传热 总传热系数的获取

化工单元操作模块二传热任务七传热系数的获取一、传热系数的获取方法（一）取经验值热流体冷流体传热系数K/W/(m2∙K)水水850～1700轻油水340～910重油水60～280气体水17～280水蒸汽冷凝水1420～4250水蒸汽冷凝气体30～300水蒸汽冷凝水沸腾2000～4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455～1020水蒸汽冷凝重油沸腾140～425（二）现场测定实验室用蒸汽在一套管换热器中加热空气，空气走管程。测出蒸汽的压力Ｐ，即得其温度Ｔ；测出空气的流量Ｗ及进、出口温度t1、

t2。【例

】在一套管换热器中，苯在管内流动，流量为3000kg/h，进、出口温度分别为80℃和30℃，在平均温度下，苯的比热容可取1.9kJ/(kg∙K)。水在环隙中流动，进、出口温度分别为15℃和30℃。逆流操作，换热器的传热面积为2m2，热损可以忽略不计。试求换热器的传热系数。解：换热器的传热量：Q=WhCPh(T1－T2)=(3000/3600)×1.9×(80－30)＝21.93kW

平均温度差：

（三）公式计算

热、冷流体通过间壁的传热是一个“对流-传导-对流”的串联过程。(假设热流体走管程，冷流体走壳程)

（1）热流体对壁面的对流传热（2）壁面内的导热(3)壁面对冷流体的对流传热则总过程：具体计算时，等式左边的传热面积S可选传热面（管壁面）的外表面积So或内表面积Si或平均表面积Sm，但传热系数K必须与所选传热面积相对应。

但工程上，大多以外表面积So为基准，手册中所列K值都是基于外表面积的传热系数，换热器标准系列中的传热面积也是指外表面积。

Ki、Ko、Km——基于Si、So、Sm的传热系数，W/(m2∙K)。

污垢热阻的影响污垢热阻：换热器在使用过程中，传热壁面常有污垢形成，对传热产生的附加热阻。通常，污垢热阻比传热壁面的热阻大得多。

影响污垢热阻的因素：

主要有流体的性质、传热壁面的材料、操作条件、清洗周期等。由于污垢热阻的厚度及导热系数难以准确地估计，因此通常选用经验值。

若传热壁面为平壁或薄管壁时，Si、So、Sm相等或近似相等，则可简化为：四、壁温的计算【例2-12】有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数为1100w/m·℃，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为5800w/m·℃

。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005m·℃

/w。设管壁热阻可以忽略。

解：因管壁热阻可以忽略，故换热管内、外侧的壁温相等，设为Tw。（1）当壁很薄时，Si≈SO，又管壁清洁无垢，由式（2-48）得（2）同理，当外侧有污垢时结论:壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。当不计污垢热阻时，壁温接近膜系数值大的那个流体的温度。五、强化传热途径1.增大传热面积

如图所示的几种带翅片或异形表面的传热管，它们不仅使传热表面有所增加，且强化了流体的湍动程度，提高了对流传热系数，使传热速率显著提高。2.提高传热推动力通过选择不同介质和加大流量来提高传热温度差；采用逆流操作或增加壳程数，均可得到较大的平均传热温度差。

3.提高传热系数

采用相变传热

热导率大的载体加入固体颗粒

防止和减少结垢减少冷凝液膜厚度

增加湍动增大流速、改变流动方向（多管程、多壳程，折流挡板比之无相变传热过程，传热系数要大的多颗粒扰动传热系数增大；冲刷壁面减缓污垢形成降低热阻物理和化学除垢；加入减阻剂纵向沟槽、金属丝网等（1）降低对流传热热阻

