热交换的计算

1、4、热交换的计算1导航栏一、热交换的基本方程GO二、换热过程的热量衡算GO三、传热平均温度差GO四、流体流向的选择GO2一、热交换的基本方程 化工生产中最常用的传热操作是热流体经管壁（或器壁）向冷流体传热的过程，该过程称为热交换或换热。3热量的传递属于：对流导热对流类型。即 热流体的热量 管外壁 管内壁 冷流体下面分别讨论41 、 热量 管外壁 （1）式中A1 外壁面积2、外壁 内壁 （2) Am平均传热面积53、内壁 冷流体(3)A2：内壁面积 对于稳定传热 6三式相加得7令由于温差沿着传热壁面变化 （4）称为热交换基本方程式中: k传热系数，单位与相同 即（w/m2k） （4）8若传热面为

2、平壁，则这时（5）若传热面为圆筒壁，但管子的直径较大，或管壁及垢层均较薄，即d外/ d内 2时，近似认为d内=d外=dm=d9这时k的计算式采用平壁的计算式，即这时多采用外壁面积。若传热面积有垢层时，（6）10讨论：若传热壁面是新的，且壁面本身热阻较小，若传热壁面是旧的，且壁面和垢层均很薄， 热阻可忽略（6）式简化为11由此得出两个结论： A、在数值上 ： ，K设将 分别除以分子和分母 12B、若 K值接近于热阻较大的一项的 值 在传热过程中，要提高K值，设法提高 值最小的一项，才会有显著的效果，即对传热更有利。13由 可知提高 ，则 （提高湍动程度）则14二 、换热过程的热量衡算在换热过程中

3、，若忽略热损失，则1、无相变，靠显热换热即流体在换热过程中无相变，仅靠物理显热进行热交换。（7）15式中： 质量流量，kg/sC流体进出口平均温度下的比热， 流体进出换热器的温度，2、有相变，靠潜热换热式中 D流体的冷凝量或蒸发量，kg/sH流体的冷凝潜热或蒸发潜热，J/kg 16三 、传热平均温度差1、恒温传热 高沸点液体的饱和蒸气冷凝低沸点饱和液体的沸腾气化两种流体进行热交换时，在任何时刻，两种流体的温度均不发生变化，即热流体始终为T，冷流体为t，这时172、变温传热 在传热过程中间壁一侧或两侧的流体温度随着传热壁面位置的不同而不同。 变温传热大致有以下四种情况一侧变温 两侧变温18对于间

4、壁两侧都变温的传热过程，平均温度差随着换热器内流体流向的不同而不同。193、逆流、并流时对数平均温度差 工业上最常用的是逆流和并流。平均温度差要用冷热流体进出口温度差的对数平均值计算即（9）20（10）在计算中，取数值大的为t1，小的为t2，以保证分子和分母都是正数。若 可用算术平均值代替 对数平均值，即21例题22 例43(p144,习题25) 要求每小时冷凝500kg乙醇蒸气，并冷却至30。乙醇的凝结温度为78.5，凝结热为880kJ.kg-1。乙醇液体的平均定压比热容为2.8kJ.kg-1。在该条件下乙醇蒸气的传热膜系数为3500 W.m-2.K-1 , 乙醇液体的传热膜系数为700 W

5、.m-2.K-1。冷却水(逆流)的初始温度为15，排出温度为35，水的传热膜系数为1000 W.m-2.K-1，水的平均定压比热容为4.2 kJ.kg-1。管壁和污垢热阻可忽略。试计算热交换器应有的换热面积。若列管长为2m的242mm钢管，则应当用多少根。 解：由于乙醇蒸气和乙醇液体的传热膜系数差别很大，对总传热系数的影响差别亦很大，因此，必须分冷凝段和冷却段分别计算，其温度变化见下图并设冷凝段和冷却段交界处水的温度为t。23乙醇的冷凝冷却量： 冷凝段的换热速率： 冷却段的换热速率： 24总换热速率： 水的用量： 两段交界处水的温度： 25或： 求冷凝段的换热面积A1：26求冷却段的换热面积A2：27(根) 28四、 流体流向的选择只讨论逆流和并流的情况1、从平均温度差考虑假定 T1、T2、t1、t2 、K均为定值 由于 ，知根据换热面积小，设备就小。292、从载热介质的用量考虑 因此，达到同一传热效果（加热或冷 却），逆流比并流所用载热介质要少。 30 但并不是说逆流处处比并流优越，并流 初期传