[工学]35传热计算.ppt

第三章 传热 一、能量衡算 二、总传热速率微分方程 三、总传热系数 四、平均温度差 五、传热面积的计算 六、传热单元数法 七、壁温的计算 八、综合传热及设备热损失的计算 一、热量衡算 二、总传热速率方程 三、总传热系数 四、传热的平均温度差 五、传热面积的计算 六、传热单元数法 七、壁温的计算 八、综合传热及设备热损失的计算 （一）综合传热： 　　把包括多种传热方式的过程称为综合传热。如：管壁及其外的保温层向周围环境的散热。 （二）设备或管道热损失的计算： １、综合传热膜系数 　　给热： 辐射传热： 总热损失： ２、设备的热损失及保温层厚度的计算 ——错流和折流时的平均温度差 其中 计算P,R的值后,可查图得到φ△t的值 例：通过一单壳程双管程的列管式换热器，用冷却水冷 却热流体。两流体进出口温度与上例相同，问此时的传热 平均温差为多少?又为了节约用水，将水的出口温度提高到 35℃，平均温差又为多少? 解： 逆流时 又冷却水终温提到350C， 逆流时： 查图得： 3．不同流动型式的比较 (1) 在进、出口温度相同的条件下,逆流的平均温度差最大,并流的平均温度差最小,其它形式流动的平均温度介于逆流和并流之间。因此，就提高传热推动力而言，逆流优于并流及其他形式流动。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。 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。 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，不论何种流动型式，只要进出口温度相同，平均温度就相等。 (3)采用折流和其他复杂流动的目的是为了提高传热系数，其代价是平均温度差相应减小，温度修正系数φ△t是用来表示某种流动型式在给定工况下接近逆流的程度。综合利弊，一般在设计时最好使φ△t ＞0.9，至少不能使φ△t 0.8。否则应另选其他流动型式，以提高 φ△t 。 1、传热系数K为常数 其中： 2、传热系数K为变数 积分 ： 不能用解析法求解时，可采用数值积分、图解积分或 分段计算的方法。 将每段中的物性、传热系数Kj视为常量，分段计算传热温差△tmj和相应的热流量Qj及传热面积Aj， 或 总传热面积 ： 1、传热效率ε M Cp：流体的热容量 当热流体的热容量较小时 若冷流体的热容量较小 2、传热单元数NTU (以并流为例） 1）传热单元数的定义 对于冷流体 积分 (NTU)2：基于冷流体的传热单元数 当K与Cp2为常数，且T-t可用平均温度差代替时 同理,基于热流体的传热单元数 当K与Cp1为常数时 2）传热单元数的含义 ： （1）对于已知换热器所处理的物料而言，它表示该换热器的换热能力的大小。 K与A大，表示换热器的能力大，可完成更高的换热要求 （2）对已知流体的换热器而言，它表示换热要求的高低与换热的难易程度。 换热要求高，即流体进出口的温差大；传热的推动力 小，换热所需的单元数大。 3）传热单元数的物理意义 将 改写成 Hmin表示基于MCp值小的流体的传热单元长度。 传热系数K愈大，即热阻愈小，传热单元长度愈小。换热时所需要的传热面积也愈小。 换热器的长度（对于一定的管径）等于传热单元数和 传热单元长度的乘积。 一个传热单元可视为换热器的一段 3、传热效率与传热单元数的关系 将（2）代入（1），并整理得 并流时 若冷流体为最小值流体,并令Cmin=M2cp2,Cmax=M1cp1， (NTU)min=KA/Cmin,R=Cmin/Cmax 将(4)代入(3)得 逆流时传热效率和传热单元数的关系为： 当两流体之一有相变化时，(MCp)max趋于无穷大 当两流体的MCp相等时 并流情况下： 已知：管内、外流体的平均温度T、t，忽略管壁热阻 求：壁温tW 方法：试差法 步骤： 假设tW 求管内、外的αi、α0 核算tW 例：在列管换热器中，两流体进行换热。若已知管内、 外流体的平均温度分别为170℃和135℃；管内、外流体的对 流传热系数分别为12000W/(m2· ℃)及1100 W/(m2· ℃)。管内、外侧污垢热阻分别为0.0002及0.0005 (m2· ℃) /W。试估算管壁平均温度。假设管壁热传导热阻可忽略。 解： ℃ 结果表明：管壁温度接近于热阻小的那一侧流体的流体温度 即接