化工原理[第三章传热蒸发]山东大学期末考试知识点复习

山东大学 期末考试知识点复习 第三章第三章 传热蒸发传热蒸发 一 重要公式一 重要公式 二 主要内容联系图二 主要内容联系图 山东大学 期末考试知识点复习 山东大学 期末考试知识点复习 山东大学 期末考试知识点复习 三 本章要点指导三 本章要点指导 本章内容较多 在学习中要特别注意弄清楚以下三方面的问题 山东大学 期末考试知识点复习 1 各种情况下的对流传热系数 的计算 包括流动状态的划分 要注意与 用于流体流动阻力计算流动状态的划分有所不同 特征尺寸 定性温度等 2 各种直径的应用 在本章中用到的直径有管外径 管内径 管子的平均 直径 计算雷诺准数的当量直径 对于非圆管通道 等 在使用中要弄清楚各自 使用的场合及计算的方法 3 各项热阻的意义及计算 传热热阻可分为三类 导热热阻 对流传热热 阻和污垢热阻 三类热阻构成间壁两侧流体进行对流传热的总热阻 一般由五项 组成 下面就计算解题中的几个具体问题作一下说明 1 热传导的计算 1 在进行多层平壁或多层圆筒壁的导热计算时 要注意传热温差 t 与热 阻 R 的起端与终端 即温差与热阻要对应一致 2 在进行多层壁导热计算时 如两层固体壁之间存在静止的流体层 如有 空气层 则该流体层也要看做一层导热壁来计算 3 在圆筒壁多层保温层设计计算中 由于保温层的导热面积沿径向变化 影响热阻 所以不同导热系数的保温层 内 外交换会改变导热量 即影响保 温效果 4 在进行圆筒壁或管道保温层厚度设计计算时 因热阻等于 Am 所以增加保温层厚度 使热阻增加 有利于保温 但导热面积 Am 同时增加又使得热阻减小不利于保温 因此 在设计保温层厚度时 应使保温 层直径大于临界保温直径 dc dc 2 即当保温层直径小于 dc时 随保 温层厚度的增加 热阻减小 导热量增加 当保温层直径大于 dc时 随保温层 厚度的增加 热阻增加 导热量减少 有利于保温 2 对流传热系数的计算 1 在进行管内强制对流传热系数的计算时 减小管内径 di及提高流体流 速 u 均可使 i增加 但在保持流体流量不变时 减小管径 di会使流体流速 u 山东大学 期末考试知识点复习 增加 这样会使得 i增加得更多 即流速不变时 i 1 di0 2管径不变时 i u0 8流量不变时 i 1 di1 8 2 管束的垂直方向上管子数越多 越小 因此需增加冷凝传热面积时 最好增加管长或增加同一水平面上的管子数 3 在计算对流传热系数时 要弄清各公式的使用条件 定性温度及特征尺 寸 3 提高传热膜系数 的措施 强化对流传热的方法是减薄滞流底层的厚度 增强边界层的湍动程度 1 提高流体速度 u0 8如列管式换热器 可增加管程数来提高流速 增 加折流挡板数来提高壳程流速 但 p u2用增加流速的方法来强化传热 是以 增大泵耗为代价的 强化具有局限性 2 改变流动状态 通过特殊设计的传热壁面不断改变流体的流动速度和方 向 从而增强边界层的扰动 如令换热表面粗糙 管内表面上加工螺纹槽 制 成螺纹管或螺旋槽管 管内安装插入物 麻花纽带 等 3 引入机械振动使传热表面振动 或使流体振动 或是施加电场作用 目 的是加强滞流底层的湍动 4 有相变的沸腾和冷凝传热的强化 这两种传热过程的给热系数已经相当 高 强化传热的要求并不十分迫切 液体沸腾 保持核状沸腾 制造人工表面 增加汽化核心数 蒸汽冷凝 保持滴状冷凝 排放不凝气体 保持气液流向一 致 合理布置冷凝面 利用表面张力 沟槽 金属丝 4 传热计算 要区分热平衡方程式 Q qm1Cp1 t1 q m2C p2 t2 传热速率方程式 Q KA tm和牛顿冷却定律方程式 Q A t 中几个 t 的差别 t1 t2是同 一种流体吸热或放热前后的温度变化 它反映传热静力学问题 而 tm是指间 山东大学 期末考试知识点复习 壁两侧冷热流体间的温差 或平均温差 用对数平均传热温差表示 是传热的 总推动力 t 是指壁温与一侧流体之间的温度差 是传热的局部推动力 注 意 t1 t2在概念上与 tm t 不同 1 几个温度差的区别 在热量平衡计算公式 Q q m1C p1 t1 q m2Cp2 t2中 t 