化工第四章传热

1、化工第四章传热第1页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二【例4-2】工业炉的炉壁，由下列三层组成：耐火砖 =1.4W/(mK), b1=225mm保温砖 =0.15W/(mK), b2=115mm保温砖 =0.8W/(mK), b3=225mm今测得其内壁温度为930，外壁温度为55，求单位面积的热损失。 解：由串联热阻的概念 W/m2第2页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二【例4-3】在套管换热器中用20的冷却水将某溶液从100冷却至60，溶液流量为1500kg/h，溶液比热为3.5kJ/(kg)，已测得水出口温度为40，试分别计算并流与逆流操作时的对数

2、平均温差。若已知并流和逆流时总传热系数K=1000W/(m2)，求并流操作和逆流操作所需的传热面积。平均温差是换热器两端温差的对数平均值，称对数平均温差。并流逆流平均温差计算式相同，两端温差的计算方法不同。第3页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二解：逆流和并流的平均温差分别是：传热负荷为：逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：第4页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二【例4-4】套管换热器外管内径60mm，内管规格384.0mm，用水将为2500kg/h的某液体有机物从100冷却至40，水走管内，有机物走环隙，逆流流动，操作温度下，有机物密度860kg/

3、m3, 粘度2.810-3N.s/m2，比热2.26kJ/(kg.)，导热系数0.452W/(m.), 水的进、出口温度分别为15和45，热损失忽略不计。试求：(1)水对管内壁的给热系数；(2)有机溶液对管外壁的给热系数；(3)若将水流量增加20%，其他条件不变，重求水对管内壁的给热系数。第5页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二解： 水的定性温度： ，查得2=995.7kg/m3, 2=0.0008Ns/m2, =0.618W/(mK) Cp2=4.174kJ/(kgK)根据热量衡算式求得水流量 kg/s管内流速： m/s第6页，共30页，2022年，5月20日，1点10分

4、，星期二水侧给热系数： W/(m2K） 套管环隙当量直径de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm, 环隙流速 m/s (过渡流)第7页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二根据过渡流给热系数的计算方法，有 故得溶液侧给热系数： 水流量增加后的给热系数 第8页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二例4-6：某空气加热器，蒸汽在管间冷凝，以加热管内流动的空气，已知空气侧传热系数50W/m2K ，蒸汽冷凝传热系数5000W/m2K，为强化传热，现 （1）将蒸汽给热系数提高1倍，求总传热系数； （2）将空气给热系数提高1倍，求总传热系数。解：计算表明：提高大

5、给热系数，总传热系数基本不变；提高小给热系数1倍，总传热系数提高近1倍。第9页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二 【例4-7】在双管程列管式换热器中用0.3MPa (表压)的饱和蒸汽将流量为2000kg/h的某溶液从20加热至80，溶液走管程，蒸汽走壳程，冷凝水于饱和温度下排出，换热器内装有46根252.5mm的管子，已知溶液的比热CP=2.8kJ/(kgK)，密度850kg/m3，总传热系数K=1000W/(m2K), 传热温差近似取为蒸汽的饱和温度与溶液的平均温度之差，溶液的平均温度取为进、出口温度的算术平均值。忽略换热器的热损失，试确定： 溶液在管内的流速； 蒸汽的消

6、耗量； 换热管的长度。第10页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二解： 溶液的体积流量：管程流通截面积：管内平均流速： 查得表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝潜热r=2140kJ/kg, 蒸汽消耗量第11页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二 表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝温度ts=142.9, 传热温差：根据传热速率方程换热管长度：第12页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二【例4-8】两流体在列管式换热器中进行热量交换，已知管内热流体的平均温度为175，给热系数为10000W/(m2K)，管外冷流体的平均温度为120，给热系数为1000

7、 W/(m2K)，忽略管壁热阻和污垢热阻，试计算管壁的平均温度。解：根据管壁平均温度的计算公式tw=170第13页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二例4-9一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为252mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17被加热到37。流量为1.25kg/s、温度为72烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数0=800W/(m2)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数

8、。计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg)第14页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为：第15页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二单管内水的流量为： 每程所需管子数为： 取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为：(2) 换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。第16页，共30页，2022年，5月20日

9、，1点10分，星期二则任务所需的传热外表面积为 第17页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二换热管总根数为 换热器的管程数由题意管程数为： 第18页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二 例4-10在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20和110。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45和40，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度

10、各为多少？（水空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？第19页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二解： 使用初期 使用一年后（1）空气出口温度题意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2） 两式相比（2）/（1），得 =59.6第20页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二（2）总传热系数方程(2)/(1)，得： 第21页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二（3）冷热流体的出口温度一年后 （3） （4） 方程（4）/（3），得： 整理前半式的方程 （5） 第22页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二

11、又因 由等比定理 整理得 （6） 联立（5）和（6），可得： 第23页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？第24页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二例4-11在套管换热器中用120的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg)，温度从30升至60。蒸汽冷凝传热系数为1104W/(m2)，换热管内侧污垢热阻为4104m2/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为542mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数i；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为60应采取哪些措施？作出定量计算。第25页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二解：（1）饱和蒸汽流量；（2）管内苯的对流传热系数i；（1） 第26页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二（2） 第27页，共30页，2022年，5月20日，1点10分，星期二（3）苯的流量增加50