当壁面热阻（b/λ）和污垢热阻（RSi、RSo）很小，可以忽略时

当两

相差很大时，欲提高K值，应该采取措施提高

小的那一侧的对流传热系数。

若

i与

o较为接近，此时，必须同时提高两侧的对流传热系数，才能提高K值。（2）降低污垢热阻

减小污垢热阻的具体措施：

提高流体的流速和扰动，以减弱垢层的沉积；加强水质处理，尽量采用软化水；加入阻垢剂，防止和减缓垢层形成；定期采用机械、高压水或化学的方法清除污垢。【例2-13】有一用Φ25×2mm无缝钢管（λ＝46.5W/(m∙K)）制成的列管换热器，管内通以冷却水，

i

＝400W/(m2∙K)，管外为饱和水蒸汽冷凝，

o＝10000W/(m2∙K)，忽略污垢热阻。试计算：①传热系数K及各分热阻所占总热阻的比例；②将

i

提高一倍（其他条件不变）后的K值；③将

o提高一倍（其他条件不变）后的K值；解：①由于壁面较薄，此处按平壁近似计算。根据题意：RSI＝RSo＝0热阻名称总热阻1/K管内对流热阻1/

I管外对流热阻1/

o壁面导热热阻b/λ比例10094.73.81.5②

将

i提高一倍（其他条件不变）,即i

＝800W/(m2∙K)增幅为：③

将

o提高一倍，即

o

＝20000W/(m2∙K)增幅为：【例2-14】在例2-13中，当换热器使用一段时间后，形成了垢层，需要考虑污垢热阻，试计算此时的传热系数K值。

由于垢层的产生，使传热系数下降了解：取水的污垢热阻RSI=0.58(m2∙K)/kW，水蒸汽的RSo=0.09(m2∙K)/kW。(二)削弱传热

削弱传热，就是设法减少热量传递，主要用于隔热。在化工生产中，只要设备(或管道)与环境(周围空气)存在温度差，就会有热损失(或冷损失)出现。利用导热系数很低，导热热阻很大的保温隔热材料对高温和低温设备进行保温隔热，以减少设备与环境间的热交换，从而减少热损失。

表2-5常见的保温隔热材料

2013谢谢大家作业：请查看空间！传热---复习课重点：传热基本方程：一、传热的基本方式

热传导、热对流、热辐射二、换热器类型

直接接触式、间壁式、蓄热式、中间载热体式二、传热速率（Q）与热负荷

热负荷的确定：走管程流体所传递的热量。

热量衡算：Qh=Qc+QL

传热量的计算：焓差法、显热法、潜热法

Wh[cph·(T1-T2)+rh]=Wc[cpc·(t1-t2)+rc]+QL

二、传热平均温度差前提：热、冷流体的始、终温度相同。

①一侧恒温、一侧变温：Δtm，逆＝Δtm错，折＝Δtm，并；

②两侧均变温：Δtm，逆>Δtm错，折>Δtm，并；相同进出口温度时：Δtm=T－t

三、传热系数1、热传导

λ：导热系数，与密度和粘度相同都是物质固有的物性。

金属>

非金属>

液体>

气体

平壁：

圆筒壁：三、传热系数2、热对流

α不是物性，热阻主要集中在滞流内层，温降最大。无相变：有相变：冷凝（滴状、膜状）沸腾（池内）：自然对流、核状沸腾，膜状沸腾污垢热阻：定时清除，阻垢剂，水处理等3、总传热系数K

若传热壁面为平壁或薄管壁时，Si、So、Sm相等或近似相等，则可简化为：-----有污垢热阻四、强化传热途径

1.增大传热面积（改进设备结构，翅片状）

作用：提高了传热面积、设备紧凑；提高了流体湍动，α↑2.提高传热推动力

改变冷却剂或加热剂温度，或采用逆流或增加壳程数3.提高传热系数Q=KSΔtm

（1）降低对流传热热阻

（2）降低污垢热阻

五、传热计算案例

【习题】在一单壳程、四管程的列管换热器中，用冷水将1.25kg/s的某液体（比热容为1.9kJ/(kg∙K)）从80℃冷却到50℃。水在管内流动，进、出口温度分别为20℃和40℃。换热器的管子规格为

25×2.5mm，若已