传热计算讲稿

化工原理PrinciplesofChemicalEngineering第四章2023/7/5讲授内容概述4.1热传导4.2对流传热4.3传热计算4.4对流传热系数关联式4.5辐射传热4.6换热器4.72023/7/5本节讲授内容4平均温度差6传热单元数法2总传热速率微分方程5传热面积的计算3总传热系数1能量衡算7保温层的临界直径4.4传热计算2023/7/5传热计算设计计算

校核计算

根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。依据：总传热速率方程和热量衡算2023/7/5一、热量衡算热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系。对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略，则在单位时间内的换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。即：——换热器的热量衡算式应用：计算换热器的传热量（热负荷）Q

2023/7/51、换热器中的两流体无相变化根据热力学性质的计算公式：

流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时：

恒压时：

2023/7/5（1）饱和蒸汽冷凝，冷凝液在饱和温度下离开：（2）冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器：2、换热器中的热流体有相变化2023/7/5二、总传热速率方程通过换热器中任一微元面积dS的间壁两侧的流体的传热速率方程：——总传热速率微分方程or传热基本方程

K——局部总传热系数，（w/m2℃）K的物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。2023/7/5对于整个换热器，传热基本方程式可写成：或——总传热热阻

注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的传热面积不同，总传热系数的数值不同。△tm和K为整个换热器的平均值2023/7/5传热基本方程可分别表示为：式中：

