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第5章 传热过程计算与换热器 5.1 传热过程分析 5.2 传热过程的基本方程 5.3 传热过程的平均温差计算 5.4 传热效率和传热单元数 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 5.6 传热系数变化的传热过程计算 5.7 换热器 5.1 传热过程分析 如图5-1所示，热流体通过间壁与冷流体进行热量交换的传热过程分为三步进行： 5.2 传热过程的基本方程 5.2.1 热量衡算方程 5.2.2 传热速率方程 5.2.3 总传热系数和壁温的计算 5.2.1 热量衡算方程 热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化的相互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所吸收的热量。 5.2.1 热量衡算方程 对于换热器的一个微元段，传热面积为dA，冷热流体之间的热量传递满足 5.2.2 传热速率方程 如前图5-2所示，在换热器中，任取一微元段dl，对应于间壁的微元传热面积dAo，热流体对冷流体传递热量的传热速率可表示为 5.2.2 传热速率方程 由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为 5.2.3 总传热系数与壁温计算 1.总传热系数的计算 5.2.3 总传热系数与壁温计算 在稳态条件下 5.2.3 总传热系数与壁温计算 将a看作常数，因而求得的局部传热系数K‘亦为常数，不随管长变化，而作为全管长上的总传热系数K ，故式（5-5）可改写为 5.2.3 总传热系数与壁温计算 对于内、外径分别为di和do，长为L的圆管，由于，总传热系数Ko还可以表示为 5.2.3 总传热系数与壁温计算 2.污垢热阻 5.2.3 总传热系数与壁温计算 3.换热器中总传热系数的范围 5.2.3 总传热系数与壁温计算 4.壁温的计算 5.2.3 总传热系数与壁温计算 例5-1 一空气冷却器，空气横向流过管外壁，对流传热系数ao=100 W/（m2·℃）。冷却水在管内流动，ai= 6000W/（m2·℃）。冷却水管为f25×2.5mm的钢管，其导热系数l=45 W/（m·℃）。试求（1）在该状况下的总传热系数；（2）若将管外空气一侧的对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数有何变化；（3）若将管内冷却水一侧的对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数又有何变化。 5.2.3 总传热系数与壁温计算 讨论 5.3 传热过程的平均温差计算 1.恒温差传热 5.3 传热过程的平均温差计算 1．并流和逆流时的传热温差 5.3 传热过程的平均温差计算 通过微元面积dA的传热量为 5.3 传热过程的平均温差计算 即 5.3 传热过程的平均温差计算 5.3 传热过程的平均温差计算 2．错流和折流时的传热温差 5.3 传热过程的平均温差计算 5.3 传热过程的平均温差计算 3.不同流动排布型式的比较 5.4 传热效率和传热单元数 1.传热效率 5.4 传热效率和传热单元数 如果已知换热器的传热效率e，就可以根据冷热流体的进口温度确定换热器的传热速率Q，即 5.4 传热效率和传热单元数 当传热系数K和比热cpc为常数时，积分上式可得 5.4 传热效率和传热单元数 3.传热效率和传热单元数的关系 5.4 传热效率和传热单元数 e～NTU 关系 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率—传热单元数（e-NTU）法两种。 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 ①根据已知的三个端部温度，由热量衡算方程计算另一个端部温度； ②由选定的换热器型式计算传热系数K； ③由规定的冷、热流体进出口温度计算参数P、R； ④由计算的P、R值以及流动排布型式，由j—P、R曲线确定温度修正系数j； ⑤由热量衡算方程计算传热速率Q，由端部温度计算逆流时的对数平均温差Dtm； ⑥由传热速率方程计算传热面积 。 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 e-NTU法 1．根据已知的三个端部温度，由热量衡算方程计算另一个端部温度； 2．由选定的换热器型式计算传热系数K； 3．由规定的冷、热流体进出口温度计算参数e、CR； 4．由计算的e、CR值确定NTU。由选定的流动排布型式查取e—NTU算图。可能需由e—NTU关系反复计算NTU； 5．计算所需的传热面积 。 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 例5-2 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为1.25 kg/s，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超