第四章传热（2）.ppt

第四章 传热 1.1 概述 1.2 热传导 1.3 对流传热 1.4 两流体间传热过程计算 1.5 热辐射 1.6 换热器 第四节 两流体间传热过程计算 主要概念 并流、逆流、错流、折流、管程、壳程 重点内容 热量衡算 传热平均温度差 总传热系数 壁温计算 总传热速率方程式 冷热两流体通过壁间的总传热速率方程式为： 式中Q为传热速率，W； K为总传热系数，单位为W/(m2·K) ； A为传热面积，m2； △tm为两流体的平均温度差，℃。 通常在设计计算冷热两流体间的传热面积A时，需要计算： 两流体间所需的传递热量Q（热负荷）； 平均温度差△tm； 总传热系数K等。 热量衡算 基本热量衡算式 传热计算中，首先要确定换热器的热负荷。如图所示，换热器的基本热量衡算式为： 式中Q为热负荷，W； qm1、qm2为热冷流体的质量流量，kg/s； H1、H2为热流体进出口的比焓，J/kg； h1、h2为冷流体进出口的比焓，J/kg。 无相变时热量衡算式 当换热器内两流体均无相变时，热量衡算式为： 式中cp1、cp2为热冷流体的平均定压比热容，J/(kg·℃)； T1、T2为热流体的进出口温度，℃ ； t1、t2为冷热流体的进出口温度，℃ 。 有相变时热量衡算式 当换热器有相变，如在饱和温度下，饱和蒸汽冷凝或饱和液体汽化时，热量衡算式为： 式中r为饱和蒸汽的汽化热，J/kg。 无相变和有相变共存时热量衡算式 式中Ts为饱和温度。 例4－11 试计算压力为150kPa，流量为1500kg/h的饱和水蒸气冷凝后并降温至50℃时所放出的热量。 传热平均温度差 间壁传热的分类 根据两流体温度沿传热面是否变化，可分为恒温传热和变温传热两类。 1. 恒温传热：即两侧流体温度沿传热面无变化，温度差处处相等，如间壁一侧为饱和蒸汽冷凝，另一侧为液体沸腾。 2. 变温传热：壁面一侧或两侧流体沿传热面的不同位置温度不同，即流体从进口到出口，温度有升高或降低的传热过程。 变温传热 一侧变温传热与两侧变温传热 如图所示为一侧变温传热。 图（a）一侧为饱和蒸汽冷凝，温度恒定为T，另一侧为冷流体，温度从进口的t1升到出口的t2。 图（b）一侧为热流体从进口的T1降至出口的T2，另一侧为液体沸腾，温度恒定为t。 如图所示为两侧变温传热。 图（a）为逆流：即冷热两流体在传热面两侧流向相反。 图（b）为并流，即冷热两流体流向相同。 如图所示也为两侧变温传热。 图（a）为错流：即冷热两流体垂直交叉流动。 图（b）为折流，即一侧流体沿一方向流动，另一侧流体反复改变流向，两侧时而并流，时而逆流。 在变温传热时，沿传热面温度差是变化的，所以在传热计算中需要求出传热过程的平均温度差。 平均温度差计算式分逆流和并流两种。 平均温度差⊿tm 公式推导 假设：①热冷流体质量流量qm1、qm2均为常数；②热冷流体的比热容cp1、cp2及总传热系数K沿传热面均不变；③忽略换热器的热损失。 在换热器中去一微元，其传热面积为dA，微元内热流体的温度下降dT，冷流体温度上升dt，传热量dQ，则有： 因此 相减 如图令 则 所以?t与Q成线性关系，其斜率也可为： 根据传热速率方程式，上式可写为： 分离变量并积分 得 移项得 与传热基本方程式Q=KA⊿tm比较，可得 平均温度差： 对数平均温度差 对于变温传热，平均温度差是换热器进出口两侧流体温度差⊿t1和⊿t2的对数平均值。 该公式推导结果可用于两侧流体变温传热的逆流操作和并流操作，并适用于一侧流体变温传热。 计算时，通常将温度差较大的作为⊿t1，较小的作为⊿t2。 例4－12 现用一列管换热器加热原油，原油进口温度为100℃，出口温度为150 ℃；某反应物作为加热剂，进口温度250 ℃，出口温度为180 ℃。试求： （1）并流与逆流的平均温度差； （2）若原油流量为1800kg/h，比热容为2kJ/(kg·℃)，总传热系数K为100W/(m2 ·℃)，求并流和逆流时所