化工单元过程及操作二版第五节传热过程计算.ppt

对数平均值 算术平均值 只能采用对数平均值 逆流传热 误差为 Δt1=T1-t2=160℃ Δt2=T2-t1=100℃ Δt1 /Δt2 =1.62 对数平均值 算术平均值 误差为 采用对数平均值和算术平均值均可 计算结果表明: 在相同情况下，逆流传热的平均温度差大于并流传热的平均温度差，这意味着采用逆流传热要比并流传热相应减少传热面积或载热体使用量。 四、传热系数的计算 K是衡量换热器性能的重要指标之一。其大小主要取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等。 化工中常见传热过程的K值范 K推导: 根据 得 意义：传热的总热阻,等于间壁两边对流传热热阻与间壁本身导热热阻之和。 当换热器的间壁为单层平面壁时，因Si=So=S，则传热系数为： 若间壁为多层平面壁以及间壁两侧有污垢积存时，传热系数为： 式中 Rαi 、 Rαo分别表示壁面两侧污垢热阻系数，m2?K?W-1 若换热器的传热面为单层圆筒壁面时，若Si≠So≠S，即传热系数与传热面积对应时： 以管壁内表面为基准： 或 则： 以管壁外表面为基准： 或 则 实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻： 圆管中： 平壁： (2) 污垢热阻 Rdi和 Rdo 污垢热阻影响：使α↓，热流量↓。 污垢热阻取值： 经验数据。 注意：传热系数、污垢热阻的单位。 (3) 壁温计算 忽略污垢热阻，稳态传热时： 结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度。 例题 某列管换热器的管束由Φ25mmX2.5mm的钢管（λ=45 W·m-1·K-1）组成，热空气流经管程，冷却水在管外和空气逆流流动。已知管内空气侧的 αi为 50 W·m-2·K-1，管外水侧的 α0为 1000 W·m-2·K-1，试求基于管外表面的传热系数 Ko和基于内表面的传热系数Ki，并比较KoAo和KiAi。 解： 按圆管公式计算时 代入已知数据计算 得 计算结果表明，选取不同的传热表面，计算所得K值不同。 若以内表面为参考 得 对一根管取单位长度有： 例 在上例中，如果管壁热阻可忽略。为提高传热系数，在其它条件不变前提下，将α1、α2提高一倍的效果如何？ 解: （1）将α1提高一倍 增加54.1% （2）将α2提高一倍 增加1.56% 表明，K值接近热阻大一侧的α值，K受α小的一侧流 体所控制。 欲提高K值，应从α小的一侧入手。 分析: （1）取基准传热面不同，K值不同。 （2）当αi与α0相差较大时,以α小的一侧传热面为基准（一般情况）。 （3）当αi与α0相差不大时，以Sm为基准。 （4）当b很小，d较大，即Si≈SO≈Sm （5）若αi ﹥﹥ α0，λ很大，b很小，K ≈α 五、换热器的选择及传热过程的强化 1．换热器的选择 ①冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等； ②冷、热流体的物性参数； ③冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等。 换热器的选择，是在换热器系列化标准中确定合适的换热器类型和规格的过程。 换热器的选择首先要考虑以下事项。 （1）了解换热任务，掌握基本数据及特点。 （2）确定选用换热器的型式，决定流体的流动空间。 如选定列管换热器，对换热流体流动空间可按下列原则确定。 ①不洁流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程； ②需提高流速以增大对流传热系数的流体走管程； ③腐蚀性流体走管程，以免腐蚀壳体和管束； ④压力高的流体走管程，管子耐压性好； ⑤饱和蒸气宜走管程，便于排出冷凝液； ⑥粘度大或流量较小的流体宜走壳程，可在低 Re（Re＞100）达到湍流； ⑦需冷却的流体一般选壳程，便于散热。 ①流体定性温度，查取或计算定性温度下有关物性数据； ②由传热任务计算热负荷； ③作出适当选择，并计算对数平均温度差； ④选取总传热系数、估计换热面积，由此可试选适当型号的换热器； ⑤核算总传热系数； ⑥估算传热面积。 在换热器型式和规格确定中，计算的主要内容有： 2．传热过程的强化 传热过程的强化目的是充分利用热能，提高换热器单位面积的传热速率；力图以较小的传热面积或较小体积的换热器完成一定的传热任务。 强化传热过程的主要途径有三条。 （1）增大传热面积A 增大间壁式换热器传热面积A，可提高过程的传热速率。但增大A，设备投资费用增大。改进传热面结构，采用螺纹管、波纹管代替光滑管，或采用新型