Ki、Ko、Km——分别为管内表面积、外表面积和内外侧的平均表面积的传热系数，w/m2·KSi、So、Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均面积，m2。注：工程上大多以外表面积为计算基准，Ko不再加下标“o”2023/7/5三、总传热系数1.总传热系数K的来源1）生产实际的经验数据2）实验测定3）分析计算2.传热系数K的计算假设热流体走管程，冷流体走壳程btWtTWT热流体冷流体2023/7/5流体通过管壁的传热包括：1）热流体（走管程）把热量传递给管壁（内壁）的对流传热：2）通过管壁的热传导3）管壁（外壁）与冷流体的对流传热换热器总传热速率（以外面积为基准）：2023/7/5联立锹上述乘四个母关联墙式得互：若以专外表盟面为脑基准20西23都/6阵/2道9——球基于逆外表既面积舞总传补热系久数计饶算公砖式同理洗：20亡23移/6滑/2艳93.污垢悔热阻在计怖算传松热系池数K值时正，污垢鹿热阻衫一般努不可孩忽视废，污垢截热阻伪的大财小与拥流体漆的性疲质、榴流速克、温埋度、睁设备诱结构县以及磁运行像时间来等因滴素有掠关。若管粥壁内缎、外撇侧表辛面上耀的污努垢热印阻分孔别用Rsi和Rso表示毅，根娘据串掩联热挖阻叠袖加原盏则，20仁23阻/6遣/2计9当传格热面与为平浊壁或毅薄管边壁时赤：当管春壁热孝阻和删污垢机热阻暮均可孙忽略盆时，若则4.提高抹总传津热系蔑数的啦途径20眉23孙/6负/2万9总热范阻是抓由热刷阻大塔的那嫁一侧拍的对雪流传内热所片控制加。提高K值，歇关键眨在于提高对流芽传热显系数较小目一侧班的α。两侧混的α相差梅不大时，剑则必旁须同时成提高恶两侧昂的α，才能后提高K值。污垢宫热阻怖为控扛制因绑素时，则薪必须设法麻减慢脂污垢农形成绪速率隔或及凶时清吗除污苍垢。20纪23波/6益/2辛9对于怨整个括换热循器，稠传热电基本弟方程到式可旨写成役：——崖换热库器的脂热量泊衡算伏式20帽23征/6羞/2插9四、高传热悠的平漠均温族度差恒温愚差传乓热：变温您差传依热：传热给温度民差不随爬位置桶而变的传匠热传热示温度敞差随位农置而辜改变的传佳热传热流动俯形式并流别：逆流荒：错流较：折流澡：两流孝体平行极而同堵向的流辛动两流胳体平行匪而反避向的流断动两流果体垂直绒交叉的流锡动一流县体只沿一饭个方汪向流景动，而另一杜流体累反复拢折流20疾23肉/6殊/2败9逆流T1t1t2T2T1t1T2t2并流ST2T1t1t2ST2T1t2t11.逆流衣和并极流时李的平饭均温落差20其23银/6坐/2毛9假定芝：（1嘴）换佩热器制在稳婆态情冒况下毁操作慎；（2汁）流坑体的界比热泳容均睬为常速量，腹且传腔热系雪数K为常肠量；（3融）换臭热器房诚无热岸损失得到赴对于仇整个怜换热竟器的稻总传讨热速怒率方号程：20啊23序/6泡/2突9注意牌：在应堵用对启数平抓均温律度差兼计算枝式时拍，通蔽常将搞换热循器两昂端温腔度差△t中数腹值大越的作化为△t2，小的埋作为△t1当时，可用算术平均温度差代替对数平均温度差。——那对数防平均未温度脂差（估适用哨于并苍流及馅逆流雄）20模23加/6撑/2翠9例：快在一阶单壳义单管夏程无屈折流谎挡板遇的列毒管式筛换热目器中香，用浇冷却窄水将满热流扩体由鸡10叔0℃纷冷却俱至4裕0℃倾，冷光却水撕进口声温度惧15末℃，钳出口庭温度握30腿℃，校试求岭在这笑种温幼度条盟件下驳，逆精流和宾并流重的平易均温刚度差胜。解夸：逆流狮时：热流诊体：冷流称体：702520输23控/6悬/2雨9并流层时：热流唤体慨：冷流触体雄：8510在冷自、热暗流体线初、甜终温蜡度相催同的京条件口下，寺逆流骄的平勤均温贷度差犹大。20极23监/6均/2状92.错流倦和折笨流时贯的平苗均温寇度差错流醋和折尝流的窄平均听温度尿差，脊常采捏用安德竿伍德和鲍曼提出仔的图功算法晚。先按挑逆流今时计枝算对坐数平公均温服度差△tm逆，然寇后乘贯以考眨虑流配动型止式的斯温度杆修正烤系数φ△t，得到拾实际裹平均香温度仰差△tm。错流折流20卡23拔/6变/2单9——己错流伏和折乔流时浇的平楚均温拖度差其中计算P,伏R的值笋后,可查史图得党到φ△t的值20伶23垄/6则/2信9例：温通过汁一单爪壳程曲双管翼程的韵列管添式换河热器鹊，用约冷却巩水将虽热流显体由杂10欲0℃日冷却碎至4肚0℃琴，冷帆却水役进口暗温度百15特℃，扶出口朽温度确30纲℃，闸问此晚时的乱传热京平均毙温差参为多次少?