化工原理B（上）：5-3 两流体间的热量传递

15-7间壁两侧流体热交换过程的分析5-8总传热系数和总传热速率5-9

热量衡算和传热速率方程间的关系5-10传热平均温度差5-11传热效率～传热单元数法5-12壁温的计算第三节两流体间的热量传递2间壁式换热器的传热过程一、基本概念热负荷Q’：工艺要求，某种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位J/s或W。传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2。5-7间壁两侧流体热交换过程的分析3式中 A──总传热面积，m2。二、稳态与非稳态传热

稳态传热

非稳态传热4三、冷热流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体55-8总传热系数和总传热速率方程dAt2m1，T1m2，t1T26

一、对流传热速率——牛顿冷却定律流体被冷却：式中 Q──对流传热速率，W；

1

──对流传热系数，W/(m2·℃)；

Tw──壁温，℃；

T──热流体平均温度，℃；

A1

──传热面积，m2。7式中

t──总有效膜厚度；

e──湍流区虚拟膜厚度；

──层流底层膜厚度。下面来推导牛顿冷却定律建立膜模型：流体被冷却：TTWttW

t热流体导热系数热流体侧对流传热系数81.牛顿冷却定律是一种推论，又dQ2∝

t。2.复杂问题简单化表示。

推动力：阻力：总结：9热流体固体壁面一侧固体壁面一侧另一侧固体壁面另一侧冷流体twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ二、总传热系数K10（3）管内对流（1）管外对流（2）管壁热传导对于稳定传热

11式中K——总传热系数，W/(m2·K)。12三、K的计算1．当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm2．以内表面为基准(dA=dA1):

13式中K1—以换热管的内表面为基准的总传热系数；

dm——换热管的对数平均直径。以壁平均表面为基准：以外表面为基准：近似用平壁计算143．1/K值的物理意义

15

四、总传热速率方程式中K——平均总传热系数；

tm——平均温度差。

——总传热速率方程（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。16五、污垢热阻

式中R1、R2——传热面两侧的污垢热阻，m2·K/W。六、总传热系数K的大致数值范围（见表5—6）K=f(物性、传热形式、流速、传热壁性质、接触情况）七、关于提高K值途径的讨论(P148例5-6)（见表5—5）175-9热量衡算和传热速率方程间的关系无热损失：热流体m1,T1,cp1,H1T2H2冷流体m2,t1,cp2,h1t2h218无相变时

热量衡算：式中Q──热冷流体放出或吸收的热量，J/s；

m1,m2──热冷流体的质量流量，kg/s；

cp1,cp2──热冷流体的比热容，J/(s.℃)；

h1,h2──冷流体的进出口焓，J/kg；

H1,H2──热流体的进出口焓，J/kg。19相变时

热量衡算：式中r──热流体的汽化潜热，kJ/kg；

TS──热流体的饱和温度，℃。传热计算的出发点和核心：20一、恒温传热二、变温传热tm与流体流向有关5-10传热平均温度差逆流并流错流折流211、逆流和并流时的

tmt2t1T1T2t1t2T1T2t2tAt1T2T1t2tAt1T2T1逆流并流22以逆流为例推导假设：1）定态传热、定态流动，m1、m2一定2）cp1、cp2为常数，为进出口平均温度下的3）K沿管长不变化。4）热损失忽略不计。23T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt241）也适用于并流

T2t1t2T1At2t1252）较大温差记为

t1，较小温差记为t2；3）当t1/t2<2，则可用算术平均值代替4）当t1＝t226：逆流时的平均温度差2、错流、折流时的275-12壁温的计算稳态传热

1．

大，即b/Am小，热阻小，tW=TW28TW接近于T，即

大热阻小侧流体的温度。

3．两侧有污垢

2．当tW=TW，得

29一、传热效率最大可能传热速率：换热器中可能发生最大温差变化的传热速率。理论上最大的温差：5-11传热效率～传热单元数法30热容流量：mscp

由热量衡算得最小值流体可获得较大的温度变化最小值流体：热容流量最小的流体为最小值流体。31二、传热单元数32传热单元数：传热单元数的意义：热流体温度的变化相当于平均温度差的倍数。同理：33三、传热效率与传热单元数的关系根据热量衡算和传热速率方程导出：逆流：并流：34逆流：并流：35

传热计算示例

例题：用120

C的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从温度为80

C上升到95

C，每程有直径为

25×2.5mm管子30根，且以管外表面积为基准K=2800W/m2.

C，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计。求：（