《化工原理教学》传热计算

化工原理主讲教师：童汉清编辑ppt§4传热过程的计算一、热量衡算方程式

1、显热与潜热显热概念：温度变化，状态不变。显热计算：比热（物理性质），CP：kJ/(kg·oC)

Q=W·CP·(t1-t2)潜热概念：温度不变，状态变化。潜热计算：汽化潜热（物理性质），R：kJ/kg

Q=W·R编辑ppt2、热量衡算方程式（1）冷热流体均无相变热流体的放热量=W1

·

Cp1·（T1－T2

）冷流体的吸热量=W2

·

Cp2·（t2－t1）若不计热损失，则：热流体的放热量=冷流体的吸热量Q=W1

·Cp1·（T1－T2

）=W2

·Cp2·（t2－t1）编辑ppt（2）热流体有相变，冷流体无相变热流体的放热量=W1

·

Cp1·（T1－T2

）+W1

·R冷流体的吸热量=W2

·

Cp2·（t2－t1）若不计热损失，则：热流体的放热量=冷流体的吸热量Q=W1·

Cp1·（T1－T2

）+W1·R

=W2·

Cp2·（t2－t1）若热损失为Q损，则：Q=W1·

Cp1·（T1－T2

）+W1·R

=W2·

Cp2·（t2－t1）+Q损编辑ppt（3）冷流体有相变，热流体无相变热流体的放热量=W1

·

Cp1·（T1－T2

）冷流体的吸热量=W2

·

Cp2·（t2－t1）+W2

·r若不计热损失，则：热流体的放热量=冷流体的吸热量Q=W1·

Cp1·（T1－T2

）=W2·

Cp2·（t2－t1）+W2·r

若热损失为Q损，则：Q=W1·

Cp1·（T1－T2

）=W2·

Cp2·（t2－t1）+W2·r

+Q损编辑ppt（4）冷热流体均有相变热流体的放热量=W1

·

Cp1·（T1－T2

）+W1R冷流体的吸热量=W2

·

Cp2·（t2－t1）+W2

·r若不计热损失，则：热流体的放热量=冷流体的吸热量Q=W1·Cp1·（T1－T2

）+W1R=W2·Cp2·（t2－t1）+W2·r

若热损失为Q损，则：Q=W1·Cp1·（T1－T2

）+W1R=W2·Cp2·（t2－t1）+W2·r

+Q损编辑ppt二、传热速率方程式（1）平面壁的传热速率编辑ppt对于平面壁编辑ppt设则————平面壁的传热速率编辑ppt对于圆筒壁编辑ppt

对于圆筒壁：传热面积以圆管外表面为基准进行计算。————圆筒壁的传热速率则设编辑ppt三、总传热系数K1、总传热系数K的物理意义温度差为1oC时，单位时间内通过单位面积的传热量。单位：W/（m2·oC）

总传热系数(简称传热系数)K是评价换热器性能的一个重要参数，又是换热器的传热计算所需的基本数据。

K的数值与流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等诸多因素有关，因此K值的变动范围较大。

编辑ppt2、总传热系数K的来源

1）计算平面壁的传热速率圆筒壁的传热速率编辑ppt设计中应考虑污垢热阻的影响，即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某些常见流体的污垢热阻的经验值可查附录。污垢热阻(又称污垢系数)编辑ppt

对现有的换热器，通过实验测取有关的数据，如流体的流量和温度等，然后用总传热速率方程式计算得到K值。实测的K值不仅可以为换热器的设计提供依据，而且可以了解换热器的性能，从而寻求提高设备传热能力的途径。

2）实验测定编辑ppt

某些情况下管壳式换热器的总传热系数K的经验值列于表4-6。从表4-6可看出，通常经验值的范围较大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。若为降低操作费，可选较小的K值；若为降低设备费，可选较大的K值。二、总传热系数

3）选用实际生产的经验数据编辑ppt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+管外热阻壁阻总热阻管内热阻管内垢阻管外垢阻管外热阻3、提高K值的途径编辑ppt若传热面为平壁或薄管壁，则当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时编辑ppt设

则

现提高则

若提高则

编辑ppt管壁内侧对流传热控制若管壁内、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若，则若则管壁外侧对流传热控制编辑ppt

欲提高K值，强化传热，最有效的办法是减小控制热阻。

K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，K近似等于中小者。

当冷热流体对流给热系数相差较大时，K值取决于较小的对流给热系数，所以，要提高总传热系数值，关键在于从热阻较大的一侧入手，设法增加较小的对流给热系数。编辑ppt四、平均温度差的计算

1、恒温差传热壁面两侧进行热交换的冷热流体，其温度不随时间及位置而变化。2、变温差传热采用对数平均值计算平均温度差（传热平均推动力）。编辑ppt

(1)并流冷热流体流动方向相同。编辑ppt

(2)逆流冷热流体流动方向相反。编辑ppt

(3)错流冷热流体流动方向垂直。

(4)折流并流、逆流共存。编辑ppt错流和折流的平均温度差安德华（Underwood）—鲍曼（Bowman）图算法：先按逆流操作算出对数平均温度差，再由曲线图差出校正系数。曲线图横坐标

曲线图纵坐标

编辑ppt

3、对数平均值与算术平均值例：A=8，B=6

算术平均值对数平均值算术平均值对数平均值若：A=80，B=6

算术平均值对数平均值编辑ppt结论1、对数平均值永远小于算术平均值结论2、A、B相差越大，对数平均值比算术平均值小的程度越大。编辑ppt4、逆流推动力与并流推动力245oC175oC120oC160oC

并流：

逆流：

245oC175oC160oC120oC编辑ppt结论：逆流推动力大于并流推动力编辑ppt

例1、用单程列管换热器预热某物料，物料从管内流过，流量为500kg/h，温度由25oC升至65oC，加热介质用热水，热水流量为1000kg/h，初温为95oC。已知物料的比热为3.66kJ/(kg·oC)，水的比热为4.17kJ/(kg·oC)，换热器的总传热系数K为60W/(m2·oC)。试计算逆流操作换热器所需的传热面积。（热损失不计）编辑ppt编辑ppt例2：每小时500㎏的常压苯蒸汽用直立列管换热器加以冷凝，并冷却到30oC。冷却介质为20oC的冷水，冷水的出口温度不超过45oC，冷热流体呈逆流流动。已知苯蒸汽的冷凝温度为80oC，汽化潜热为390kJ/kg，平均比热为1.86kJ/(kg·oC)，并估算出冷凝段的传热系数为500W/(m2·oC)，冷却段的传热系数为100W/(m2·oC)。试求所需传热面积及冷却水用量。若采用并流操作，所需的冷却水用量为多少？编辑ppt例3：某容器内盛有温度为105oC的甲苯1400kg，于其中装有外表面积为3.2m2的蛇管换热器，蛇管内通入