重科大热工基础课件第6章 综合传热计算

第一讲

§6.2

散料层内热交换

一、本课的基本要求：

会用固定、流化料层的传热量计算公式。二、本课的重点、难点：

本课的重点及难点是固定料层、流化料层的传热量、计算公式的应用。第六章综合传热计算§

6.2

散料层内热交换散料层（固定料层）内的热交换是气、固两相之间的热量传输现象，其热量传输过程比较复杂。为揭示其一般规律，在研究它们之间的热交换过程时，常作如下假设：（1）炉料与炉气沿整个容器横截面均匀流动。（2）炉料与炉气的水当量保持不变。（3）料块尺寸在热交换过程中不发生变化。（4）料层内换热系数为常数。一、

料块内部热阻很小（Bi≤0.25）时的热交换在此条件下，可认为料块内、外部温度始终是均匀一致的。参看图6-2-1，在dτ时间内，单位体积料层内气体传给料块的热量为：

DQ=αA

(tg–ts)Avdτ

第六章综合传热计算在此范围内炉气发生的温度变化应为：同样，物料的温度变化为：gtWdQdg-=StWdQdS-=第六章综合传热计算由逆流热交换系数的热平衡方程可知

始端与任一截面之间

始端与终端之间

由以上四式联立求解得：)tt(W)tt(W'S"SS"g'gg-=-)tt(W)tt(WS"SSg'gg-=-E)tt(tt'S'g'gg--=第六章综合传热计算当τ=τ2时，则tg＝tg”故可得：0'S'g'g"gE)tt(tt--=E0值与

及

函数关系如图所示：

2gVAWAtaSgWW第六章综合传热计算当Wg＜Ws且料层足够高的条件下，有：

若换热时间足够长，即τ→∞，则：

任意时刻的炉料温度为：在换热终端，即τ=τ2时，当Wg＞WS且料层足够高时，有：第六章综合传热计算若料块入口温度为室温，或ts’≈0，则在此基础上，若τ→∞，则有：

ts”=tg’每单位体积料层的热交换量可写为：

或

kJ/m3

kJ/m3

第六章综合传热计算二、炉气与料块间的换热系数经验式：W/(m2·K)

三、考虑料块内热阻时的热交换总热阻为：（m·℃）/W

传热系数为：W/（m2·℃）

第六章综合传热计算对于球形料块有：对不规则料块则为：返回第六章综合传热计算第二讲

：§

6.3余热利用设备及其热工计算

一、本课的基本要求：

1、掌握换热器的工作原理，会换热器的设计与校核计算。

2、了解蓄热室的工作原理及计算。二、本课的重点、难点：本课的重点是换热器的工作原理及计算，关键在于求出k、Δtcp第六章综合传热计算§

6.3余热利用设备及其热工计算利用余热利用设备可以节约燃料和提高燃烧温度。一、

换热器

1．换热器内流体的流动方式及水当量顺流式：热流体与冷流体流向相同。逆流式：热流体与冷流体流向相反。叉流式：热流体与冷流体流向相交叉。其他流动方式都是以上三种方式的组合。

第六章综合传热计算换热器内流体的流动方式（a）顺流（b）逆流（c）叉流（d）折流（e）顺叉流（f）逆叉流

第六章综合传热计算在整个换热器内，热流体与冷流体之间有：用水当量表示为：2．换热器的热工计算（1）基本公式

q=kΔtcpW/m3Q=KtcpAW

（2）平均温差Δtcp：)tt(cM)tt(cM'2"222"1'111-=-)tt(W)tt(W'2"22"1'11-=-℃

'"'"cpttlntttDDD-D=D第六章综合传热计算当流体不是简单的顺流或逆流时，则平均温差计算式中应乘以修正系数εΔt，即

℃（顺流）

)tt()tt(ln)tt()tt(t'2'1"2"1'2'1"2"1cp-----=D℃

'"'"tcpttlntttDDD-De=DD℃（逆流）

)tt()tt(ln)tt()tt(t2'1‘2"1'2'1"2"1cp-----=D"第六章综合传热计算εΔt的推导结果已整理成计算线图，见附图6。图中的R及P是水当量的比值及换热器的加热温度效率。它们的定义式分别为：结论：

l）εΔt越大，则Δtcp也越大。

2）P值一定时，R值越小则εΔt值越大。

3）R值一定时，P值越小则εΔt值越大。

4）当R及P值一定时，流体的流程数越多则εΔt越大。'2'1'2"2ttttR--==两流体的进口温度冷流体的加热度21'2"2"1'1WWttttR=--==冷流体的加热度热流体的冷却度第六章综合传热计算（3）传热系数K

：或3．换热器的效率及流体终温

顺流式换热器的效率为：W/（m2·℃）

21111Ka+ld+a=W/（m2·℃）

AAKAAAAKAKAKKn1iiin21nn2211å==++++++=LL（6-3-15a）

maxminmaxminminWW1)]WW1(WKAexp[1++--=e第六章综合传热计算逆流式换热器的效率为：写成函数关系式：（6-3-15b）

maxminmaxminminWW1)]WW1(WKAexp[1++--=eε=f（NTU，，流动方式）

（6-3-16）

maxminWW第六章综合传热计算顺流时ε=f（NTU，）图maxminWWmaxminWW逆流时ε=f（NTU，）图第六章综合传热计算二、蓄热室第六章综合传热计算1．蓄热室内传热过程的特蓄热室内的传热过程是通道内的砖格子（通道壁）交替地被加热及冷却，气体及砖格子的温度都在连续地发生变化，属于不稳定导热过程。

蓄热室内与换热器内传热过程的比较图（a）—换热器；（b）—蓄热室第六章综合传热计算

从图中看出，砖格子通道表面温度随时间的变化规律为抛物线型，且加热期：

冷却期：若取加热期及冷期内K1的平均值为0.67，则：)tt(Kttmin,Wmax,W1min,Wcp1,W+=D)tt)(K1(ttmin,Wmax,W1min,Wcp2,W--+=D)tt(31ttmin,wmax,wcp2,Wcp1,W-=-当

时，05.073.0K2dat-=3<2dat第六章综合传热计算砖格表面温度及其平均温度图

加热期末及冷却期末砖格内

断面上的温度分布图第六章综合传热计算加热期末砖体的平均温度冷却期末砖体的平均温度

从以上分析可以看出，蓄热室内气体与砖体间传热的特点与通过表面热通量为常数的边界条件相接近。2．蓄热室内传热系数1max,wcp1,kt32ttD-=D2min,wcp2,kt32ttD+=DkJ/(m2·℃)2202111]3)1(c1[3111Kta+bltdb++dr+ta=第六章综合