化工原理上冊天津大學柴誠敬37－38學時課件

第五章傳熱5.3換熱器的傳熱計算5.3.1熱平衡方程5.3.2總傳熱速率微分方程和總傳熱系數(shù)5.3.3

傳熱計算方法1一、平均溫度差法對總傳熱速率微分方程積分，可得總傳熱速率積分方程傳熱過程冷、熱流體的平均溫度差2推導平均溫度差的表達式時，對傳熱過程作以下簡化假定：①傳熱為穩(wěn)態(tài)操作過程；②兩流體的定壓比熱容均為常量；③總傳熱系數(shù)為常量；④忽略熱損失。一、平均溫度差法32.變溫傳熱時的平均溫度差（1）逆流和并流時的平均溫度差逆流并流一、平均溫度差法5由熱量恒算并結(jié)合假定條件①和②，可得常數(shù)常數(shù)一、平均溫度差法6因此，及都是直線關(guān)系，可分別表示為上兩式相減，可得也呈直線關(guān)系。將上述諸直線定性地繪于圖5-9中一、平均溫度差法7根據(jù)假定條件③，積分上式得總傳熱速率方程式一、平均溫度差法9對數(shù)平均溫度差逆流和并流時計算平均溫度差的通式。一、平均溫度差法10討論：（1）在工程計算中，當時，可用算術(shù)平均溫度差（）代替對數(shù)平均溫度差，其誤差不超過4%。（2）在冷、熱流體的初、終溫度相同的條件下，逆流的平均溫差較并流的為大。一、平均溫度差法11（2）錯流和折流時的平均溫度差單管程，多管程單殼程，多殼程一、平均溫度差法13圖5-10錯流和折流示意圖一、平均溫度差法14溫差校正系數(shù)安德伍德（Underwood）和鮑曼（Bowman）圖算法一、平均溫度差法先按逆流計算對數(shù)平均溫度差，然后再乘以考慮流動方向的校正因素。即15③根據(jù)R和P的值，從算圖中查出溫度差校正系數(shù)；④將純逆流條件下的對數(shù)平均溫度差乘以溫度差校正系數(shù)，即得所求的。

一、平均溫度差法一邊恒溫時17值恒小于1，這是由于各種復雜流動中同時存在逆流和并流的緣故。通常在換熱器的設計中規(guī)定，值不應小于0.8，否則值太小，經(jīng)濟上不合理。若低于此值，則應考慮增加殼方程數(shù)，將多臺換熱器串聯(lián)使用，使傳熱過程接近于逆流。一、平均溫度差法18二、傳熱單元數(shù)法1.傳熱效率ε換熱器的傳熱效率ε定義為19若冷流體為最小值流體，則傳熱效率為若熱流體為最小值流體，則傳熱效率為二、傳熱單元數(shù)法21若已知傳熱效率，則可確定換熱器的傳熱量和冷、熱流體的出口溫度二、傳熱單元數(shù)法22

（2）傳熱單元數(shù)NTU由換熱器熱平衡方程及總傳熱速率微分方程對于冷流體二、傳熱單元數(shù)法23傳熱單元數(shù)是溫度的量綱為一函數(shù)，它反映傳熱推動力和傳熱所要求的溫度變化，傳熱推動力愈大，所要求的溫度變化愈小，則所需要的傳熱單元數(shù)愈少。二、傳熱單元數(shù)法253.傳熱效率與傳熱單元數(shù)的關(guān)系現(xiàn)以單程并流換熱器為例做推導。假定冷流體為最小值流體，熱容量流率比令二、傳熱單元數(shù)法26對于單程逆流換熱器，可推導出傳熱效率與傳熱單元數(shù)的關(guān)系為當兩流體中任一流體發(fā)生相變時二、傳熱單元數(shù)法29當兩流體的熱容流率相等單程并流換熱器單程逆流換熱器二、傳熱單元數(shù)法30

3.傳熱單元數(shù)法采用法進行換熱器校核計算的步驟如下：(1)根據(jù)換熱器的工藝及操作條件，計算（或選取）總傳熱系數(shù)；(2)計算及，確定及；二、傳熱單元數(shù)法31（3）計算：（4）根據(jù)換熱器中流體流動的型式，由和查得相應的；（5）根據(jù)冷、熱流體進口溫度及，可求出傳熱量及冷、熱流體的出口溫度。二、傳熱單元數(shù)法32應予指出，一般在設計換熱器時宜采用平均溫度差法，在校核換熱器時宜采用法。二、傳熱單元數(shù)法33練習題目思考題作業(yè)題:8、