化工原理第五章传热

1、.1第五章 传 热.2换热器 0.引言.3换热器换热器按用途：按用途： 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器按冷热流体热量交换方式：混合式、蓄热式和间壁式按冷热流体热量交换方式：混合式、蓄热式和间壁式夹套换热器夹套换热器.4蛇管换热器蛇管换热器沉浸式沉浸式.5喷淋式喷淋式.6套管换热器套管换热器.7列管换热器列管换热器.8 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 热传导热传导 第三节第三节 两流体间的热量传递两流体间的热量传递 第四节第四节 对流与对流传热系数对流与对流传热系数 第五节第五节 辐射传热辐射传热要求及目的：要求及目的： 了解和掌握传热的基本概

2、念、规律和计算；了解和掌握传热的基本概念、规律和计算； 能正确进行工艺设计，合理选择和使用换热器。能正确进行工艺设计，合理选择和使用换热器。.9第一节第一节 概概 述述1. 传热在化工传热在化工生产中的应用生产中的应用 利用余热，以降低能耗；利用余热，以降低能耗；任何工艺过程需在指定温度下进行，必须加任何工艺过程需在指定温度下进行，必须加热或冷却；热或冷却；绝热绝热加热器冷凝器醋酸气体醋酸气体乙炔气体乙炔气体冷凝器精馏塔反应器150200醋酸乙烯气体醋酸乙烯气体精醋酸精醋酸乙烯液乙烯液体产品体产品 粗醋酸粗醋酸乙烯液体乙烯液体冷油冷油热油热油.102. 传热的三种基本方式传热的三种基本方式一、

3、热传导一、热传导（conduction) 依靠物体中微观粒子的热运动而传热；依靠物体中微观粒子的热运动而传热； 特点：物体内部无宏观运动，靠物体各部分的直接接触产特点：物体内部无宏观运动，靠物体各部分的直接接触产生热量传递；生热量传递； 介质：物质三态均可。介质：物质三态均可。二、对流二、对流（convection) ： 流体质点（微团）发生流体质点（微团）发生宏观相对位移宏观相对位移而引起的传热现象；而引起的传热现象； 特点：只能发生在流体中特点：只能发生在流体中 ； 对流给热：对流给热：通常把传热表面与接触流通常把传热表面与接触流 体的传热称为对流给体的传热称为对流给热或给热（即对流传热常

4、伴随热传导）；热或给热（即对流传热常伴随热传导）； 自然对流与强制对流。自然对流与强制对流。三、辐射三、辐射（Radiation) 高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象。热辐射不高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象。热辐射不要任何介质作媒介。要任何介质作媒介。 在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。.11热传导热传导对流对流辐射辐射.12 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？更加明显？ 冬

5、天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？时感到更冷些？ 夏季在维持夏季在维持20室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在保持在22的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服？舒服？ 在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？空心砖好？为什么？ 电影电影泰坦尼克号泰坦尼克号里，男主人公杰克在海水里被冻里，男主人公杰克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸存下来。试从传死而女主人公罗丝却因躺在筏上而

6、幸存下来。试从传热学的观点解释这一现象。热学的观点解释这一现象。.133. 传热速率与热阻传热速率与热阻 热流量热流量Q: 单位时间内通过全部传热面积传递的热量单位时间内通过全部传热面积传递的热量 ，J/s或或W； 热通量热通量q：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，：单位时间内通过单位传热面积传递的热量，W/m2； 传热面上不同局部面积的热通量可以不同；传热面上不同局部面积的热通量可以不同； q=dQ/dA； 传热速率传热速率=传热温差传热温差/热阻热阻 电流电流I=电压电压U/电阻电阻R.14Q单位时间内传导的热量, W；A导热面积，m2l导热系数，W/m.K，W/m. 0Cntntn0

