傳熱計算講稿

化工原理PrinciplesofChemicalEngineering第四章2023/5/18講授內(nèi)容概述4.1熱傳導(dǎo)4.2對流傳熱4.3傳熱計算4.4對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式4.5輻射傳熱4.6換熱器4.72023/5/18本節(jié)講授內(nèi)容4平均溫度差6傳熱單元數(shù)法2總傳熱速率微分方程5傳熱面積的計算3總傳熱系數(shù)1能量衡算7保溫層的臨界直徑4.4傳熱計算2023/5/18傳熱計算設(shè)計計算

校核計算

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，確定換熱器的傳熱面積及換熱器的其它有關(guān)尺寸，以便設(shè)計或選用換熱器。判斷一個換熱器能否滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求或預(yù)測生產(chǎn)過程中某些參數(shù)的變化對換熱器傳熱能力的影響。依據(jù)：總傳熱速率方程和熱量衡算2023/5/18一、熱量衡算熱量衡算是反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系。對于間壁式換熱器，假設(shè)換熱器絕熱良好，熱損失可忽略，則在單位時間內(nèi)的換熱器中熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量。即：——換熱器的熱量衡算式應(yīng)用：計算換熱器的傳熱量（熱負荷）Q

2023/5/181、換熱器中的兩流體無相變化根據(jù)熱力學(xué)性質(zhì)的計算公式：

流體的比熱容不隨溫度而變或可取平均溫度下的比熱容時：

恒壓時：

2023/5/18（1）飽和蒸汽冷凝，冷凝液在飽和溫度下離開：（2）冷凝液的溫度低于飽和溫度離開換熱器：2、換熱器中的熱流體有相變化2023/5/18二、總傳熱速率方程通過換熱器中任一微元面積dS的間壁兩側(cè)的流體的傳熱速率方程：——總傳熱速率微分方程or傳熱基本方程

K——局部總傳熱系數(shù)，（w/m2℃）K的物理意義：在數(shù)值上等于單位傳熱面積、單位溫度差下的傳熱速率。2023/5/18對于整個換熱器，傳熱基本方程式可寫成：或——總傳熱熱阻

注意：其中K必須和所選擇的傳熱面積相對應(yīng)，選擇的傳熱面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值不同?！鱰m和K為整個換熱器的平均值2023/5/18傳熱基本方程可分別表示為：式中：

Ki、Ko、Km——分別為管內(nèi)表面積、外表面積和內(nèi)外側(cè)的平均表面積的傳熱系數(shù)，w/m2·KSi、So、Sm——換熱器管內(nèi)表面積、外表面積和內(nèi)外側(cè)的平均面積，m2。注：工程上大多以外表面積為計算基準，Ko不再加下標(biāo)“o”2023/5/18三、總傳熱系數(shù)1.總傳熱系數(shù)K的來源1）生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù)2）實驗測定3）分析計算2.傳熱系數(shù)K的計算假設(shè)熱流體走管程，冷流體走殼程btWtTWT熱流體冷流體2023/5/18流體通過管壁的傳熱包括：1）熱流體（走管程）把熱量傳遞給管壁（內(nèi)壁）的對流傳熱：2）通過管壁的熱傳導(dǎo)3）管壁（外壁）與冷流體的對流傳熱換熱器總傳熱速率（以外面積為基準）：2023/5/18聯(lián)立上述四個關(guān)聯(lián)式得：若以外表面為基準2023/5/18——基于外表面積總傳熱系數(shù)計算公式同理：2023/5/183.污垢熱阻在計算傳熱系數(shù)K值時，污垢熱阻一般不可忽視，污垢熱阻的大小與流體的性質(zhì)、流速、溫度、設(shè)備結(jié)構(gòu)以及運行時間等因素有關(guān)。若管壁內(nèi)、外側(cè)表面上的污垢熱阻分別用Rsi和Rso表示，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則，2023/5/18當(dāng)傳熱面為平壁或薄管壁時：當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻均可忽略時，若則4.提高總傳熱系數(shù)的途徑2023/5/18總熱阻是由熱阻大的那一側(cè)的對流傳熱所控制。提高K值，關(guān)鍵在于提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的α。兩側(cè)的α相差不大時，則必須同時提高兩側(cè)的α，才能提高K值。污垢熱阻為控制因素時，則必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時清除污垢。2023/5/18對于整個換熱器，傳熱基本方程式可寫成：——換熱器的熱量衡算式2023/5/18四、傳熱的平均溫度差恒溫差傳熱：變溫差傳熱：

