[理学]化工原理第四章第四节.ppt

第四章 传热 一、热量衡算 二、传热平均温度差 三、总传热系数 四、壁温的计算 五、传热计算示例 一、热量衡算 二、传热的平均温度差 (1)若取dA＝dA1 （3）若取dA＝dAm dA1＝dA2＝dAm 四、壁温计算 若管壁有污垢，考虑污垢热阻的影响 五、传热计算示例（P153~158) 若α1≈α2，则壁温t＝（T+t）/2 * * 第四节 两流体间传热过程的计算 传热计算 设计计算 校核计算 根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。 判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。 依据：总传热速率方程和热量恒算 T1 t1 t2 T2 t T qm1 Cp1 qm2 Cp2 t tw T Tw 对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。即： ——换热器的热量衡算式 应用：计算换热器的传热量 若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度下的比热时 热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系 若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝液在饱和温度下离开。 若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器 例题4－11（P142) 恒温差传热： 变温差传热： 传热温度差不随位置而变的传热 传热温度差随位置而改变的传热 传热 流动形式 并流 ： 逆流 ： 错流 ： 折流 ： 两流体平行而同向的流动 两流体平行而反向的流动 两流体垂直交叉的流动 一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复折流 1）一侧变温传热 高温侧冷凝、低温侧升温 高温侧降温、低温侧沸腾 a b (二)变温传热 (一)恒温传热 2）两侧变温 3）错流和折流 折流 错流 2.平均温度差△tm 假设 1 冷热流体的质量流量qm1、qm2均为常数。 2 冷热流体的比热容cp1和cp2及总传热系数K沿传热面均不变。 3 忽略热损失 模型换热器微分段上 均为常数 Q与温差△t呈线性关系 T1 T2 t2 t1 Q 而 逆流、并流均适用； 当?t2/?t12，则可用算术平均值。 ——对数平均温度差 例题4－12（P145) 错流和折流的平均温度差，常采用安德伍德和鲍曼提出的图算法。 先按逆流时计算对数平均温度差△tm逆，在乘以考虑流动型式的温度修正系数φ，得到实际平均温度差△tm。 3、错流和折流时的平均温度差 ——错流和折流时的平均温度差 其中 计算P,R的值后,可查图4-25(P147)得到φ的值 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,其他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 。 或 K——换热器的平均传热系数，w/m2·K ——总传热热阻 注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的传热面积不同，总传热系数的数值不同。 三、总传热系数 （一）、圆筒壁的总传热系数计算式 流体通过管壁的传热包括： 1) 热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热 2) 通过管壁的热传导 3) 管壁与流动中的冷流体的对流传热 间壁换热器总传热速率为： 利用串联热阻叠加原则： 在一定条件下，式中的KdA是一定的。但当传热面为圆筒壁 时，dA1≠dA2≠dAm ，因此K值随传热面不同而改变，来保持 KdA=K1dA1＝KdA2＝KmdAm (4-42) 圆筒壁的外径d2与内径d1的平均直径dm以对数表示 b为圆筒壁厚度， 改写为 ( 2 )若取dA＝dA2 （二）、污垢热阻 在计算传热系数K