天津大学版-化工原理-第四章-5传热计算课件

第五节传热计算一、

热量衡算-热负荷的计算生产中常把单位时间内的流体所放出或吸收的热量称为热负荷。Q1=Q2第五节传热计算生产中常把单位时间内的流体所放出或1

第五节传热计算一.热量衡算－热负荷的计算1、无相变(忽略热损失)

（1）比热法Ｑ＝ＷhＣph（Ｔ１－Ｔ２）＝ＷcCpc（t２－t1）（２）热焓法Ｑ＝Ｗh（Ih1－Ih2）＝Ｗc（Ic２－Ic1）第五节传热计算一.热量衡算－热负荷的计算1、无相变(2冷凝液在饱和温度下离开换热器．2、有相变的传热

Ｑ＝Ｗhr＝ＷcＣpc（t1－t2）如果冷凝液在低于饱和温度之下排出时，则用下式计算热负荷Ｑ＝Ｗh［r＋Ｃph（Ｔs－Ｔ２）］＝ＷcＣpc（t2－t1）冷凝液在饱和温度下离开换热器．2、有相变的传热Ｑ＝Ｗhr＝3二.传热速率方程式冷流体α2热流体α1

设K不变，将上式沿整个换热器面A积分：式中：K－－总传热系数，W/(m2·K)；△tm－平均温度差，K传热基本方程式仿照对流传热速率方程写出二.传热速率方程式冷流体α2热流体α1设K不变，将4三、

平均温度差

简化假设：（1）Q=常数；（2）Cph=常数，Cpc=常数；（3）K=常数；（4）QL=0。1、恒温传热时的平均温度差（相变）

两侧流体在传热过程中都只发生相变：

△T=Ts-ts=T-t

Q=K△TS=K（Ts-ts）S

三、

平均温度差

简化假设：52、变温传热时的平均温度差单侧

双侧2、变温传热时的平均温度差6

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

变温条件下，温度（T或t）与传热速率（Q）都沿L变化.

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72、变温传热时的平均温度差

（1）逆流和并流时的平均温度差

（T/t）～Q可由热量衡算微分式得到：

dQ=-WhCphdT=WcCpcdt

由假设（1）（2）：dQ/dT=-WhCph=常数，

dQ/dt=WcCpc=常数，

将Q对T及t做图，可得：对应得到：T=mQ+k

和t=m'Q+k'△t=T-t=（m-m'）Q+（k-k'）

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8将dQ=K△tdS代入上式：

将dQ=K△tdS代入上式：9逆流和并流时的△tm的图示逆流和并流时的△tm的图示10天津大学版-化工原理-第四章-5传热计算课件111）较大温差记为△t2，较小温差记为△t1；2）当△t2/△t1<2，则可用算术平均值代替△tm=(△t1+△t

2)/23）当△t1＝△t2△tm=△t1＝△t2讨论：1）较大温差记为△t2，较小温差记为△t1；讨论：12逆流与并流的比较1例：一列管换热器的管外为原油：120→160℃；管内机油：245→175℃。计算（1）并流与逆流时的平均温度差；（2）已知机油qm1=0.5kg/s,cP1=3KJ/kg.K,K=100W/m2.K,所需的传热面积。解：（1）并流245→175℃

120→160℃逆流：245→175℃160←120℃（2）若对同一换热器A不变，则Q逆>Q并逆流与并流的比较1例：一列管换热器的管外为原油：120→1613逆流与并流的比较2t2逆max=T1,t2并max＝T2，t2并<t2逆逆流与并流的比较：a、在冷热流体的进出口温度相同的条件下，△tm逆>△tm并∴若