傳熱溫度差不隨位置而變的傳熱傳熱溫度差隨位置而改變的傳熱傳熱流動形式

并流：逆流：錯流：折流：兩流體平行而同向的流動兩流體平行而反向的流動兩流體垂直交叉的流動一流體只沿一個方向流動，而另一流體反復(fù)折流2023/5/18逆流T1t1t2T2T1t1T2t2并流ST2T1t1t2ST2T1t2t11.逆流其和并么流時紗的平逢均溫恢差20槐23虧/5鏟/1忌2假定孩：（1堤）換唱熱器臂在穩(wěn)夸態(tài)情僅況下毒操作指；（2踏）流刪體的辯比熱證容均封為常毛量，薄且傳弓熱系診數(shù)K為常絹量；（3殊）換攝熱器將無熱書損失得到從對于醒整個曠換熱大器的沙總傳廚熱速構(gòu)率方詢程：20爪23耐/5紡/1伸2注意倦：在應(yīng)鉤用對悠數(shù)平急均溫退度差救計算貍式時言，通腐常將晝換熱序器兩助端溫抱度差△t中數(shù)疾值大宮的作喬為△t2，小的辯作為△t1當(dāng)時，可用算術(shù)平均溫度差代替對數(shù)平均溫度差?！~對數(shù)釘平均叢溫度包差（展適用載于并誼流及炭逆流遵）20吵23示/5級/1嗽2例：貞在一程單殼鬼單管更程無刃折流呢擋板萄的列丸管式棟換熱矩器中縮慧，用誼冷卻肢水將拋熱流鼠體由榮10牙0℃屈冷卻肅至4琴0℃兩，冷便卻水講進口窮溫度板15彎℃，志出口怪溫度洞30拘℃，吩試求泄在這忌種溫攀度條癢件下刻，逆第流和妖并流克的平雀均溫獄度差墻。解彩：逆流嶼時：熱流府體：冷流框體：702520油23匪/5棋/1撤2并流戴時：熱流警體跟：冷流德體律：8510在冷俗、熱賓流體猜初、斷終溫腐度相琴同的蔑條件膽下，和逆流竭的平境均溫變度差秘大。20濃23礦/5堵/1撈22.錯流學(xué)和折蹲流時雁的平她均溫嗎度差錯流票和折秒流的掘平均竟溫度與差，請常采鞠用安德擺伍德和鮑曼提出要的圖由算法享。先按遞逆流訊時計冤算對欄數(shù)平顏均溫蝴度差△tm逆，然葛后乘掃以考惜慮流疏動型捎式的餃溫度捐修正害系數(shù)φ△t，得到飲實際枝平均詢溫度株差△tm。錯流折流20掘23觸/5總/1邊2——跌錯流罷和折胡流時敢的平窗均溫患度差其中計算P,府R的值候后,可查缺圖得眉到φ△t的值20找23糧/5濁/1欲2例：碰通過金一單露殼程掏雙管賽程的筆列管何式換私熱器善，用混冷卻屬水將罪熱流閣體由素10呼0℃哪冷卻閱至4繳0℃御，冷兄卻水愉進口殲溫度譯15串℃，含出口項溫度椅30首℃，還問此后時的燥傳熱盈平均趕溫差較為多浮少?芽若將葉水的鄙出口龜溫度冶提高迎到3省5℃男，平墻均溫掩差又買為多證少?逆流時解：20污23賢/5典/1需2又冷谷卻水榨終溫瀉提到350C，逆流年時：查圖P2膏32圖4－19（a）20穿23研/5造/1酬2查圖宮得：20瘦23壞/5拴/1芽23.不同賽流動志型式土的比驚較（1）在進設(shè)、出含口溫歌度相銀同的鞭條件濕下，逆流緊的平尤均溫五度差改最大，并流獨的平矮均溫缸度差故最小之；其他萌形式棗流動搭的平遮均溫專度介董于逆托流和跳并流堵之間馳。因臟此，就提去高傳鏟熱推介動力討而言攤，逆您流優(yōu)憤于并柄流及愚其他淋形式鞋流動殘。當(dāng)換楊熱器火的傳血熱量Q及總嶼傳熱璃系數(shù)K相同百的條邀件下刻，采押用逆赴流操愉作，匹所需曉傳熱翅面積梯最小肥。20赴23柱/5走/1襖2（2）逆流辭可以估節(jié)省趣冷卻晚介質(zhì)凝或加丘熱介許質(zhì)的光用量毅。所以族，換糠熱器詞應(yīng)當(dāng)毒盡量采用借逆流廉流動，盡鵝可能避免謝并流黨流動殊。在某組些生慨產(chǎn)工荒藝有針特殊脈要求辱時，如際要求旨冷流末體被錫加熱料時不本得超悠過某餃一溫塑度或駱熱流揚體冷材卻時幣不得炸低于肉某一迅溫度獻，應(yīng)采喜用并減流操望作。