化學工程傳熱學課件總復習剖析

化學工程傳熱學課件總復習剖析第一頁，共32頁。了解列管換熱器的選擇設計步驟（1）選擇加熱劑和冷卻劑（2）根據(jù)設計任務，確定基本數(shù)據(jù)（包括兩流體的流量、進出口溫度、定性溫度下的有關物性、操作壓力等（3）確定流體在換熱器內的流動通道。（4）確定并計算熱負荷。（5）平均溫度差的計算。（6）根據(jù)兩流體的溫度差和設計要求，確定換熱器的形式。（7）選取總傳熱系數(shù)，并根據(jù)傳熱基本方程初步算出傳熱面積，以此作為選擇換熱器型號的依據(jù)，并確定初選換熱器的實際換熱面積A實，以及在A實下所需的傳熱系數(shù)K需。第二頁，共32頁。一.化工生產中常用的加熱劑及冷卻劑載熱體：為將冷流體加熱或熱流體冷卻，必須用另一種流體供給或取走熱量，此流體稱為載熱體。冷卻劑：起冷卻作用的載熱體稱為冷卻劑。加熱劑：起加熱作用的載熱體稱為加熱劑第三頁，共32頁。二、確定流體在換熱器內的流動通道P139頁第四頁，共32頁。三.熱負荷的確定1.無相變時熱負荷的確定Q=ms1cp1(T1-T2)=ms2cp2(t2-t1)2.有相變時熱負荷的確定例如飽和蒸汽冷凝，而冷流體無相變化，則Q=ms1[r+cp1(Ts-T2)]=ms2cp2(t2-t1)3.會求加熱劑的用量或冷卻劑的用量第五頁，共32頁。四.平均傳熱溫差的計算Δt大/Δt小≤2時，工程計算中，可取第六頁，共32頁。兩側變溫錯流和折流時Δtm先按逆流計算對數(shù)平均溫度差Δtm逆，再乘以一個校正系數(shù)，即Δtm＝Δtm逆式中——溫度差校正系數(shù)，其大小與流體的溫度變化有關，一般不宜小于

0.8。可表示為兩參數(shù)P和R的函數(shù)：＝f（P，R），根據(jù)P和R兩參數(shù)由圖查取第七頁，共32頁。折流過程的算圖

第八頁，共32頁。錯流過程的

算圖第九頁，共32頁。五.列管換熱器換熱形式的確定

列管換熱器各類型結構及其優(yōu)、缺點第十頁，共32頁。六.選定經驗K值，初步估算其面積A估＝第十一頁，共32頁?！纠?-3】φ50×5mm的不銹鋼管，熱導率λ1為16W/(m.K)，外包一層石棉，

熱導率λ2為0.2W/(m.K)，若內壁溫度為350℃，保溫層外壁溫度為100℃，每米管長的熱損失不超過397W/m，試求保溫層的厚度。解：由題給條件知：r1=20mm,r2=25mm,λ1=16W/(m.K),λ2=0.2W/(m.K),t1=350℃,t3=100℃，Q/L=397W/m。載熱體輸送管道的保溫=2.199r3=55mm保溫層的厚度為：r3-r2=30mm第十二頁，共32頁。課后習題x/mt2t1t/℃t2t3t4多層平壁穩(wěn)態(tài)導熱溫度分布Φ1.解：由題給條件知：b1=0.23m,b3=0.23m,λ1=1.05W/(m.℃),λ2=0.144W/(m.℃),λ3=0.94W/(m.℃),t1=1300℃,t4=50℃第十三頁，共32頁。r1r2r3r4t1t2t3t4λ1λ2λ3課后習題2.解：由題給條件知：r1=27mm,r2=30mm,r3=30+30=60mm,r4=30+30+30=90mm,λ1=16W/(m.℃),λ2=0.04W/(m.℃),λ3=0.16W/(m.℃),t1=-100℃,t4=20℃第十四頁，共32頁。課后習題6.解:熱負荷:Q=Q冷=ms2cp2(t2-t1)=×1100×3.8×1000×(60-20)=1393.33kW求對數(shù)平均溫度差：逆流時

熱流體溫度127℃127℃

冷流體溫度20℃60℃

△t1=107℃

△t2=67℃

因為：

△t1/△t2〈2，所以：△tm逆=

第十五頁，共32頁。求總傳熱系數(shù)K：工藝條件要求的換熱器的傳熱面積為：換熱器實際的換熱面積為：第十六頁，共32頁。7.解:熱負荷:Q=Q冷=ms2cp2(t2-t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（80-20）=1666.7kw逆流時