Q相同，则A逆<A并；A相同，则Q逆>Q并b、逆流可以节省载热体的用量c.并流较易控制流体的出口温度逆流与并流的比较2t2逆max=T1,t2并max＝T14错流是指两流体在间壁两侧彼此的流动方向垂直；一种流体作折流流动，另一种流体不折流，或仅沿一个方向流动。若两种流体都作折流流动或既有错流又有折流，称为复杂折流。复杂折流错流简单折流（2）错流和折流时的平均温差错流是指两流体在间壁两侧彼此的流动方向垂直；一种流体作折流流15ψ称为温差修正系数，表示为P和R两参数的函数式中式(7.2-23)表示的温差修正曲线绘于图7-5(a)、(b)和(c)中。错流或折流时的平均温差，通常是先按逆流求算，然后再根据流动型式加以修正ψ称为温差修正系数，表示为P和R两参数的函数式中式(7.2-16温差修正系数ψ＜1，即⊿tm＜⊿tm，逆，换热器设计时ψ值不应小于0.8，否则不经济。增大ψ的一个方法就是改用多壳程。

温差修正系数ψ＜1，即⊿tm＜⊿tm，逆，换热器设计时ψ值不17四.总传热系数K冷流体α2热流体α11、K的推导四.总传热系数K冷流体α2热流体α11、K的推导18四.总传热系数K冷流体α2热流体α1dQ=ａidSi（T-Tw）dQ=λdSm（Tw-tw）/b

dQ=ａodSo（tw-t）

1、K的推导四.总传热系数K冷流体α2热流体α1dQ=ａidSi（T-T19若dS=dS1,则若dA=dA2,则若dA=dAm,则传热基本方程式：1、K的推导若dS=dS1,则若dA=dA2,则若dA=dAm,则传热基20传热计算换热器的传热速率方程1）总传热速率方程

Q=KS(T–t)2）总传热系数传热计算换热器的传热速率方程1）总传热速率方程21换热器的传热速率方程--总传热系数

推导：换热器的传热速率方程--总传热系数222、有污垢热阻不同基准的总传热系数2、有污垢热阻不同基准的总传热系数233、总传热系数的讨论：

(1)对平壁和薄壁圆管(2)对平壁和薄壁圆管(新)(3)当管壁热阻和污垢热阻可忽略(4)当当

即总传热系数接近α较小流体的对流传热系数。强化传热的有效途径是提高α小或降低热阻大的流体的热阻。3、总传热系数的讨论：

即总传热系数接近24

(5)总热阻必大于每一个分热阻，总传热系数必小于任何一个膜系数。(6)壁温接近于a大的一边流体温度。4、总传热系数K的获取：（1）查取：从手册和专著中获得，如《化工工艺设计手册》（2）实验测定(5)总热阻必大于每一个分热阻，总传热系数必小于任何一个25若管内外流体的平均温度分别为ti和to，给热系数分别为a

