传热5-6.ppt

1、4.4.1 热量衡算,4.4 传热计算,首先对生产要求进行热量衡算，也就是对传热任务或换热器的热负荷进行计算。,冷热两流体均无相变化时：,一侧有相变时（假设热流体冷凝）：,若冷凝液出口温度低于饱和温度ts时：,推导平均温度差的表达式时，对传热过程作以下简化假定： 传热为稳态操作过程； 两流体的定压比热容均为常量； 总传热系数为常量； 忽略热损失。,4.4.2 传热温度差,1.恒温传热时的平均温度差 换热器中间壁两侧的流体均存在相变时，两流体温度可以分别保持不变，这种传热称为恒温传热。,冷流体温度,热流体温度,4.4.2 传热温度差,2.变温传热时的平均温度差 （1）逆流和并流时的平均温度差,逆

2、流,并流,4.4.2 传热温度差,由热量恒算并结合假定条件和，可得,常数,常数,4.4.2 传热温度差,因此， 及 都是直线关系，可分别表示为,上两式相减，可得 也呈直线关系。,根据假定条件，积分上式得,总传热速率方程式,4.4.2 传热温度差,对数平均温度差,逆流和并流时计算平均温度差的通式。,讨论：,（1）在工程计算中，当 时，可用算术平均温度差（ ）代替对数平均温度差，其误差不超过4%。,（2）在冷、热流体的初、终温度相同的条件下，逆流的平均温差较并流的为大。 若换热介质流量一定，则可以节省传热面积，减少设备费；若传热面积一定，则可减少换热介质的流量，降低操作费，因而工业上多采用逆流操作

3、。,4.4.2 传热温度差,（3）并流用于流体的温度有所限制的地方。比如：加热时必须避免温度高于某一限制，冷却时必须避免温度低于某一限制，流体粘度比较大的时候。,（2）错流和折流时的平均温度差,单管程，多管程 单壳程，多壳程,温差校正系数,安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowman）图算法,先按逆流计算对数平均温度差，然后再乘以考虑流动方向的校正因素。即,4.4.2 传热温度差,具体步骤如下：,根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差tm。,按下式计算因数 R 和 P：,4.4.2 传热温度差,根据 R 和 P 的值，从算图中查出温度差校正系数；,将纯逆流条件下的

4、对数平均温度差乘以温度差校正系数，即得所求的。,一边恒温时,4.4.2 传热温度差,值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时存在逆流和并流的缘故。,通常在换热器的设计中规定， 值不应小于0.8，否则值太小，经济上不合理。若低于此值，则应考虑增加壳方程数，将多台换热器串联使用，使传热过程接近于逆流。,冷、热流体通过间壁换热的传热机理为对流-传导-对流的串联过程，对稳态传热过程，各串联环节的传热速率必然相等，即,或,4.3.3 总传热系数,根据串联热阻叠加原理，可得,上式两边均除以,4.3.3 总传热系数,令,则,同理可得,总传热速率微分方程,总传热速率微分方程,总传热速率微分方程,4.3.3 总传

5、热系数,基于管内表面积的 局部总传热系数,基于平均表面积的 局部总传热系数,基于管外表面积的 局部总传热系数,4.3.3 总传热系数,显然有,管内径,管外径,平均管径,工程上大多以外表面积为基准，故后面讨论中，除非特别说明，都是基于外表面积的总传热系数。,4.3.3 总传热系数,总传热系数K表示单位传热面积，冷、热流体单位传热温差下的传热速率，它反映了传热过程的强度。 K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。 K的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，可通过计算、实验测定或查阅相关手册得到。,4.3.3 总传热系数,1.总传热系数的计算、设计中应考

6、虑污垢热阻的影响,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,4.3.4 污垢热阻,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,4.3.4 污垢热阻,4.3.4 污垢热阻,若传热面为平壁或薄管壁,当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时,若,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,管壁外侧对流传热控制,欲提高 值，强化传热，最有效的办法是减小控制热阻。,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， 近似等于 中小者。,4.3.4 污垢热阻,结论：,4.4.5 壁温的计算,壁温永远接近且小于对流传热系数比较大的一侧的温度，若1 2，则壁温t=(T+t)/2. 计算方法：试