第2章 传热-6-传热过程计算

1、第第4章章 传传 热热传热过程计算传热过程计算Keywords: Overall Heat Transfer Coefficient； Resistance； Fouling factor； Temperature gradient两流体间的传热两流体间的传热 (Heat Transfer Between Two Liquids)定义定义:有关间壁两侧流体的传热、换热器的热负荷及热量衡算、传热速率、总传热系数等过程情况的描述和计算。 套管式换热器单程列管式换热器双程列管式换热器主要内容一、传热基本方程二、传热系数三、传热平均温差四、传热过程计算五、本讲小结一、传热基本方程一、传热基本方程1.1

2、 间壁两侧流体的热交换过程间壁两侧流体的热交换过程twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ实际过程的传热计算主要依靠几个关系：（1）管内对流传热111()wdQdA TT（2）管壁热传导2()mwwdQdA Ttb（3）管外对流传热322()wdQdA tt对于稳定传热： 123dQdQdQdQafhNu = KRePrGr（1）管内对流传热4Re100.7Pr120/50L d对于低粘度流体，当0.80.023 RePrndNu0.80.023RePrnd（2）对于管壁1bb（3）管外（或环隙）对流传热0.412Re PrnNuC C（管束）0.80.023 RePr()nidNud单管，为外

3、径318 . 05 . 012PrRe)(02. 0ddde12000Re220000；d2/d1=1.6517112211221111wwwwmmTTTtttTtdQbbdAdAdAdAdAdA式中 K总传热系数，W/(m2K)。二、传热系数和热阻二、传热系数和热阻 12111bKdA=dA1=dA2=dAm；2.1 当传热面为平面时当传热面为平面时1TtdQKdA1122111mbKdAdAdAdA或者写做：其中：2.2 当为圆管传热时当为圆管传热时111122111mdAdAbKdAdA111122111mddbAdlKdd式中 K1以换热管的内表面为基准的总传热系数； dm换热管的对数

4、平均直径。1122()/lnmddddd222112111mddbKddb）以管的外表面为基准：a）以管的内表面为基准(dA=dA1):c）以管壁的平均表面为基准：1122111mmmddbKdd122dd近似用平壁计算2.3 1/K值的物理意义值的物理意义 ()()1TtdQKdA TtKdA总推动力总热阻111122111mddbKdd总热阻内侧的热阻壁阻外侧的热阻2.5 总传热速率方程总传热速率方程()dQKdA Tt00QAmdQK t dAmQKA t总传热速率方程式中：K平均总传热系数； tm平均温度差。 （1）求K平均值；（2）热量衡算式与传热速率方程间的关系；（3）tm的求解。

5、2.4 污垢热阻污垢热阻 111121222111mdddbRRKddd式中 R1、R2传热面两侧的污垢热阻，m2K/W。定性温度 物性参数 平均 K omQKAt 阻力为各部分的加和：1iRK,io K代表局部性质（ 局部性质） Kai， Kao， K接近a较小的一个，强化传热中的K：从热阻大的一方入手对流传热问题归结为求取对流传热问题归结为求取K（ ）和）和mt一般的处理方法为：三、热量衡算和传热速率方程间的关系三、热量衡算和传热速率方程间的关系热流体G1, T1,cp1,H1T2 H2冷流体G2, t2,cp2,h1t2 h2无热损失：QQ吸放无相变时：热量衡算1112222111222

6、1ppQGcTTG cttQGHHGhh有相变时：122211122221ppspQG rG cttQGrcTTG ctt四、平均温度差四、平均温度差 mt4.1 恒温差传热恒温差传热mtTtt mQ K A T tK A t 液体在恒定沸腾温度t蒸发饱和蒸汽加热，T下冷凝4.2 变温差传热变温差传热tm与流体流向有关逆流并流错流折流t2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1逆流逆流 t2tAt1T2T1并流并流热流体质量流量ms1，比热Cp1 冷流体质量流量ms2，比热Cp2 假定：T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt112tTt221tTt1122SpSpdQm c d

7、Tm c dt 根据热量衡算：221111SpSpdtdTdtdQm cm c21.dtdtttconstdQQK dAt1）逆流时的）逆流时的 tm当K=const.时，有：21211AtAtodtttdKtQ2121ln(/)mttQK AK Attt2121ln(/)mttttt 对数平均温度。2）并流时的）并流时的tm并流时采用类似的方法也可得到上式，只不过111tTt222tTt另外，如果将较大温差记为t1，较小温差记为t2；当t1/t2小，小K 如 汽水 冷凝水注意注意:若若K i，改换基准，以内径为基准，改换基准，以内径为基准例题：例题：套管换热器，冷却剂走管内，入口温度为30

8、，出口温度为35 ，内管侧的1103 W/(m2K)；饱和蒸汽走管外，温度为100 ，2104W/(m2K)。忽略管壁热阻及壁厚对传热系数的影响。如果冷却剂量增加一倍，问蒸汽的量应增加多少？解：解：假定冷却剂的初始流量为ms2，饱和蒸汽量为ms1,则有：12221SSpQmm ctt如果冷却剂的量增加一倍，则：饱和蒸汽的量也增加一倍？错啦！为什么？冷却剂的流速增大，单位质量的受热时间变小，出口温度降低，因此须首先计算出口温度t2。t2的计算须依据传热速率方程。的计算须依据传热速率方程。211122221111ln =()mspttQK AtATtTtmCtt2112211=lnspAmCTtT

9、t122121212211ln11lnssTtmTtTtmTt234.1t则：221111221134.1 3023530 =1.64SSssSsmttmmmmttm即冷凝量增加64%。当ms2=2ms2时，有：0.83221.74 10 w/ mK3423411100301100301010lnln111002100351.74 1010t本讲小结本讲小结1. 掌握两流体间壁对流传热的过程；2. 掌握两流体间壁对流传热速率的基本方程以及总传热系数的表达式；3. 掌握对数平均温度差的求解方法；4. 利用热衡算、传热速率方程和总传热系数的表达式进行两流体间壁对流传热的计算。1. 推导并流时的tm 。P1642. 在一列管换热器中，用初温为30 的原油将重油由180 冷却至120 ，已知重油和原油的流量分别为1104 kg/h和1.4104 kg/h，比热容分别为0.52 kcal/（kg）和0.46 kcal/（kg），传热系数K=110 kcal/（hm2K），试分别计算并流时和逆流时换热器所需的传热面积。 提示：由于没有内能形式的转换，因此能量的单位可以不用变换。3.