i和ao，则间壁平均温度tw满足下式:由于壁温tw未知，因而给热系数ai和ao也是未知的，因此，由式求解壁温需要试差计算。五、壁温的估算方法是：先假设一壁温，据此计算两个给热系数，进而由式计算壁温，直至计算的壁温和假设的壁温相一致。假设壁温时应作粗略估计，由式知，温差与热阻成正比，也即：壁温接近给热系数较大一侧流体的温度。若管内外流体的平均温度分别为ti和to，给热系数分别为a26【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/(m2·K)，管外冷流体的平均温度为120℃，给热系数为1000W/(m2·K)，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℃【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27传热强化1、增加传热温差①两侧变温情况下，尽量采用逆流流动；②提高加热剂T1的温度；降低冷却剂t1的温度。利用来强化传热是有限的。六、强化传热的途径传热强化1、增加传热温差六、强化传热的途径28（1）尽可能利用有相变的热载体增加值；可使K值增加。（2）用较大的热载体，可使增加。（3）在强度允许范围内，减小管壁厚度b，使管壁导热热阻减小。（4）换热器定期清洗，减小管壁两侧的污垢热阻。（5）当两流体的值相差较大时，设法提高较小一侧流体的值。3、增大传热面积2、提高传热系数（1）尽可能利用有相变的热载体增加值；可使K值增加。3、增29七.换热器的计算(1)设计型任务：将一定流量的热流体自给定的温度T1冷却至T2条件：换热器的形式，冷流体的进口温度t1求：传热面积A方法(1)计算换热器的热负荷(2)选择操作参数，计算△tm(3)计算α1、α2和K(4)计算A操作参数的选择：(a)流向的选择：(b)冷却介质的出口温度：t2↑→用量↓→操作费用↓，但△tm↓→A↑→设备费↑(c)流速的选择：u↑→α↑→K↑→A↓→设备费↓，但△p阻↑→操作费↑t2逆max=T1,t2并max＝T2，t2并<t2逆七.换热器的计算(1)设计型任务：将一定流量的热流体自给定的30(2).操作型问题已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷热流体的进口温度、流动方式，求冷热流体的出口温度已知A、热流体的流量及进出口温度，冷流体的进口温度，求冷流体的流量及出口温度解题思路(2).操作型问题已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷热流体31例题例3-6某车间有一台运转中的单程列管式换热器，热空气走管程，由120℃降至80℃，其对流传热系数a1=50W/m2·℃。壳程的水被加热，水进口温度为15℃，出口升至90℃，其对流传热系数a2=2000W/m2·℃。管壁热阻及污垢热阻皆可不计，换热器系逆流操作。试计算水量增加增加一倍时，水和空气的出口温度t2′和T2′为若干。解根据水量增加之前的条件计算传热面积Q=G1cp1(T1-T2)=G1cp1(120-80)=40G1cp1

例题例3-6某车间有一台运转中的单程列管式换热器，热空气走32例题下面计算水量增加一倍时，水与空气的出口温度t2′和T2′。热量衡算式为G1′cp1(T1-T2′)=2G2cp2(t2′-t1)t2′-t1=G1cp1/2G2cp2(T1-T2′)(b)根据水量增加之前的条件计算G1cp1/G2cp2=t2-t1/T1-T2=(90-15)/(120-80)=1.88将此值代入(b)式，得t2′-t1=(1.88/2)(T1-T2′)=0.94*(T1-T2′)(c)传热基本方程式℃将式(a)式(c)及K′值代入式(d)中得

由式(a)与(e)解得t2′=59.8℃，T2′=72.3℃例题下面计算水量增加一倍时，水与空气的出口温度t2′和T2′33例题1.有一逆流操作的换热器，热流体为空气，α1＝100W/（m2.℃），冷却水走管内，α2＝2000W/（m2.℃）。已测得冷热流体进出口温度为t1=20℃、t2=85℃，T1=100℃、T2=70℃，管壁的热阻可忽略且管壁很薄。当水的流量增加一倍时，试求：（1）水和空气的出口温度？（2）热流量Q′比原来的Q增加多少？解：（1）原工况(a)例题1.有一逆流操作的换热器，热流体为空气，α1＝100W/34(b)联立(a)、(b)解得：T2′=59.8℃，t2′=63.8℃(2)新旧两种工况的传热量之比(b)联立(a)、(b)解得：T2′=59.8℃，t2352.某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg/s的某种气体从50℃冷却到35℃。使用的冷却水温度为25℃，与气体作逆流流动。换热器的传热系数约为230W/m2.℃，气体的平均比热为1.0kJ/(kg.℃)。试求冷却水用量及出口水温。解：试差得t2=48.4℃2.某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg36有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流操作时所需传热面积；假设总传热系数随温度的变化忽略不计。

例题有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，37解①苯的平均温度℃，比热容cph=1.86×103J/（公斤·K）

苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均温度℃，比热容cpc=4.178×103J/（公斤·K）。热量衡算式为

（忽略热损失）

热负荷W

冷却水消耗量

公斤/h

解题过程解①苯的平均温度℃，比热容cph=1.86×103J/（38②以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=45W/（m·K）