7、lim第二节第二节 热传导热传导一、傅立叶定律一、傅立叶定律 1. 温度场和等温面温度场和等温面 温度场：物体或空间各点温度的分布；温度场：物体或空间各点温度的分布；( ,)tfx y z非稳态温度场：非稳态温度场：等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。),(zyxft 稳态温度场：稳态温度场：2. 温度梯度温度梯度温度梯度的方向垂直于等温温度梯度的方向垂直于等温面，面，以温度增加方向为正以温度增加方向为正。3. 傅立叶定律傅立叶定律-热传导的基本定律热传导的基本定律 单位实际时间内传导的热量与温度梯度和导热面积成正比。单位实际时间内传

8、导的热量与温度梯度和导热面积成正比。tdQdAnl 传热方向与温度梯度方向相反传热方向与温度梯度方向相反.15)1(0tll二、二、 导热系数导热系数1. 固体的导热系数固体的导热系数 多数均一固体的多数均一固体的在一定范围内与温度成直线关系：在一定范围内与温度成直线关系：2. 液体的导热系数液体的导热系数 水的水的最大；最大； 多数液体（除水和甘油）的多数液体（除水和甘油）的随温度升高略有减小；随温度升高略有减小； 纯液体的纯液体的比溶液大；比溶液大；3. 气体的导热系数气体的导热系数 气体的气体的很小，有利于保温；气体的很小，有利于保温；气体的随温度升高而增大；随温度升高而增大； 一般情况

9、下，气体的一般情况下，气体的与压力无关；与压力无关；导热系数大致范围：导热系数大致范围： 金属：金属：2.3420 W/m.K； 建筑材料：建筑材料： 0.253 W/m.K； 绝缘材料：绝缘材料： 0.0250.25 W/m.K； 液体：液体： 0.090.6 W/m.K； 气体：气体：0.0060.4 W/m.K.161. 单层平壁的稳定热传导单层平壁的稳定热传导dxxoQAt1t2边界条件为：边界条件为：x = 0 x = 0 时，时，t = tt = t1 1 x = b x = b 时，时，t = tt = t2 2三、平壁的稳定热传导三、平壁的稳定热传导 传热量传热量Q与传热面积与

10、传热面积A、平壁两侧温度差、平壁两侧温度差和导热系数成正比，与平壁厚度成反比；和导热系数成正比，与平壁厚度成反比；tQAnl 稳定温度场中：稳定温度场中：dxdtAQl12QA ttbl积分上式：积分上式：12/tttQbARl阻力阻力导热推动力导热推动力.17阻力推动力RtbttAQql/21 Q: Q:热传导速率，热传导速率，W W； A:A:平壁平壁（等温面）（等温面）面积，面积，m m2 2; ; q: q:热传导通量，热传导通量，W/mW/m2 2； b:b:平壁厚度，平壁厚度，m;m;t:t:两壁面温差两壁面温差,K; :,K; :导热系数，导热系数，W/m.KW/m.K；l例例2

11、：平壁厚平壁厚500mm，若，若t1=900C，t2=250C，导热系数，导热系数=1.0（1+0.001t) Wm-1K-1,试求平壁内温度分布。试求平壁内温度分布。（1）导热系数按平壁的平均温度）导热系数按平壁的平均温度tm取为常数；取为常数；（2）考虑导热系数随温度的变化。）考虑导热系数随温度的变化。例例1：厚度为厚度为230mm的砖壁，内壁温度为的砖壁，内壁温度为600C，外壁温度为，外壁温度为150C。砖壁的导热系数可取为砖壁的导热系数可取为1.0Wm-1K-1,试求通过每平米砖壁的导热量。试求通过每平米砖壁的导热量。.182. 多层平壁的稳定热传导多层平壁的稳定热传导AdxoQt1

12、t2xt3t4b1 b2 b3稳定导热时，通过各层热量相等：稳定导热时，通过各层热量相等：各层温度降：各层温度降：211ttt433ttt322ttt333333433222222322111111211RtAbtbttARtAbtbttARtAbtbttAQllllll.111nniittQR 推动力推动力总温度差总温度差 总热阻总热阻各层热阻之和各层热阻之和3141321321332211321iiRttRRRtttAbAbAbtttQlll例例3:有一炉壁，由下列三种材料组成：有一炉壁，由下列三种材料组成：耐火砖：耐火砖： 1=1.4 Wm-1K-1，b1=230mm保温砖：保温砖： 2

