计算基础热量衡算方程和传热速率方程

计算基础：热量衡算方程和传热速率方程。

4.6.1热流量衡算方程

稳态传热，忽略热损失时，冷流体吸收热量=热流体放出热量

(1)无相变传热4.6

传热过程的计算计算类型

：设计型计算：已知th1，th2，tc1，qmc，qmh，K

求传热面积A；操作型计算：

已知th1，tc1，qmc，qmh，K，A

求th2、tc2、Ф。tc2

th1tc1th2

(2)有相变传热①饱和状态下说明：①换热过程中各流股热流量间关系；

②各流股间相互制约，热量守恒。②非饱和状态下例：过热蒸气→冷凝→过冷液体又如：过冷液体→沸腾→过热蒸气过热蒸汽冷流体热流体过冷液体4.6.2总传热速率方程

间壁传热过程：各部分传热速率方程：管内侧流体：管壁导热：管外侧流体：热流体冷流体thtcth,wtc,wΦΦ热流体冷流体thtcth,wtc,wΦΦ对稳态传热:

式中，K—总传热系数，W/m2·K。

注意：K

与

A

对应，选Ai、Am或

A0

故稳态传热时，4.6.3 传热系数和传热面积K—传热系数，表示换热设备性能的重要参数。(1)K的计算在实际生产中以外表面积A0作为传热面积。K的来源：实验测定；取生产实际的经验数据；计算求得。实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻：圆管中：

平壁：(2)污垢热阻Rdi和Rdo污垢热阻影响：使h↓，热流量↓。

污垢热阻取值：经验数据。

注意：传热系数、污垢热阻的单位。

(3)壁温计算忽略污垢热阻，稳态传热时：

结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度。4.6.4平均温度差

(1)恒温传热两侧流体温度恒定：(2)变温传热

①一侧有温度变化t’ht’c

沿管长某截面取微元传热面积dA，

②两侧流体均有温度变化传热速率方程：热量衡算方程：tc1tc2th1th2tc1tc2th1th2当qmhcph、qmccpc=常数时，

Φ-th、Φ-tc为线性关系，所以，Φ-(th-tc)也为线性关系。th1tc2th2

传热量dthdtcdAdФtc1Δt=th-tc平均传热温度差的推导ФΔt2Δt1Ф说明：

并流：①逆流：②③进、出口条件相同时，

工业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。逆流并流

④一侧流体温度有变化，另一侧恒温时,⑤

错流、折流时平均温差

图算法11212一侧流体变温时的温差变化温度校正系数c）当ε△t值小于0.8时，则传热效率低，经济上不合理，操作不稳定。a）校正系数ε△t可根据R和P两参数从相应的图中查得。

b）温差校正系数ε△t恒小于1。原因:

换热器内出现温度交叉或温度逼近现象。

避免措施:

采用多个换热器串联或采用多壳程结构，换热器个数或所需的壳程数,可用图解法确定。说明：th1tc2th2tc1ANs=2无相变换热器设计计算4.6.5

传热效率和传热单元数法

设计型计算无须试差法,操作型计算需用试差法。

●设计型计算总之，对于设计型计算冷、热流股的温度都已知，或者可以通过热流量衡算达到已知，无须试差。

●

操作型计算

已有一台面积为A的换热器，若用其加热某流体，若采用1955年由凯斯导出的传热效率及传热单元数法，则能避免试差而方便地求得其解。(1)传热效率和传热单元数

①传热效率

逆流：哪一侧流体能获得最大的温度变化（th1-tc1）max，这将取决于两流体热容量流率(qmcp)的相对大小。tc1th2＝tc1th2th2th1tc1tc2传热温度传热th1＝tc2温度温度传热逆流传热效果示意图并流：tc1th2＝tc2th1th2th1tc2tc1传热温度温度传热并流传热效果示意图②传热单元数NTU(TheNumberofTransferUnits)温度传热面积tc1th2th1tc2dthdtcdA单程逆流换热器流体温度分布③传热效率和传热单元数的关系

传热单元数物理意义：单位传热推动力引起的温度变化；表明了换热器传热能力的强弱。④应用

已知R和NTU，可求得ε，

进而求th2

和tc2，

可避免试差计算。

为便于工程计算，将ε、NTU、R之间关系绘制成曲线1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTUε单程逆流换热器中ε与NTU和R间的关系R=00.250.50.751.0th1tc2th2tc1K=常数1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTUε图4.6.11单程并流换热器中ε与NTU和R间的关系R