=4.35×10－3+7.46×10－5+3.18×10－3

=7.54×10－3m2·K/W

Ki=133W/（m2·K），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。

并流操作℃传热面积m2②以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=4394、某化工厂用一热交换器，每小时冷凝3.4t/h的工业酒精。已知酒精温度80℃，汽化潜热为1072kJ/kg，酒精蒸气在管外冷凝，测得其α1＝2268W/(m2•K),冷却水在管内流动，水流速度为0.4m/s，进口水温为20℃，流量为34500kg/h，钢管规格Ф30×2.5mm，长2m，钢管导热系数46.5W/(m•K)，设过程无热损失，试求：（1）传热速率；（2）冷却水出口温度；（3）换热器传热面积；（4）欲使传热速率Q提高，有人认为只要提高α1即可，你的看法如何？

（5）如果冷却水速度变为0.4m/s，要维持出口温度，则酒精温度要升高到多少？（水的密度1000kg/m3，比热4.18kJ/(kg•K)，粘度1厘泊，导热系数0.65W/(m•K)）4、某化工厂用一热交换器，每小时冷凝3.4t/h的工业酒精。40传导对流和辐射稳态传热与不稳态传热传热微分方程和管内层流温度分布傅里叶定律、牛顿冷却定律及传热基本方程传热过程的平衡关系和速率关系对数平均温差热阻概念及传热控制步骤换热器的校核与调节膜状冷凝和滴状冷凝泡状沸腾和膜状沸腾黑体镜体透热体吸收率（黑度）反射率和折射率强化传热和削弱传热的措施换热器流体流动路径选择复习－第三章传热基本概念传导对流和辐射复习－第三章传热基本概念41基本公式基本公式42单层圆筒壁的导热速率单层平壁导热速率的工作方程式多层平壁导热速率的工作方程式多层圆筒壁的导热速率单层圆筒壁的导热速率单层平壁导热速率的工作方程式多层平壁导热43辐射传热速率高温设备热损失辐射传热速率高温设备热损失44例题例题用每小时41.5m3冷却水，以逆流方式将某精馏塔上升蒸气全部冷凝下需要多大传热面积的冷凝器？已知冷凝器是由钢管制成的，钢管的壁厚为3mm。上升蒸气的质量流量m=2185.2Kg/h上升蒸气的组成和物理常数如下：

苯酚丙酮甲基苯乙烯异丙苯水Σ

组成0.8196.130.180.032.85100质量流量22.827065.10.9080.42815.2气化潜热510.7487.6330.7320.72258.3比热容2.32.431.841.84.2

上升蒸气的温度T=348K，冷却水进口温度t进=303K例题例题用每小时41.5m3冷却水，以逆流方式将某精馏塔45例题解（1）上升蒸气全部冷凝时所放出的热量qq=mH=(22.8×510.7)+(2706×487.6)+(5.1×330.7)+(0.9×320.2)+(80.4×2258.3)=1.52×106KJ/h(2)冷却水出口温度:q=mCp(t2-t1)1.52×106=41.5×103×4.18×(t-303)t=312K1、平均温度差Δt1=348-303=45KΔt2=348-312=36KΔt1/Δt2<2,Δtm=(Δt1+Δt2)/2=45+36/2=40.5例题解（1）上升蒸气全部冷凝时所放出的热量q46例题2、传热系数:热流体是有机物蒸气冷凝，α1=1300W/m2×K冷流体是水，α2=1000W/m2×K钢的导热系数为49W/mK钢筋的壁厚δ=3mmK=1/(1/α1+1/α2+δ/λ)=1/（1/1300+1/1000+0.003/49）=550或K=550×3.6=1980KJ/m2·h·K传热面积q=KAΔtm1.52×105=1980×A×4005A=19m2例题2、传热系数:47