13、=0.15 Wm-1K-1，b2=115mm建筑砖：建筑砖： 3=0.8 Wm-1K-1，b3=230mm今测得其内壁温度为今测得其内壁温度为900C，外壁温度为，外壁温度为80C，求：（求：（1）单位面积的热损失）单位面积的热损失 （2）各层接触面上的温度。）各层接触面上的温度。.20四、圆筒壁的稳定热传导四、圆筒壁的稳定热传导 ( (Steady-state conduction through a cylinder) )u，t1Qr1r2t1t2lQ假设：（假设：（1 1）材料的导热系数不随温度变化（或取平均温材料的导热系数不随温度变化（或取平均温度）；度）； （2 2）温度仅沿半径方向

14、变化（一维），稳定传热；）温度仅沿半径方向变化（一维），稳定传热；.21通过圆筒壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导r1r2t1t2lQrdrdrdtrldrdtAQll221212ttrrdtlrdrQl分离变量，分离变量，积分：积分：12121221212lnln2ttttttQlRrrrrlll)(2ln2112ttlrrQl21212122112121)2()() ln/mmlrrttttttttQArrbbARrrlll)ln(1212rrrrrm对数平均半径对数平均半径 mmlrA2rrb12壁厚度壁厚度 r2/r12：m038.0)025.0/055.0ln(25.0055.02

15、mr222m239.012mmrA每米管长热损失：每米管长热损失：W/m3976274.00022.0250239.02.003.0141.016005.0100350222111mmAbAbtLQll例例5：求例求例4中温度分布中温度分布.24例例6：在一在一603.5mm的钢管外层包有两层绝热的钢管外层包有两层绝热材料，里层为材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m，外层为，外层为20mm的石棉层，其平均的石棉层，其平均导热系数导热系数=0.15W/m。现用热电偶测得管内壁。现用热电偶测得管内壁温度为温度为500，最外层表面温度为，最外层表面温度

16、为80，管壁的导，管壁的导热系数热系数=45W/m。试求每米管长的热损失及两。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。层保温层界面的温度。 .25(a)每米管长的热损失每米管长的热损失 r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 mr4 =0.07+0.02=0.09 m解解:b1=0.0035m b2=0.04m b3=0.02 mt1=500C t2=? t3=?t4=80C21121112177. 012;02825. 0203. 00265. 02; 213. 10265. 003. 0mrAmrrrrrm

17、mm2222323223296. 012;0472. 0)03. 0/07. 0ln(03. 007. 0)/ln(; 233. 203. 007. 0mrAmrrrrrrrmmm233433345024. 012;08. 0207. 009. 02; 228. 107. 009. 0mrAmrrrrrmmm.261333222111413 .191265. 093. 1000439. 04205024. 015. 002. 0296. 007. 004. 0177. 0450035. 080500mWAbAbAbttLQmmmlll(b)界面温度界面温度414121100 . 2265. 0

18、93. 1000439. 0000439. 0RRttttCtttttt9 .499100 . 2805005002424121879. 0265. 093. 1000439. 093. 124132RRttttCtttttt72.130879. 0805009 .499334132.27例例7 外径为外径为 426mm的蒸汽管道，其外包扎一层厚度为的蒸汽管道，其外包扎一层厚度为 426mm的的保温层，保温材料的导热系数为保温层，保温材料的导热系数为 0.615 W/(m)。若蒸汽管道外。若蒸汽管道外表面温度为表面温度为 177 ，保温层的外表面温度为，保温层的外表面温度为 38，试求每米管长