蚕若将液水的漆出口岔温度巷提高油到3印5℃姓，平赤均温所差又岁为多葬少?逆流时解：20红23照/6哀/2华9又冷超却水由终温各提到350C，逆流鲜时：查图P2禁32图4－19（a）20究23洽/6蜜/2焰9查图软得：20税23蓝/6咬/2且93.不同捐流动逃型式祖的比湾较（1）在进棋、出译口温泊度相俗同的盐条件挎下，逆流缎的平分均温佩度差恒最大，并流受的平府均温开度差瘦最小龙；其他少形式抱流动供的平陈均温乌度介寨于逆采流和狂并流饶之间殃。因侧此，就提靠高传鼠热推颂动力雅而言序，逆术流优陵于并晌流及遭其他丸形式乎流动额。当换薄热器届的传乳热量Q及总循传热辜系数K相同稍的条牢件下登，采呀用逆天流操肝作，累所需笼传热颈面积爷最小尿。20脊23侦/6炭/2废9（2）逆流承可以释节省宾冷却未介质礼或加嫁热介奏质的清用量直。所以停，换视热器从应当虑尽量采用贴逆流径流动，尽订可能避免躁并流扁流动兔。在某脆些生婚产工猫艺有斤特殊稻要求束时，如橡要求概冷流案体被对加热剩时不锦得超哑过某厌一温均度或封热流海体冷缓却时击不得伴低于倾某一渴温度不，应采跳用并何流操嘉作。当换夕热器钱有一践侧流扶体发异生相蜡变而欠保持看温度品不变言时，就无燥所谓挎并流怪和逆隙流了炊，不论深何种啊流动竭型式艺，只妖要进跟出口严温度快相同制，平芝均温镇度就民相等滋。20顶23寄/6错/2卸9（3）采用慰折流尿和其券他复振杂流傍动的庭目的抚是为挡了提析高传索热系遭数，其代价挺是平粒均温缩慧度差惕相应叔减小，温寇度修摔正系贴数φ△t是用侦来表悬示某吃种流艰动型防式在钞给定乘工况宋下接测近逆胡流的表程度展。综宜合利朗弊，言一般诉在设计敢时最罪好使φ△t＞0系.9愧，至扁少不闲能使φ△t<0错.8。否具则应嘱另选结其他弯流动膏型式俘，以扯提高φ△t。20而23柏/6奥/2差9五、寺传热张面积丽的计帐算1.传热吐系数K为常扮数其中况：2.传热冻系数K为变默数20挪23霉/6凭/2节9积分：不能娃用解丛析法玻求解密时，晋可采宫用数脊值积框分、没图解骑积分捧或分段亮计算哭的方犬法。将每度段中肌的物康性、姓传热否系数Kj视为杰常量皆，分职段计刻算传沉热温挽差△tmj和相瓦应的捞热流漠量Qj及传流热面础积Sj，或总传绳热面端积：20青23轿/6侮/2团9六、筋传热吴单元锁数法李（自窜学）1.传热箭效率εWC千p：流体旱的热容怎量流胶率20忧23俗/6扔/2穗9当热不流体雕的热驴容量它流率挂较小封时若冷领流体论的热聋容量煌流率叶较小20律23淡/6贞/2饥92.传热馅单元柿数NT根U1）鸦传热姥单元秋数的蛇定义对于打冷流谋体积分(NT像U)则c：基于乏冷流们体的仍传热贴单元督数20慰23唇/6雷/2运9当K与Cp亏c为常皇数，皮且T-应t可用辛平均定温度连差代狐替时同理,基于延流体细的传绝热单势元数当K与Cp兵h为常筛数时20萍23哨/6洪/2标92）酱传热死单元帽数的贷含义绳：（1生）对喝于已阳知的惯换热磨器利危用处歉理的之物料磁而言疏，它粪表示班该换热冰器的勒换热搬能力能的大搂小。K与A大，鼓表示生换热亚器的讨能力基大，可税完成孩更高坟的换屠热要胀求（2舱）对椒已知榴流体乡丰的换酬热器鱼而言地，它表示谨换热葡要求援的高蒸低与逝换热凶的难鹿易程道度。换热历要求叮高，糠即流甜体进肯出口鬼的温怜差大激；传扎热的兴推动恨力小魂，换裳热所码需的餐单元西数大柔。20胆23能/6坟/2皮93）豆传热钻单元向数的扶物理扁意义将改写成20蛋23讲/6银/2串9基于WC殊p值小佩的流蹈体的他传热飞单元创长度衡,可视嗓为(Wcp)mi钳n的流镇体温纽奉度变朵化与金传热翁温差夺相等挣时的欢换热寻器的超管长。传热乡丰系数K愈大，即学热阻涌愈小篇，传热盐单元娱长度马愈小。换乡丰热时秋所需慰要的欠传热竟面积寸也愈葡小。换热基器的奔长度有（对惑于一渐定的享管径需）等奴于传竞热单牢元数及和传病热单削元长决度的急乘积狮。炎一个迟传热佩单元户可视鼻为换粉热器甜的一病段20科23欢/6遮/2申93.传热悠效率穷与传观热单脚元数炮的关来系将（残2）努代入息（1说），筝并整继理得并流多时20城23钞/6我/2霞9若冷棒流体众为最霸小值定流体,并令Cmi剑n=W休ccpc,Cma翼x=W创hcph，(N歇TU塔)mi丧n=K活S/献Cmi候n20丽23拼/6效/2句920蒸23斥/6蔬/2看9将