是同一种流体换热前后的温度变化 对热流体而言 t T1T2 对冷流体而言 t t2 t1 在牛顿冷却定律方程式 Q A t 中 t 是指流体主体温度与传热 面壁温的温度差 对热流体而言 t T TW 对冷流体而言 t tw t 在总传热速率方程式 Q KA tm中 tm是指换热两端冷 热 流体温度差的平均值 2 在传热速率方程式 Q KA tm中 Q 的计算基准与传热方向有关 当无热 损失时 Q 等于热流体放出的热量 也等于冷流体吸收的热量 当考虑热损失 时 如果冷流体在换热器的管内 管程 流动 热流体在换热器的管间 壳程 流 动 则 Q 以冷流体吸收的热量为基准 如果热流体在管程流动 冷流体在壳程 流动 则 Q 以热流体放出的热量为基准 即均以传热面传递的热量为基准计算 3 在传热速率方程 Q KA tm中 总传热系数 K 应与传热面积 A 相对应使 用 如以传热管的内表面积 A1进行计算 则总传热系数 K 应使用以内表面积为 基准的 K1进行计算 如以传热管的外表面积 A2进行计算 则总传热系数应使用 以外表面积为基准的 K2进行计算 5 强化传热过程 在强化传热过程中 依据 Q KA tm可采用提高传热系数 K 增加传热面积 A 及提高传热温差 tm等方法达到强化传热之目的 1 提高传热系数 K 提高 K 必须设法提高冷热流体的两个给热系数 1 2 降低间壁热阻 和污垢热阻 R1 R2 但应分清矛盾的主次 重 点放在薄弱环节上 对于金属壁面 导热一般不构成主要热阻 垢层热阻随使 山东大学 期末考试知识点复习 用时间的延长而变大 防止结垢和除垢是保证换热器正常工作的重要措施 当 忽略污垢热阻及管壁热阻时 间壁两侧的对流传热热阻构成问题的主要方面 热阻主要集中 较小的一侧 提高 小的一侧有效 如 1 2 则 K 2 此时欲提高 K 则应提高 2 如 1 2 则 K 1 此时欲提高 K 则应提高 1 2 增大传热面积 A 从提高传热面积 A 的角度考虑强化传热时 也应从控 制热阻的分析着手 如 1 2 则应增加 A2 如 1 2 则应增加 A1 关于 A 的改变 不以增加换热器台数 改变换热器的尺寸来加大传热面积 A 而是通过对传热面的改造来加大传热面积以强化传热过程 如 用螺纹管或 螺旋槽管代替光管 在圆管外表面上加螺旋翅片 或在管壁上加轴向肋片 3 增大传热温差 tm在冷热流体进出口温度固定不变时 可采用逆流操作 以增加传热温差 tm饱和水蒸气加热时 蒸汽压力增加 蒸汽温度上升 用水 冷却时 水温下降 温差增加 多数情况下 物料温度一般由工艺条件给定 而加热剂 或冷却剂 的进口温度往往也不能改动 如冷却水的初温决定于环境 气候 而出口温度虽可通过增大水流量而降低 但会导致流动阻力的迅速增大 操作费用升高 6 关于换热器的选用 在选用换热器时应注意以下几个问题 1 当冷 热两流体传热温差大于 50 时 应选用具有热补偿结构的换热 器 2 当选用多台换热器时 对流程安排应考虑传热系数及流动阻力两方面的 因素 如采用并联操作 流动阻力小 但流速降低会使传热系数 K 下降 采用 串联操作时 流动阻力大 但传热系数 K 提高了 所以应以总费用最少为原则 确定流程 四 本章注意点四 本章注意点 山东大学 期末考试知识点复习 1 要区分热平衡方程式 Q qm1Cp1 t1 qm2Cp2 t2 传热速率方程式 Q KA tm和牛顿冷却定律方程式 Q A t 中几个 t 的差别 2 热导率 与对流传热系数 不同 是物性参数 单位为 W m 而 不是物性参数 是一个随物性和流体流动状态的改变而改变的十分复杂的 系数 3 在湍流情况下 若视物性近似为常数 可按圆管内湍流公式把物性参数 合并为一常数 A 即得 Au0 8 d0 2 可见 与流速的 0 8 次方成正比 与管径 d 的 O 2 次方成反比 由流体力学计算可知 其流动阻力 p 与 u1 75 2 成正比 因此 提高流速 u 一方面可使对流传热系数增大 但同时阻力也将 随之增大 并且增大得更快 所以 不可任意提高流速 只有在压力降允许的 条件下 才可能增加流速来提高对流传热系数 4 强化传热时 若进行换热的两种流体 相差较大