19、，试求每米管长的热损失以及保温层中的温度分布。的热损失以及保温层中的温度分布。解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。已知条件：已知条件：蒸汽导管外表面的半径蒸汽导管外表面的半径 r20.426/20.213m温度温度 t2177保温层的外表面的半径保温层的外表面的半径 r30.2130.4260.639m温度温度 t3382332ln2ttQr rl l由：由：.28可得每米管道的热损失为：可得每米管道的热损失为： 23322()20.615(17738)489W/m0.639lnln0.213ttQrlrl设保温层内半径设保温层内半径 r 处的温度为处的温度为

20、t，代入上式：，代入上式： 222()Q489lnttrlrl将已知数据代入，整理得温度将已知数据代入，整理得温度t与半径的关系式为：与半径的关系式为： t = -126.6 ln r 18.64筒壁内的温度分布不是直线，而是曲线。筒壁内的温度分布不是直线，而是曲线。 .29练习题练习题1内径为内径为15mm，外径为，外径为19mm的钢管，其的钢管，其l l1 为为20 W/m ，其外包扎一层厚度为，其外包扎一层厚度为30mm，l l2为为0.2 W/m 的保温材料，若钢管内表面温度为的保温材料，若钢管内表面温度为580,保保温层外表面温度为温层外表面温度为80,试求试求: (1)每米管长的热

21、损失每米管长的热损失; (2)保温层中的温度分布。保温层中的温度分布。.30 练习题练习题2 有一蒸汽管道，外径为有一蒸汽管道，外径为25mm，管外包有两层保温，管外包有两层保温材料，每层材料均厚材料，每层材料均厚25mm，外层保温材料与内层材，外层保温材料与内层材料导热系数之比料导热系数之比l l2/l l1=5，此时单位时间的热损失为，此时单位时间的热损失为Q；现工况将两层材料互换，且设管外壁与保温层外表面现工况将两层材料互换，且设管外壁与保温层外表面的温度的温度t1、t3不变，则此时热损失为不变，则此时热损失为Q，求，求Q/Q=？.31第三节第三节 两流体间的热量传递两流体间的热量传递一

22、、一、 间壁两侧流体热交换过程的分析间壁两侧流体热交换过程的分析 流体质点（微团）发生流体质点（微团）发生宏观相对位移宏观相对位移而引起的传热现象；而引起的传热现象； 特点：只能发生在流体中；特点：只能发生在流体中； 自然对流：流体质点由自然对流：流体质点由温差引起的密度差温差引起的密度差而产生的相对宏而产生的相对宏观运动，从而发生传热；观运动，从而发生传热；强制对流强制对流流体质点在流体质点在外力作用下外力作用下而产生的相对宏观运动，而产生的相对宏观运动，从而发生传热从而发生传热 。对流给热：通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流给热对流给热：通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流给热或

23、给热（包括对流和热传导）。或给热（包括对流和热传导）。dAT2t1T1 t2.32热热传传导导qu1Tw热热流流体体T 1高温流体高温流体对流传热对流传热低温流体低温流体对流传热对流传热冷冷流流体体 t 2u2tw()()dQqTtdAqK Tt总传热系数总传热系数()dQK Tt dA)(2ttqw壁面壁面 冷流体：冷流体：热流体热流体 壁面：壁面：)(1wTTq传热基本方程传热基本方程对流传热系数对流传热系数.33二、二、 对流传热系数和总传热系数对流传热系数和总传热系数牛顿冷却定律（热对流的基本定律牛顿冷却定律（热对流的基本定律 ） ()()wwQA TTorQA tt2222/1)(d

24、AttdAttdQww11wdQTTdA高温壁面高温壁面 T w低温壁面低温壁面tw热传导热传导dddwwwmwmtTQtTAbbAll/wwmdQTtdAbl1111/1)(dATTdATTdQww低温壁面低温壁面tw 冷流体冷流体t (冷流体一侧）冷流体一侧）热对流热对流22wdQttdA 热流体热流体T壁面壁面T w（热流体一侧）（热流体一侧）热对流热对流 间壁换热器 传热过程分析.34注意：传热过程不同，对应不同的推动力及相应的阻力。注意：传热过程不同，对应不同的推动力及相应的阻力。稳定的串联传热过程稳定的串联传热过程1122/mdQTtdAbdAdAl 112211221/1/1/1

