食品工程原理传热25

1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-111单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系12.4 传热过程的计算2.4.1总传热速率方程单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-112单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-

2、113单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系列管式换热器（管壳式换热器）列管式换热器（管壳式换热器）壳体、管板、管束、顶盖（封头） 、挡板 纵向纵向横向横向单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-114单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-115单击此处编辑母版标题样式

3、单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系5套管换热器套管换热器冷流体冷流体t1t2热流体热流体T1T2单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-116单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系6列管换热器列管换热器热流体热流体T1T2冷流体冷流体t1t2单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-117单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本

4、样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系一、总传热速率方程dAWh ，T1Wc，t1 Wh ， T2Wc，t2单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-118单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系热流体热流体 固体壁面一侧固体壁面一侧固体壁面一侧固体壁面一侧 另一侧另一侧固体壁面另一侧固体壁面另一侧 冷流体冷流体对对流流3Q热传导热传导2Q对对流流1QtwTw管内对流管内对流管外对流管外对流导热导热冷冷流流体体热热

5、流流体体tTQ一、总传热速率方程单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-119单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系0 00 00 00 00 0 0 01 11 112()()wwwTTL TTQS TTSr 22()1lnwwoiL TtQrr （1）管外对流）管外对流（2）管壁热传导）管壁热传导一、总传热速率方程单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1110单击此处编辑母版标题样式 单击此

6、处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系（3）管内对流）管内对流111132()()wwiiwiii ittL ttQS ttSr 对于稳定传热对于稳定传热 321QQQQ 一、总传热速率方程单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1111单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系0 0 0 01 11 12()2()2()1lnwwwwoi iiL TTL TtL ttQrrrr 0 0 0 01 1

7、1 12()1lnoii iL TtQrrrr 加比定律加比定律一、总传热速率方程单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1112单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系1111ln22220 00 01 11 1oiiirKSLrLrLrKLr 令令()1mTtQKS TtKS tKS 则则式中式中 K总传热系数总传热系数，W/(m2K)。一、总传热速率方程总传热速率方程()1ln2220 0 0 01 11 1oii iTtQrLrLrLr 单击此处

8、编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1113单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系1当传热面为平壁时，r0=riibK 1110 二、总传热系数0 00 01 11 11111ln2222oiiirKSKLrLrLrLr 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1114单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系2当传热

9、面为圆筒壁时，r0ri00111lnoooiiirrrKrr1）以外表面为基准(S= S0): 式中 K0以换热管的外表面为基准的总传热系数；二、总传热系数单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1115单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系00111lniioiiirrrKrr 2）以内表面为基准(S= Si): Ki 以换热管的内表面为基准的总传热系数；二、总传热系数单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级

10、2022-3-1116单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 因垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往会成为主要热阻，计算 K值时，污垢热阻不可忽视。管壁内侧和外侧的污垢热阻分别: Rsi 和 Rs0 ，则总热阻（以外表面积为基准）： 污垢热阻 为消除污垢热阻的影响，应定期清洗换热器。0 00 00 000111lnoossiiiiirrrrRRKrrr 二、总传热系数平 壁isisRbRK 11100 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022

11、-3-1117单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 三、传热面积的计算套管换热器以外表面积为基准0 0Sd L 以内表面积为基准iSd L 列管换热器以外表面积为基准0 0Sn d L 以内表面积为基准iSn d L 总传热管数单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1118单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系四、传热平均温度差tm1、恒温差传热（间壁两侧均为相

12、变化传热）参与传热的冷、热两种流体在换热器内的任一位置、任一时间，都保持其各自的温度不变，此传热过程称为恒温传热。例如：用水蒸汽加热沸腾的液体，器壁两侧的冷、热流体因自身发生相变化而温度都不变。恒温传热时的平均温度差与流体的流动方向无关，其值如下：tTtm tTKAQ 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1119单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系2、变温差传热工厂中常用的冷却器和预热器等，在换热过程中间壁的一侧为热流体，另一侧为冷流体，热流体沿

13、间壁的一侧流动，温度逐渐下降，而冷流体沿间壁的另一侧流动，温度逐渐升高。这种情况下，换热器各点的温度是不同的，这就是实际中常见的是变温差传热，两流体在换热器中不同位置传热温度差t不同。四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1120单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系间壁两侧流体的流动形式各种各样，但最基本的有两种形式：逆流、并流 ；另外，还有错流和折流。逆流并流错流折流四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编

14、辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1121单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系以逆流为例导出计算平均温度差tm 的通式热流体Wh，T1 ，cphWh，T2，cph冷流体Wc，t1，Cpc，Wc，t2，cpcdS四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1122单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系取一微元传热面dS 经

15、dS的传热速率为dQ = K(T- t)dS= Kt dS 对dS进行热量衡算（冷、热流体均无相变化）dQ = - WhcphdT= - Wccpcdt（1）以逆流为例导出计算平均温度差tm 的通式四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1123单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 对整个换热器进行热量衡算 设Q损=0，cph、cpc分别取平均温度下的平均值，可以认为是常数，冷、热流体均无相变化，Q = Whcph（T1- T2

16、）= Wccpc（t2- t1）四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1124单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 导出计算tm 的通式pppp11()()hhcchhccdQdQdTdtd TtdQW cW cW cW c pp11hhccd tdQW cW c 1221122112()()()TTttTtTtttd tK dStQQQQ 四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三

17、级 第四级 第五级2022-3-1125单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系1221122112()()()TTttTtTtttd tK dStQQQQ 211201tStttd tdSKtQ 2121121211lnlnttttttSSKtQKtQ 1212lnttQKStt 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1126单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系

18、1212lnttQKStt 令2121mlnttttttm：对数平均温度差t1热流体进口侧的传热温差，；t2热流体出口侧的传热温差，。mQKSt 传热基本方程式四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1127单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系逆流与并流比较当T1、T2及t1、t2均已确定时， tm逆tm并；a、若Q相同，则A逆A并，所以工业换热器一般采用逆流。b、节省冷却剂或加热剂用量 1221=()()mhphcpcQKS

19、tW cTTW ctt 2121mlnttttt 四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1128单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系并流 t2 总是 T2，逆流t2 可以 T2。 结论：逆流比并流优越，故应尽可能采用逆流操作。此外，传热的好坏，除tm的大小外，还应考虑影响 K 的多种因素及换热器结构方面的问题。四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-

20、1129单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系并流特点:加热热敏性物料可避免出口温度 t2 过高而影响产品质量。工艺上要求被加热流体不得高于某一温度，或被冷却流体不得低于某一温度，采用并流较易控制。高粘度流体的加热，使温度迅速升高，增强流动性。四、传热平均温度差tm单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1130单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系302.4 传热

21、过程的计算2.4.1总传热速率方程2.4.2热量衡算单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1131单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系热负荷Q：单位时间冷、热流体间交换的热量很显然，在不计换热器的热损失时，换热器的热负荷等于单位时间内热流体放出的热量或冷流体吸收的热量。计算方法： 热焓法、比热法一、热量衡算单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1132单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母

22、版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系T2T1t1t2dA冷流体温度用 t 表示，热流体温度用T表示，下标1，2分别代表进口与出口参数，Wh， Wc分别表示热流体、冷流体的质量流量。一、热量衡算单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级2022-3-1133单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系（1）两流体均无相变，且流体的比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的比热容时，表示为:Q换热器的热负荷，kJ/h 或 kW2.比热法式中：Cp流体的定压比热容，kJ/(kg)t冷流体的温度，；T热流体的温度，。1221()()hphcpcQW cTTW ctt单击此处编辑母版标