒸汽给热系数提高1倍，求总传热系数； （2）将空气给热系数提高1倍，求总传热系数。 解： 计算表明： 提高大给热系数， 总传热系数基本 不变； 提高小给热系数 1倍，总传热系数 提高近1倍。 二、总传热速率方程 式中 K——平均总传热系数； ?tm——平均温度差。 ——总传热速率方程 获取K的其他途径： ⑴ 查取K值 在有关传热手册和专著中载有某些情况下K的经验数值，但应选用工艺条件接近、传热设备类似的较为成熟的经验K值作为设计依据，表7-1列出了一些条件下经验K值的大致范围，供设计时参考。 ⑵ 实验测定 通过实验测定现有换热器的流量和温度，由传热基本方程计算K值： 实验测定可以获得较为可靠的K值。由计算方法得到的K值往往与查取的和实测的K值相差较大，这主要是由于计算给热系数a的关联式有一定误差和污垢热阻不易估计准确等原 因所致，因此，使用计算的K值时应慎重，最好与另外两种方法作对照，以确定合理的K值。 列管换热器总传热系数K的经验数据