25、/wwwwmmTTTtttTtdQdAbdAdAdAbdAdAll2对流阻力对流推动力传导阻力传导推动力1对流阻力对流推动力2对流阻力传导阻力1对流阻力)(总推动力由传热基本方程：由传热基本方程：对比两式有：对比两式有：AKtTAtTKQd1d)(d1122111mbdAdAdAKdAl.35K总传热系数总传热系数 当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，dA1、dA2、dAm 和和 dA 相等或近似相等，则：相等或近似相等，则： KdAdAdAbdAm1112211l12111bKl 当传热面为圆筒壁，内外两侧传热面积不等，根据换热当传热面为圆筒壁，内外两

26、侧传热面积不等，根据换热器标准规定，传热面积以换热管器标准规定，传热面积以换热管外表面外表面计算，则：计算，则： 22112111mdAdAbKdAdAl对圆管，因为：对圆管，因为：222111ddddlddAlddA222ddddmmmlddAlddA22112111mddbKddl2()dQKdA TtK与与 的区别：对流传热系数的区别：对流传热系数 具有局部性质，具有局部性质，K K是总传热系数；是总传热系数；.36例例8 8：例例4 4中，在石棉层外再包一厚度中，在石棉层外再包一厚度30mm的保温材料，的保温材料，导热系导热系数数l l3 30.020.02W/m.K。如环境温度。如环

27、境温度tb为为20，两种情况下，两种情况下 保持不变，保持不变，求：热损失减少的百分率；求：热损失减少的百分率；保温层外壁面温度保温层外壁面温度t4。解：解： 热损失减少的百分率；热损失减少的百分率；CW/m4.14)20100(055.02397o 2W/m397)(233222111bmmttrAbAbtLQll对流传热系数对流传热系数管壁传给空气的热量管壁传给空气的热量例例4 4：f50f505 5的不锈钢管，导热系数的不锈钢管，导热系数l l1 1为为1616W/m.K，外包厚，外包厚30mm的石棉，的石棉，导热系数导热系数l l2 2为为0.20.2W/m.K。如管内壁温为。如管内壁

28、温为350，保温层外壁温度为保温层外壁温度为100，计算每米管长的热损失。，计算每米管长的热损失。.37W/m6.1884.14085.021433.007.003.06274.00022.020350lLQllllll433322211113332221114121rAbAbAbttAbAbAbttLQmmmbmmmm069.0)055.0/085.0ln(055.0085.03mr233m433.02mmrA每米管长热损失：每米管长热损失：加保温层后，r4=553085mm： r3=55mm：llllll433322211113332221114121rAbAbAbttAbAbAbttLQ

29、mmmbmmm.38C6.44)(2/1/o1414bmiiimiiittrAbAbttll 保温层外壁面温度保温层外壁面温度t4：热损失减少的百分率：热损失减少的百分率：%5.52%3976.188397QQQ.39三、污垢热阻三、污垢热阻Rs 计算热阻时，需加上污垢层热阻，因不易计算，可根据经计算热阻时，需加上污垢层热阻，因不易计算，可根据经验估计其大致数值，管壁内侧和外侧均需分别计入；验估计其大致数值，管壁内侧和外侧均需分别计入； 222121112111ssmdddbRRKdddl内侧污垢内侧污垢 外侧污垢外侧污垢 污垢热阻的大致范围：污垢热阻的大致范围：.40污垢热阻污垢热阻Rs污垢

30、热阻的大致数值污垢热阻的大致数值 流流 体体 种种 类类污垢热阻污垢热阻m2/W流体种类流体种类污垢热阻污垢热阻m2/W水水(u1m/s, t50)(u1m/s, t50) 蒸气蒸气 海水海水0.0001 有机蒸汽有机蒸汽 0.0002 河水河水0.0006 水蒸气水蒸气( (不含油不含油) )0.0001 井水井水0.00058 水蒸气废气水蒸气废气( (含油含油) )0.0002 蒸馏水蒸馏水0.0001 制冷剂蒸汽制冷剂蒸汽( (含油含油) )0.0004锅炉给水锅炉给水0.00026气体气体 未处理的凉水塔用水未处理的凉水塔用水0.00058 空气空气0.0003 经处理的凉水塔用水经