第五节传热计算一、

热量衡算-热负荷的计算生产中常把单位时间内的流体所放出或吸收的热量称为热负荷。Q1=Q2第五节传热计算生产中常把单位时间内的流体所放出或48

第五节传热计算一.热量衡算－热负荷的计算1、无相变(忽略热损失)

（1）比热法Ｑ＝ＷhＣph（Ｔ１－Ｔ２）＝ＷcCpc（t２－t1）（２）热焓法Ｑ＝Ｗh（Ih1－Ih2）＝Ｗc（Ic２－Ic1）第五节传热计算一.热量衡算－热负荷的计算1、无相变(49冷凝液在饱和温度下离开换热器．2、有相变的传热

Ｑ＝Ｗhr＝ＷcＣpc（t1－t2）如果冷凝液在低于饱和温度之下排出时，则用下式计算热负荷Ｑ＝Ｗh［r＋Ｃph（Ｔs－Ｔ２）］＝ＷcＣpc（t2－t1）冷凝液在饱和温度下离开换热器．2、有相变的传热Ｑ＝Ｗhr＝50二.传热速率方程式冷流体α2热流体α1

设K不变，将上式沿整个换热器面A积分：式中：K－－总传热系数，W/(m2·K)；△tm－平均温度差，K传热基本方程式仿照对流传热速率方程写出二.传热速率方程式冷流体α2热流体α1设K不变，将51三、

平均温度差

简化假设：（1）Q=常数；（2）Cph=常数，Cpc=常数；（3）K=常数；（4）QL=0。1、恒温传热时的平均温度差（相变）

两侧流体在传热过程中都只发生相变：

△T=Ts-ts=T-t

Q=K△TS=K（Ts-ts）S

三、

平均温度差

简化假设：522、变温传热时的平均温度差单侧

双侧2、变温传热时的平均温度差53

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

变温条件下，温度（T或t）与传热速率（Q）都沿L变化.

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542、变温传热时的平均温度差

（1）逆流和并流时的平均温度差

（T/t）～Q可由热量衡算微分式得到：

dQ=-WhCphdT=WcCpcdt

由假设（1）（2）：dQ/dT=-WhCph=常数，

dQ/dt=WcCpc=常数，

将Q对T及t做图，可得：对应得到：T=mQ+k

和t=m'Q+k'△t=T-t=（m-m'）Q+（k-k'）

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55将dQ=K△tdS代入上式：

将dQ=K△tdS代入上式：56逆流和并流时的△tm的图示逆流和并流时的△tm的图示57天津大学版-化工原理-第四章-5传热计算课件581）较大温差记为△t2，较小温差记为△t1；2）当△t2/△t1<2，则可用算术平均值代替△tm=(△t1+△t

2)/23）当△t1＝△t2△tm=△t1＝△t2讨论：1）较大温差记为△t2，较小温差记为△t1；讨论：59逆流与并流的比较1例：一列管换热器的管外为原油：120→160℃；管内机油：245→175℃。计算（1）并流与逆流时的平均温度差；（2）已知机油qm1=0.5kg/s,cP1=3KJ/kg.K,K=100W/m2.K,所需的传热面积。解：（1）并流245→175℃

120→160℃逆流：245→175℃160←120℃（2）若对同一换热器A不变，则Q逆>Q并逆流与并流的比较1例：一列管换热器的管外为原油：120→1660逆流与并流的比较2t2逆max=T1,t2并max＝T2，t2并<t2逆逆流与并流的比较：a、在冷热流体的进出口温度相同的条件下，△tm逆>△tm并∴若

