化工原理.传热过程的计算.ppt

第五节 传热过程的计算  * * 返回 北京化工大学化工原理电子课件 无热损失： 一、热量衡算 冷流体 热流体 Q ─ 热流体放出或冷流体吸收的热量，W； qm1,qm2 ─ 热冷流体的质量流量，kg/s； h1,h2 ─ 冷流体的进出口焓，J/kg； H1,H2 ─ 热流体的进出口焓， J/kg 。 1.无相变，且Cp可视为常数 热量衡算式： 式中： cp1,cp2 ── 热冷流体的比热容， J/(kg·℃) ； t1,t2 ── 冷流体的进出口温度， ℃ ； T1,T2 ── 热流体的进出口温度， ℃ 。 2.有相变时 2.1 饱和蒸汽冷凝： TS ─热流体的饱和温度，℃。 r ─热流体的汽化潜热，kJ/kg； 2.2 冷凝液出口温度T2低于饱和温度TS : 1. 恒温传热 二、传热平均温度差 饱 和 蒸 汽 冷 凝 T 液 体 沸 腾 t 2.1 一侧恒温、一侧变温 t T2 T1 t2 t1 T 一侧饱和蒸汽冷凝，另一侧冷流体被加热。 一侧热流体被冷却，另一侧冷流体沸腾。 2. 变温传热 逆流 并流 错流 折流 2.2 两侧均有温度的变化： 冷热流体的四种流向 2.2.1 逆流和并流时的?tm t2 T1 T2 t1 逆流 t2 t1 T2 T1 并流 t1 t2 T2 T1 t1 t2 T1 T2 以逆流为例推导 假设：（1）稳态传热、稳态流动，qm1、 qm2一定； （2）cp1、cp2为常数； （3）K沿管长不变化； （4）热损失忽略不计。 t1 t2 T1 T2 讨论：（1）也适用于并流 （2）较大温差记为?t1，较小温差记为?t2 （3）当?t1/?t22，则可用算术平均值代替 （4）当?t1＝?t2， 结论： (1) 就提高传热推动力而言，逆流优于并流。当换热器的传热量Q及总传热系数K相同的条件下，采用逆流操作，所需传热面积最小。 (2) 逆流可以节省冷却介质或加热介质的用量，所以换热器应当尽量采用逆流流动，尽可能避免并流流动。 （3）在某些生产工艺有特殊要求时，如要求冷流体被加热时不得超过某一温度或热流体冷却时不得低于某一温度，应采用并流操作。 （4）当换热器有一侧流体发生相变而保持温度不变时，就无所谓并流和逆流了，不论何种流动形式，只要进出口温度相同，平均温度就相等。 三、总传热系数 如何确定K值，是传热过程计算中的重要问题。 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 管内对流: 管外对流： 管壁热传导： 对于稳态传热 式中 K——总传热系数，W/(m2·K)。 总热阻 总推动力 讨论： （1）当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm （2）以外表面为基准(dA=dA1): 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。 （4）以壁表面为基准： （3）以内表面为基准： 近似用平壁计算