31、处理的凉水塔用水0.00026压缩气体压缩气体0.0004 多泥沙的水多泥沙的水0.0006 天然气天然气0.002 盐水盐水0.0004 焦炉气焦炉气0.002为减少垢层热阻，（为减少垢层热阻，（1）定期清洗换热器；）定期清洗换热器； （2）对换热流体进行防垢预处理。）对换热流体进行防垢预处理。.41例例9 9：有一列管换热器，由有一列管换热器，由252.5mm的钢管组的钢管组成，成，CO2在管内流动，冷却水在管外流动，已知管在管内流动，冷却水在管外流动，已知管内的内的1=50Wm-2K-1，管外的，管外的2=2500Wm-2K-1。（1）求传热系数）求传热系数K；（；（2）若使）若使1增大

32、增大1倍，其他倍，其他条件不变，求传热系数增大的百分率；（条件不变，求传热系数增大的百分率；（3）若使）若使2增大增大1倍，其他条件不变，求传热系数增大的百倍，其他条件不变，求传热系数增大的百分率；（分率；（4）若计算传热系数时，不对内外表面差）若计算传热系数时，不对内外表面差异做校正，误差有多大？异做校正，误差有多大？（已知钢的导热系数（已知钢的导热系数=45Wm-2K-1，CO2侧污垢侧污垢热阻热阻Rs1=0.510-3m2KW-1,冷却水侧污垢热阻冷却水侧污垢热阻Rs2=0.5810-3m2KW-1 ）.42四、传热温差和热量衡算四、传热温差和热量衡算 热量衡算是反映两流体在换热过程中温

33、度变化的相互关系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，则在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。，则在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 冷流体冷流体ms2, t2,cp2冷流体冷流体ms2, t1,cp2热流体热流体ms1,T1,cp1热流体热流体ms1,T2,cp1.43T1T2t2t1T1T2t1t2 t2tAt1T2T1 t2tAt1T2T1逆流逆流并流并流.44T2t1t2T1dTdtdAAt tII tITt12ItTtII21tTt.4511

34、22spspdQm c dTm c dt ()dQK Tt dA11122221()()spspQm cTTm cttmQKA tln(/)IIImIIIttttt+/22IIIIIImttttt时，)/(1)/(1)/(1)/(122112211pspspspscmcmdtdTcmdtcmdTdQ.46T2t1t2T1A tII tI11ItTtII22tTt并流中，并流中， tI恒大于恒大于 tII;逆流中，逆流中， tI不一定大于不一定大于 tII一侧流体变温时，并流和逆流的对数平均温度差是相等的；一侧流体变温时，并流和逆流的对数平均温度差是相等的；两侧流体都变温时，由于流体的流动方向不

35、同，两端的温两侧流体都变温时，由于流体的流动方向不同，两端的温度差也不相同，因此并流和逆流时的平均温度差是不相等的。度差也不相同，因此并流和逆流时的平均温度差是不相等的。.47例例10：在换热器中，冷热流体进行热交换，热流体温度都是在换热器中，冷热流体进行热交换，热流体温度都是90冷却到冷却到70,冷流体温度都是由冷流体温度都是由20加热到加热到60,试比较并试比较并流与逆流的传热平均温度差。流与逆流的传热平均温度差。计算结果表明：在并流和逆流时，虽然两流体的进、出口温计算结果表明：在并流和逆流时，虽然两流体的进、出口温度不变，但逆流时的传热平均温度差比并流要大度不变，但逆流时的传热平均温度差