熱流體溫度110℃110℃對數(shù)平均溫度差：

冷流體溫度20℃80℃

△t1=90℃

△t2=30℃

第十七頁，共32頁。若換熱器使用一年后，由于污垢熱阻增加，將會使換熱器的總傳熱系數(shù)下降（K’），傳熱速率下降（Q’），冷流體出口溫度升高(t2’)。Q’=ms2cp2(t2’-t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（72-20）=1444.4kw第十八頁，共32頁。若要保證冷流體出口溫度仍為80℃,即熱負荷仍為Q，總傳熱系數(shù)為K’，傳熱速率下降（Q），求△tm”。設加熱蒸汽溫度為X解得：X=123.9℃第十九頁，共32頁。有相變傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰有相變對流傳熱的特點①相變過程中產生大量相變熱（潛熱）；6.有相變化的對流傳熱②相變過程有其特殊傳熱規(guī)律，傳熱更為復雜；第二十頁，共32頁。(1)蒸汽冷凝飽和蒸汽ts和冷壁面tw接觸（ts>tw）蒸汽放出潛熱→在壁面凝成液體→膜狀液體和滴狀液體a、膜狀冷凝（可潤濕）壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，與直接接觸壁相比，附加了液膜的熱阻。δ越厚，傳熱效果越差。b、滴狀冷凝（不潤濕）

壁面大部分的面積直接暴露于蒸汽中。因沒液膜阻礙，傳熱系數(shù)很大。第二十一頁，共32頁。

膜狀冷凝滴狀冷凝第二十二頁，共32頁。蒸汽在水平管外膜狀冷凝的αn——水平管束在垂直列上的管數(shù)；特性尺寸：管外徑do；定性溫度：λ取tS下的值，其余為膜平均溫度。第二十三頁，共32頁。c.影響冷凝傳熱的因素

冷凝液膜兩側的溫度差：流體物性的影響：不凝性氣體的影響：形成氣膜，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降。蒸氣過熱的影響：過熱蒸汽，若壁溫高于飽和溫度，傳熱過程與無相變對流傳熱相同；若壁溫低于飽和溫度，按飽和蒸汽冷凝處理。

蒸氣流速的影響：流速不大時，影響可忽略；流速較大時，且與液膜同向，α增大；流速較大時，且與液膜反向，α減小。第二十四頁，共32頁。（2）液體的沸騰傳熱對液體加熱時，液體內部伴有由液相變?yōu)闅庀?，即在液相內部產生氣泡的過程，稱為液體沸騰（又稱沸騰傳熱）。工業(yè)上液體沸騰的方法有兩種：一種是將加熱壁面浸沒在無強制對流的液體中，液體受熱沸騰，稱為池內沸騰；另一種是液體在管內流動時受熱沸騰，稱為管內沸騰。第二十五頁，共32頁。沸騰過程：過熱度↑，汽化核心數(shù)↑，氣泡產生和長大的速度↑，使沸騰加劇，沸騰傳熱膜系數(shù)↑。說明：由于氣泡產生，使液體擾動↑因此：第二十六頁，共32頁。0.11.010102103hABCDEF自然對流核狀沸騰膜狀沸騰穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定膜狀沸騰溫度差和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關系Δt=(tw-ts)/℃大容積飽和沸騰曲線第二十七頁，共32頁。

影響沸騰傳熱的因素

加熱壁面的影響：粗糙壁面,α↑，光滑的壁面,α↓；被油脂污染的壁面,α↓，清潔表面,α↑；水平管束沸騰傳熱，上排管α↓。第二十八頁，共32頁。

二.傳熱過程強化的途徑增大傳熱系數(shù)，可以提高換熱器的傳熱速率。增大傳熱系數(shù)，實際上就是降低換熱器的總熱阻。間壁兩側流體間傳熱總熱阻等于兩側流體的對流傳熱熱阻、污垢熱阻及管壁導熱熱阻之和。由此可見，要降低總熱阻，必須減小各項分熱阻。但不同情況下，各項分熱阻所占比例不同，故應具體問題具體分析，設法減小占比例較大的分熱阻。

3．增大傳熱系數(shù)一般來說，在金屬換熱器中壁面較薄且導熱系數(shù)高，不會成為主要熱阻。

第二十九頁，共32頁。污垢熱阻是一個可變因素，在換熱器剛投入使用時，污垢熱阻很小，可不予考慮，但隨著使用時間的加長污垢逐漸增加，便可成為阻礙傳熱的主要因素。

減小污垢熱阻的具體措施有：提高流體的流速和擾動，以減弱垢層的沉積；加強水質處理，盡量采用軟化水；加入阻垢劑，防止和減