化工原理_16热传导

1、1第五章 传 热5.2 热传导5.2.1 平壁一维稳态热传导5.2.2 圆筒壁的一维稳态热传导2一、单层圆筒壁的一维稳态热传导常量常量传热速率传热面积热通量平壁圆筒壁常量随半径变常量随半径变3图5-6 单层圆筒壁的热传导一、单层圆筒壁的一维稳态热传导4通过该薄圆筒壁的传热速率可以表示为 (2)dtdtQSrLdrdr 12212ln()ttQLr r积分并整理得微分式 积分式 一、单层圆筒壁的一维稳态热传导5可写成与单层平壁热传导速率方程相类似的形式 1221mttQSrr212122ln()mmrrSLr Lr r其中圆筒壁的对数平均面积一、单层圆筒壁的一维稳态热传导621212211222

2、lnln2mLrLrSSSLrSLrS2121lnmrrrrr或圆筒壁的对数平均半径一、单层圆筒壁的一维稳态热传导7二、多层圆筒壁的稳态热传导 假设层与层之间接触良好，即互相接触的两表面温度相同。 图5-7 多层圆筒壁的热传导8热传导速率可表示为 1414332432421112233112233111lnlnln222mmmttttQrrrrrrrrrLrLrlrSSS 对n层圆筒壁，其热传导速率方程可表示为11nniiimittQbS或11111ln2nniiiittQrLr 二、多层圆筒壁的稳态热传导9第五章 传 热5.3 换热器的传热计算5.3.1 热平衡方程10 假设换热器绝热良好，

3、热损失可以忽略不计，则在单位时间内换热器中热流体放出的热量必等于冷流体吸收的热量。,m hhm ccdQqdIqdI 对于整个换热器，其热量衡算式为,12,21()()Tm hhhm cccQqIIqII热平衡方程11 若换热器中两流体均无相变，且流体的定压比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的值， ,1212()()mmhphcpcTQcTTcttqq若换热器中流体有相变，例如饱和蒸气冷凝 ,21()mmhcpcTQcttqrq热平衡方程12若换热器中流体有相变，例如饱和蒸气冷凝，且冷凝液在低于饱和温度下离开换热器,221()()mmhphscpcTQrcTTcttqq热平衡方程13第五章

4、 传 热5.3 换热器的传热计算5.3.1 热平衡方程5.3.2 总传热速率微分方程和总传热系数14一、总传热速率微分方程 冷、热流体通过间壁换热的传热机理为对流-传导-对流的串联过程，对稳态传热过程，各串联环节的传热速率必然相等，即 ()()()iwiwwmowodQTTdSTtdStt dSb11wwwwiimooTTTtttdQbdSdSdS或15根据串联热阻叠加原理，可得()()()1111wwwwiimoiimoooTTTtttTtdQbbdSdSdSdSdSdS上式两边均除以 OdS1oooiiomdQTtdbddSdd一、总传热速率微分方程16令 11oooiimoKdbddd则

5、()oodQK Tt dS同理可得 ()iidQK Tt dS()mmdQKTt dS总传热速率微分方程总传热速率微分方程总传热速率微分方程一、总传热速率微分方程1711iiiimooKbdddd1miioommKdbddd11oooiimoKdbddd基于管内表面积的局部总传热系数 基于平均表面积的局部总传热系数 基于管外表面积的局部总传热系数 一、总传热速率微分方程18显然有 oiioiodSKdKdSdommmooKdSdKdSd管内径管外径平均管径 工程上大多以外表面积为基准，故后面讨论中，除非特别说明，都是基于外表面积的总传热系数。 一、总传热速率微分方程19二、总传热系数 总传热系

6、数K表示单位传热面积，冷、热流体单位传热温差下的传热速率，它反映了传热过程的强度。 K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。 K的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，可通过计算、实验测定或查阅相关手册得到。 201.总传热系数的计算设计中应考虑污垢热阻的影响 011oooosisoiiimddbdRRKddd管壁外表面污垢热阻管壁内表面污垢热阻总传热系数计算式二、总传热系数21提高总传热系数途径的分析 总热阻=管内热阻+管内垢阻+壁阻+管外垢阻+管外热阻011oooosisoiiimddbdRRKddd壁阻总热阻管内热阻管内垢阻管外垢阻管外热阻二

7、、总传热系数22若传热面为平壁或薄管壁 111sisoiobRRKoioK当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时 111ioK若管壁外侧对流传热控制二、总传热系数23oiiK若管壁内侧对流传热控制o,i 若管壁内、外侧对流传热控制相当若管壁两侧对流传热热阻很小，而污垢热阻很大污垢热阻控制二、总传热系数24欲提高 值，强化传热，最有效的办法是减小控制热阻。 K二、总传热系数 值总是接近且永远小于 中的小者。当两侧对流传热系数相差较大时， 近似等于 中小者。 Ko,i Ko,i 252.总传热系数的测定 对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备的尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热基本方程式计算值。显然，这样得到的总传热系数值最为可靠。二、总传热系数263.总传热系数的推荐值 附录二十中列出了管壳式换热器的推荐值，可供设计时参考。 在实际设计计算中，总传热系数通常采用推荐值。这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的。二、总传热系数27 在选用总传热系数的推荐值时，应注意以下几点：设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致；设计中流体的性质（黏度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和状态相一致；设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致；二、总传热系数28总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。若需降低设备费（减小换热面积）可选取较