36、比并流要大28%度，故度，故工业生产中多采用逆流换热工业生产中多采用逆流换热。逆流传热时T9070t6020并流传热时T9070t2060CtCtCtmIII8 .301070ln107010,70CtCtCtmII2 .393050ln305050,30.48例例11：在一列管式换热器中用机油和原油换热，机油在管在一列管式换热器中用机油和原油换热，机油在管内流动，进口温度内流动，进口温度245C，出口温度，出口温度175C，原油在管，原油在管外流动，温度由外流动，温度由120C升到升到160C。（1）分别计算并流和逆流时的平均温差；）分别计算并流和逆流时的平均温差；（2）若已知机油质量流量）

37、若已知机油质量流量ms1=0.5kgs-1，定压比热容，定压比热容cp1=3kJkg-1K-1,并流和逆流时的并流和逆流时的K均为均为100Wm-2K-1，分，分别求所需传热面积。别求所需传热面积。例例12：某工厂用某工厂用300kPa（绝）的饱和蒸汽，将环丁砜水（绝）的饱和蒸汽，将环丁砜水溶液由溶液由105C加热至加热至115C后，送再生塔再生，已知其后，送再生塔再生，已知其流量为流量为200m3h-1，密度为，密度为1080kgm-3，比热容为，比热容为2.93kJkg-1K-1，试求蒸汽用量。又若换热器的管外表面，试求蒸汽用量。又若换热器的管外表面积为积为110m2，计算温差时水溶液的温

38、度可近似取为其算数，计算温差时水溶液的温度可近似取为其算数平均值，求传热系数。（已知平均值，求传热系数。（已知300kPa下水的汽化潜热下水的汽化潜热r=2168kJkg-1）.49例例13：有一列管式换热器，其传热面积有一列管式换热器，其传热面积A=100m2，用作锅，用作锅炉给水和原油之间的换热。已知水的质量流量为炉给水和原油之间的换热。已知水的质量流量为550kgmin-1，进口温度为，进口温度为35C，出口温度为，出口温度为75C，油，油的温度要求由的温度要求由150C降到降到65C，由计算得出水与油之间，由计算得出水与油之间的传热系数的传热系数K=250 Wm-2K-1，问如果采用逆

39、流操作，此，问如果采用逆流操作，此换热器是否合用？换热器是否合用？.50第五章第五章 传热传热 总结总结1、 稳定传热的基本规律稳定传热的基本规律稳定传热稳定传热 T=f ( x , y , z ); 不稳定传热不稳定传热 ： T=f ( x , y , z ，t t)2、 利用基本原理解决化工生产中的传热问题：利用基本原理解决化工生产中的传热问题： 传热过程和设备的计算传热过程和设备的计算设计换热器；设计换热器； 强化传热过程的途径。强化传热过程的途径。强化强化增强和削弱（绝热）增强和削弱（绝热）热量恒算式热量恒算式 吸放QQmQKAtmQqKtA传热速率关系传热速率关系 传热基本方程式传热

40、基本方程式 热力学计算式热力学计算式 式中：式中：Q Q传热速率，传热速率，W W； A A 与传热方向垂直的传热面积，与传热方向垂直的传热面积，m m2 2; ; q q传热通量，传热通量，W/mW/m2 2；t tm m 冷热两种流体的平均温度差冷热两种流体的平均温度差,K,K。 K K总传热系数，总传热系数，W/mW/m2 2.K.K；.51传热过程的计算 传热负荷传热负荷热力学热力学Q（Q放放、 Q吸吸）的计算）的计算 传热温差传热温差tm 总传热系数总传热系数 K 传热计算的类型及其方法传热计算的类型及其方法吸放QQmQKAt传热任务传热能力.52K总传热系数总传热系数 当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，当间壁为平壁，或管壁很薄或管径较大时，dA1、dA2、dAm 和和 dA 相等或近似相等，则：相等或近似相等，则： KdAdAdAbdAm1112211l12111bKl 当传热面为圆筒壁，内外两侧传热面积不等，根据换热当传热面为圆筒壁，内外两侧传热面积不等，根据换热器标准规定，传热面积以换热管器标准规定，传热面积以换热管外表面外表面计算，则：计算，则： 22112111mdAdAbKdAdAl对圆管，因为：对圆管，因为：2221