當(dāng)換獎熱器壺有一奶側(cè)流掘體發(fā)殺生相染變而梨保持盈溫度灶不變游時，就無幻玉所謂掙并流塞和逆孟流了回，不論武何種放流動填型式局，只泡要進剩出口鮮溫度殿相同攪，平嚼均溫夾度就乘相等淋。20隆23貨/5腦/1銜2（3）采用頃折流代和其中他復(fù)嘉雜流之動的估目的坊是為醒了提眉高傳繼熱系懸數(shù)，其代價怎是平跑均溫喉度差幻玉相應(yīng)刊減小，溫獅度修栽正系主數(shù)φ△t是用捏來表哪示某附種流拜動型塌式在股給定謙工況軋下接贈近逆稅流的饅程度丑。綜巡壽合利取弊，瓶一般耗在設(shè)計糾時最柔好使φ△t＞0睡.9植，至鈴少不師能使φ△t<0捷.8。否陣則應(yīng)孟另選詢其他楊流動找型式亡，以胞提高φ△t。20軟23謀/5業(yè)/1疑2五、姿傳熱宗面積劑的計奏算1.傳熱虎系數(shù)K為常積數(shù)其中領(lǐng)：2.傳熱命系數(shù)K為變塑數(shù)20勵23脂/5該/1老2積分：不能圾用解坊析法翅求解也時，濃可采教用數(shù)僑值積擇分、捉圖解吩積分遺或分段救計算尚的方集法。將每切段中挨的物早性、憤傳熱瞞系數(shù)Kj視為劣常量授，分任段計妙算傳秤熱溫著差△tmj和相麻應(yīng)的拿熱流稀量Qj及傳哭熱面旨積Sj，或總傳脫熱面汪積：20被23竭/5山/1每2六、單傳熱鞠單元塵數(shù)法陪（自金學(xué)）1.傳熱宰效率εWC杠p：流體寸的熱容爸量流修率20宿23乖/5招/1街2當(dāng)熱貴流體驗的熱教容量洋流率界較小島時若冷粗流體飾的熱雨容量容流率魔較小20樸23縣/5鳥/1害22.傳熱鴿單元嚼數(shù)NT競U1）臥傳熱沒單元踐數(shù)的踏定義對于熔冷流邀體積分(NT遺U)液c：基于陰冷流華體的飲傳熱詠單元戀數(shù)20察23女/5克/1完2當(dāng)K與Cp貓c為常本數(shù)，睜且T-冒t可用胖平均廈溫度乖差代隊替時同理,基于脾流體擋的傳孫熱單斤元數(shù)當(dāng)K與Cp氧h為常亞數(shù)時20謹23化/5卷/1釀22）狼傳熱分單元鍵數(shù)的漠含義奶：（1津）對勒于已震知的劉換熱局器利快用處水理的革物料歷而言竭，它鋼表示屯該換熱返器的匆換熱四能力瞎的大知小。K與A大，詳表示徑換熱趕器的做能力娛大，可熄完成粱更高教的換暫熱要今求（2耳）對細已知耽流體枝的換口熱器賤而言基，它表示碗換熱射要求助的高純低與由換熱土的難披易程赴度。換熱哀要求銅高，原即流緒體進魄出口峰的溫默差大懂；傳姻熱的津推動淡力小錘，換擴熱所貸需的直單元理數(shù)大反。20怕23竟/5銅/1館23）泉傳熱側(cè)單元袋數(shù)的叛物理五意義將改寫成20湊23熟/5吳/1購2基于WC只p值小狀的流將體的蜓傳熱井單元惠長度檔,可視澆為(Wcp)mi屈n的流施體溫煤度變泳化與逃傳熱遣溫差漸相等雕時的超換熱續(xù)器的危管長。傳熱腿系數(shù)K愈大，即債熱阻捧愈小槳，傳熱券單元繭長度翅愈小。換鉛熱時假所需拿要的敏傳熱頓面積賴也愈抄小。換熱弓器的省長度販（對笑于一澡定的個管徑盒）等塌于傳拆熱單弓元數(shù)熱和傳厲熱單摧元長灣度的閥乘積晃。銅一個浴傳熱免單元啦可視但為換法熱器仇的一炸段20渴23穗/5唉/1摸23.傳熱畢效率陷與傳隱熱單載元數(shù)蓋的關(guān)士系將（花2）新代入斤（1琴），屈并整嗓理得并流戲時20僅23昆/5境/1董2若冷倡流體母為最派小值河流體,并令Cmi銷n=W泡ccpc,Cma顧x=W糖hcph，(N休TU朽)mi旗n=K箭S/案Cmi冷n20帝23鐮/5叢/1誤220爺23獅/5誓/1凍2將(4軍)代入(3課)得逆流兆時傳愈熱效繼率和蜂傳熱城單元沫數(shù)的