Q相同，则A逆<A并；A相同，则Q逆>Q并b、逆流可以节省载热体的用量c.并流较易控制流体的出口温度逆流与并流的比较2t2逆max=T1,t2并max＝T61错流是指两流体在间壁两侧彼此的流动方向垂直；一种流体作折流流动，另一种流体不折流，或仅沿一个方向流动。若两种流体都作折流流动或既有错流又有折流，称为复杂折流。复杂折流错流简单折流（2）错流和折流时的平均温差错流是指两流体在间壁两侧彼此的流动方向垂直；一种流体作折流流62ψ称为温差修正系数，表示为P和R两参数的函数式中式(7.2-23)表示的温差修正曲线绘于图7-5(a)、(b)和(c)中。错流或折流时的平均温差，通常是先按逆流求算，然后再根据流动型式加以修正ψ称为温差修正系数，表示为P和R两参数的函数式中式(7.2-63温差修正系数ψ＜1，即⊿tm＜⊿tm，逆，换热器设计时ψ值不应小于0.8，否则不经济。增大ψ的一个方法就是改用多壳程。

温差修正系数ψ＜1，即⊿tm＜⊿tm，逆，换热器设计时ψ值不64四.总传热系数K冷流体α2热流体α11、K的推导四.总传热系数K冷流体α2热流体α11、K的推导65四.总传热系数K冷流体α2热流体α1dQ=ａidSi（T-Tw）dQ=λdSm（Tw-tw）/b

dQ=ａodSo（tw-t）

1、K的推导四.总传热系数K冷流体α2热流体α1dQ=ａidSi（T-T66若dS=dS1,则若dA=dA2,则若dA=dAm,则传热基本方程式：1、K的推导若dS=dS1,则若dA=dA2,则若dA=dAm,则传热基67传热计算换热器的传热速率方程1）总传热速率方程

Q=KS(T–t)2）总传热系数传热计算换热器的传热速率方程1）总传热速率方程68换热器的传热速率方程--总传热系数

推导：换热器的传热速率方程--总传热系数692、有污垢热阻不同基准的总传热系数2、有污垢热阻不同基准的总传热系数703、总传热系数的讨论：

(1)对平壁和薄壁圆管(2)对平壁和薄壁圆管(新)(3)当管壁热阻和污垢热阻可忽略(4)当当

即总传热系数接近α较小流体的对流传热系数。强化传热的有效途径是提高α小或降低热阻大的流体的热阻。3、总传热系数的讨论：

即总传热系数接近71

(5)总热阻必大于每一个分热阻，总传热系数必小于任何一个膜系数。(6)壁温接近于a大的一边流体温度。4、总传热系数K的获取：（1）查取：从手册和专著中获得，如《化工工艺设计手册》（2）实验测定(5)总热阻必大于每一个分热阻，总传热系数必小于任何一个72若管内外流体的平均温度分别为ti和to，给热系数分别为a

i和ao，则间壁平均温度tw满足下式:由于壁温tw未知，因而给热系数ai和ao也是未知的，因此，由式求解壁温需要试差计算。五、壁温的估算方法是：先假设一壁温，据此计算两个给热系数，进而由式计算壁温，直至计算的壁温和假设的壁温相一致。假设壁温时应作粗略估计，由式知，温差与热阻成正比，也即：壁温接近给热系数较大一侧流体的温度。若管内外流体的平均温度分别为ti和to，给热系数分别为a73【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/(m2·K)，管外冷流体的平均温度为120℃，给热系数为1000W/(m2·K)，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℃【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74传热强化1、增加传热温差①两侧变温情况下，尽量采用逆流流动；②提高加热剂T1的温度；降低冷却剂t1的温度。利用来强化传热是有限的。六、强化传热的途径传热强化1、增加传热温差六、强化传热的途径75（1）尽可能利用有相变的热载体增加值；可使K值增加。（2）用较大的热载体，可使增加。（3）在强度允许范围内，减小管壁厚度b，使管壁导热热阻减小。（4）换热器定期清洗，减小管壁两侧的污垢热阻。（5）当两流体的值相差较大时，设法提高较小一侧流体的值。3、增大传热面积2、提高传热系数（1）尽可能利用有相变的热载体增加值；可使K值增加。3、增76七.换热器的计算(1)设计型任务：将一定流量的热流体自给定的温度T1冷却至T2条件：换热器的形式，冷流体的进口温度t1求：传热面积A方法(1)计算换热器的热负荷(2)选择操作参数，计算△tm(3)计算α1、α2和K(4)计算A操作参数的选择：(a)流向的选择：(b)冷却介质的出口温度：t2↑→用量↓→操作费用↓，但△tm↓→A↑→设备费↑(c)流速的选择：u↑→α↑→K↑→A↓→设备费↓，但△p阻↑→操作费↑t2逆max=T1,t2并max＝T2，t2并<t2逆七.换热器的计算(1)设计型任务：将一定流量的热流体自给定的77(2).操作型问题已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷热流体的进口温度、流动方式，求冷热流体的出口温度已知A、热流体的流量及进出口温度，冷流体的进口温度，求冷流体的流量及出口温度解题思路(2).操作型问题已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷热流体78例题例3-6某车间有一台运转中的单程列管式换热器，热空气走管程，由120℃降至80℃，其对流传热系数a1=50W/m2·℃。壳程的水被加热，水进口温度为15℃，出口升至90℃，其对流传热系数a2=2000W/m2·℃。管壁热阻及污垢热阻皆可不计，换热器系逆流操作。试计算水量增加增加一倍时，水和空气的出口温度t2′和T2′为若干。解根据水量增加之前的条件计算传热面积Q=G1cp1(T1-T2)=G1cp1(120-80)=40G1cp1

