《化工原理》课件 章节3-4传热过程计算.ppt

第 3 章 传热 3.4.1 换热器的热量平衡方程 3.4.2 总传热系数 3.4.3 总传热速率方程 3.4.4总传热速率方程与热量平衡方程的联用 3.4.5 平均传热温差的计算 3.4.6 传热过程的设计型计算 3.4.7传热过程的操作型计算 3.4.8 设备壁温的计算 3.4.2 总传热系数 3.4.3 总传热速率方程 3.4.5 平均温度差的计算 3.4.6 传热过程的设计型计算（传热面积） 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 。 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： （1）由传热任务计算换热器的热负荷 （2）作出适当的选择并计算传热平均温差 （3） 计算冷、热流体对管壁的对流传热系数及总传热系数K （4）由传热速率方程计算传热面积 * * 3.4 传热计算 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 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 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 3.4.1 换热器的热量平衡方程 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 3.4.2.1 总传热系数K的定义 流体通过管壁的传热包括： 2) 通过管壁的热传导 3) 管外冷流体与管外壁的对流传热 1) 管内热流体与管内壁的对流传热 利用串联热阻叠加原则： 间壁换热器总传热速率为： 若以外表面为基准，即dA=dA1 ——基于外表面积总传热系数计算公式 ——基于外表面积总传热系数计算公式 同理： 换热面为平面时 3.4.2.2 总传热系数的大致范围 P135表3－7 3.4.2.3 污垢热阻 在计算传热系数K值时，污垢热阻一般不可忽视，污垢热阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构以及运行时间等因素有关。 若管壁内外侧表面上的污垢热阻分别用Rs2和Rs1表示，根据串联热阻叠加原则， 当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时， 若 则 总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制。 提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α。 两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K值。 污垢热阻为控制因素时，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 例：有一列管换热器，由φ25×2.5的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知管外的α1=2500W/m2·K，管内的α2= 50W/m2·K 。 （1）试求传热系数K； （2）若α1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大的百分率； （3）若增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增大的百分率。 解：（1）求以外表面积为基准时的传热系数 取钢管的导热系数λ=45W/m·K， 冷却水测的污垢热阻Rs1=0.58×10-3 m2·K/W CO2侧污垢热阻Rs2=0.5×10-3 m2·K/W 则： (2)α1增大一倍，即α1 =5000W/m2·K时的传热系数K’ K值增加的百分率 （3）α2增大一倍，即α2 =100W/m2·K时的传热系数 K值增加的百分率 通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程写出： ——总传热速率微分方程 or 传热基本方程 K——局部总传热系数，（w/m2℃） 物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。 当取△t和k为整个换热器的平均值时，对于整个换热器，传热基本方程式可写成： K——换热器的平均传热系数，w/m2·K 或 ——总传热热阻 注意：其中K必须和所