第五篇 传热3.ppt

第五节 两流体间的传热计算 二、 换热器的热负荷及热量衡算方程式 ㈡ 热量衡算方程式 三、传热速率方程式 四、 总传热系数K ㈠ 传热系数K 的确定方法 (二) 考虑污垢热阻的总传热系数 【例题】 解： 【例题】 【例题】 (三) 壁温的计算 五、 平均温度差△tm的计算 逆流时的平均温差 3. 错流和折流时的温差 第五节 两流体间的传热计算 假设热流体走管外： 由牛顿冷却定律 由传热速率方程式 第五节 两流体间的传热计算 即 同理可得 （5-104） （5-103） 第五节 两流体间的传热计算 假设热流体走管内： （5-101） （5-102） 热流体走管外时： 或： 第五节 两流体间的传热计算 讨论：对于用水蒸汽加热空气的套管式换热器，壳程为水蒸汽冷凝（对流传热系数较大），管程空气被加热（对流传热系数较小） ，壁温接近于哪一侧流体的温度？ 壁温接近于对流传热系数大的一侧的流体的主体温度 1.恒温传热时平均温度差△tm的计算 恒温传热 如：一方为蒸汽冷凝（T），一方为液体沸腾（t） △tm=T-t 第五节 两流体间的传热计算 第五节 两流体间的传热计算 2.变温传热时平均温度差△tm的计算 （1）逆流与并流时的平均温差 第五节 两流体间的传热计算 并流操作的平均温差 取换热器中一微元段为研究对象，其传热面积为dA，在dA内热流体因放出热量温度下降dT，冷流体因吸收热量温度升高dt，传热量为dQ。 由传热速率方程： 忽略热损失，由热衡算方程可得： 第五节 两流体间的传热计算 上面两式相减得： 第五节 两流体间的传热计算 代入传热速率方程： 分离变量得： 第五节 两流体间的传热计算 假定m1cp,1、m2cp,2及K均为常数，令Δt1=T1-t1，Δt2=T2-t2，对上式进行积分： 可得： 由总热量衡算方程： 第五节 两流体间的传热计算 将二式代入，可得： 整理得： 第五节 两流体间的传热计算 与总传热速率方程Q=KAΔtm对比可得： 其中： 第五节 两流体间的传热计算 一、 间壁两侧流体的传热 ㈠ 间壁式换热器及其传热过程 套管式换热器 冷溶液进 冷溶液出 热溶液进 热溶液出 传热过程分析： ① 热流体与壁面的对流传热； ② 管壁的导热； ③ 管壁与冷流体侧的对流传热。 第五节 两流体间的传热计算 ㈠ 热负荷 定义： 单位时间冷、热流体间交换的热量 计算： 比热法、热焓法 第五节 两流体间的传热计算 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。 热流体放出热量： 冷流体吸收热量： 如果只发生单纯的温度变化，则： 如果只发生单纯的相变化，则： 冷流体吸收热量： 热流体放出热量： 当流体既有相变化又有温度变化时，则： 热流体放出热量： 冷流体吸收热量： 第五节 两流体间的传热计算 比热法: 热流体放出热量： 冷流体吸收热量： 第五节 两流体间的传热计算 热焓法: 如果忽略热损失（Qf=0） ，则有： 如果热损失不能忽略(Qf≠0) ，则根据热负荷的定义确定： 第五节 两流体间的传热计算 以套管换热器为例： 热流体放出热量： 冷流体吸收热量： 能量守恒： Q1＝Q2+Qf Qf=0 Q1＝Q2 第五节 两流体间的传热计算 例： 在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水在Φ25×2.5的内管中流动，其进出口温度分别为290K和320K，忽略热损失，试求冷却水的消耗量及冷却水侧的对流传热系数？ 第五节 两流体间的传热计算 热负荷是指需要换热器所完成的传热任务，反映了生产上的要求。换热器能否完成工艺上要求的传热任务，取决于换热器的传热速率，换热器的传热速率系指单位时间内通过换热器传热面所传递的热量，反映了在一定操作条件下换热器的传热能力；而故一个设计合理、能满足生产上要求的换热器，其传热速率等于或略大于热负荷。 第五节 两流体间的传热计算 第五节 两流体间的传热计算 ① 热流体与壁面的对流传热； ② 管壁的导热； ③ 管壁与冷流体侧的对流传热。 在逆流套管换热器中取微元管段dl进行分析： 热流体对管内壁的对流传热速率： 管内壁至管外壁的导热速率： 第五节 两流体间的传热计算 热 流 体 冷 流 体 t h t c t h,w t c,w Φ Φ 流体通过间壁的热交换 热 流 体 冷 流 体 T t Tw tw 流体通过间壁的热交换 管外壁到冷流体的给热速率： 对于稳定传热过程： 可得： 第五节 两流体间的传热计算 利用加比定律： 如果α1、α2、λ均不随管长l而变，且温差可以用一平均值（T-t）m表示，则可积分得： 第五节 两流体间的传热计算 令：