例题例3-6某车间有一台运转中的单程列管式换热器，热空气走79例题下面计算水量增加一倍时，水与空气的出口温度t2′和T2′。热量衡算式为G1′cp1(T1-T2′)=2G2cp2(t2′-t1)t2′-t1=G1cp1/2G2cp2(T1-T2′)(b)根据水量增加之前的条件计算G1cp1/G2cp2=t2-t1/T1-T2=(90-15)/(120-80)=1.88将此值代入(b)式，得t2′-t1=(1.88/2)(T1-T2′)=0.94*(T1-T2′)(c)传热基本方程式℃将式(a)式(c)及K′值代入式(d)中得

由式(a)与(e)解得t2′=59.8℃，T2′=72.3℃例题下面计算水量增加一倍时，水与空气的出口温度t2′和T2′80例题1.有一逆流操作的换热器，热流体为空气，α1＝100W/（m2.℃），冷却水走管内，α2＝2000W/（m2.℃）。已测得冷热流体进出口温度为t1=20℃、t2=85℃，T1=100℃、T2=70℃，管壁的热阻可忽略且管壁很薄。当水的流量增加一倍时，试求：（1）水和空气的出口温度？（2）热流量Q′比原来的Q增加多少？解：（1）原工况(a)例题1.有一逆流操作的换热器，热流体为空气，α1＝100W/81(b)联立(a)、(b)解得：T2′=59.8℃，t2′=63.8℃(2)新旧两种工况的传热量之比(b)联立(a)、(b)解得：T2′=59.8℃，t2822.某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg/s的某种气体从50℃冷却到35℃。使用的冷却水温度为25℃，与气体作逆流流动。换热器的传热系数约为230W/m2.℃，气体的平均比热为1.0kJ/(kg.℃)。试求冷却水用量及出口水温。解：试差得t2=48.4℃2.某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg83有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流操作时所需传热面积；假设总传热系数随温度的变化忽略不计。

例题有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，84解①苯的平均温度℃，比热容cph=1.86×103J/（公斤·K）

苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均温度℃，比热容cpc=4.178×103J/（公斤·K）。热量衡算式为

（忽略热损失）

热负荷W

冷却水消耗量

公斤/h

解题过程解①苯的平均温度℃，比热容cph=1.86×103J/（85②以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=45W/（m·K）

=4.35×10－3+7.46×10－5+3.18×10－3

=7.54×10－3m2·K/W

Ki=133W/（m2·K），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。

并流操作℃传热面积m2②以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=4864、某化工厂用一热交