化学工程传热学课件总复习剖析

化学工程传热学课件总复习剖析第一页，共32页。了解列管换热器的选择设计步骤（1）选择加热剂和冷却剂（2）根据设计任务，确定基本数据（包括两流体的流量、进出口温度、定性温度下的有关物性、操作压力等（3）确定流体在换热器内的流动通道。（4）确定并计算热负荷。（5）平均温度差的计算。（6）根据两流体的温度差和设计要求，确定换热器的形式。（7）选取总传热系数，并根据传热基本方程初步算出传热面积，以此作为选择换热器型号的依据，并确定初选换热器的实际换热面积A实，以及在A实下所需的传热系数K需。第二页，共32页。一.化工生产中常用的加热剂及冷却剂载热体：为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称为载热体。冷却剂：起冷却作用的载热体称为冷却剂。加热剂：起加热作用的载热体称为加热剂第三页，共32页。二、确定流体在换热器内的流动通道P139页第四页，共32页。三.热负荷的确定1.无相变时热负荷的确定Q=ms1cp1(T1-T2)=ms2cp2(t2-t1)2.有相变时热负荷的确定例如饱和蒸汽冷凝，而冷流体无相变化，则Q=ms1[r+cp1(Ts-T2)]=ms2cp2(t2-t1)3.会求加热剂的用量或冷却剂的用量第五页，共32页。四.平均传热温差的计算Δt大/Δt小≤2时，工程计算中，可取第六页，共32页。两侧变温错流和折流时Δtm先按逆流计算对数平均温度差Δtm逆，再乘以一个校正系数，即Δtm＝Δtm逆式中——温度差校正系数，其大小与流体的温度变化有关，一般不宜小于

0.8。可表示为两参数P和R的函数：＝f（P，R），根据P和R两参数由图查取第七页，共32页。折流过程的算图

第八页，共32页。错流过程的

算图第九页，共32页。五.列管换热器换热形式的确定

列管换热器各类型结构及其优、缺点第十页，共32页。六.选定经验K值，初步估算其面积A估＝第十一页，共32页。【例2-3】φ50×5mm的不锈钢管，热导率λ1为16W/(m.K)，外包一层石棉，

热导率λ2为0.2W/(m.K)，若内壁温度为350℃，保温层外壁温度为100℃，每米管长的热损失不超过397W/m，试求保温层的厚度。解：由题给条件知：r1=20mm,r2=25mm,λ1=16W/(m.K),λ2=0.2W/(m.K),t1=350℃,t3=100℃，Q/L=397W/m。载热体输送管道的保温=2.199r3=55mm保温层的厚度为：r3-r2=30mm第十二页，共32页。课后习题x/mt2t1t/℃t2t3t4多层平壁稳态导热温度分布Φ1.解：由题给条件知：b1=0.23m,b3=0.23m,λ1=1.05W/(m.℃),λ2=0.144W/(m.℃),λ3=0.94W/(m.℃),t1=1300℃,t4=50℃第十三页，共32页。r1r2r3r4t1t2t3t4λ1λ2λ3课后习题2.解：由题给条件知：r1=27mm,r2=30mm,r3=30+30=60mm,r4=30+30+30=90mm,λ1=16W/(m.℃),λ2=0.04W/(m.℃),λ3=0.16W/(m.℃),t1=-100℃,t4=20℃第十四页，共32页。课后习题6.解:热负荷:Q=Q冷=ms2cp2(t2-t1)=×1100×3.8×1000×(60-20)=1393.33kW求对数平均温度差：逆流时

热流体温度127℃127℃

冷流体温度20℃60℃

△t1=107℃

△t2=67℃

因为：

△t1/△t2〈2，所以：△tm逆=

第十五页，共32页。求总传热系数K：工艺条件要求的换热器的传热面积为：换热器实际的换热面积为：第十六页，共32页。7.解:热负荷:Q=Q冷=ms2cp2(t2-t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（80-20）=1666.7kw逆流时

热流体温度110℃110℃对数平均温度差：

冷流体温度20℃80℃

△t1=90℃

△t2=30℃

第十七页，共32页。若换热器使用一年后，由于污垢热阻增加，将会使换热器的总传热系数下降（K’），传热速率下降（Q’），冷流体出口温度升高(t2’)。Q’=ms2cp2(t2’-t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（72-20）=1444.4kw第十八页，共32页。若要保证冷流体出口温度仍为80℃,即热负荷仍为Q，总传热系数为K’，传热速率下降（Q），求△tm”。设加热蒸汽温度为X解得：X=123.9℃第十九页，共32页。有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾有相变对流传热的特点①相变过程中产生大量相变热（潜热）；6.有相变化的对流传热②相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；第二十页，共32页。(1)蒸汽冷凝饱和蒸汽ts和冷壁面tw接触（ts>tw）蒸汽放出潜热→在壁面凝成液体→膜状液体和滴状液体a、膜状冷凝（可润湿）壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，与直接接触壁相比，附加了液膜的热阻。δ越厚，传热效果越差。b、滴状冷凝（不润湿）

壁面大部分的面积直接暴露于蒸汽中。因没液膜阻碍，传热系数很大。第二十一页，共32页。

膜状冷凝滴状冷凝第二十二页，共32页。蒸汽在水平管外膜状冷凝的αn——水平管束在垂直列上的管数；特性尺寸：管外径do；定性温度：λ取tS下的值，其余为膜平均温度。第二十三页，共32页。c.影响冷凝传热的因素

冷凝液膜两侧的温度差：流体物性的影响：不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。蒸气过热的影响：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱和蒸汽冷凝处理。

蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略；流速较大时，且与液膜同向，α增大；流速较大时，且与液膜反向，α减小。第二十四页，共32页。（2）液体的沸腾传热对液体加热时，液体内部伴有由液相变为气相，即在液相内部产生气泡的过程，称为液体沸腾（又称沸腾传热）。工业上液体沸腾的方法有两种：一种是将加热壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为池内沸腾；另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾。第二十五页，共32页。沸腾过程：过热度↑，汽化核心数↑，气泡产生和长大的速度↑，使沸腾加剧，沸腾传热膜系数↑。说明：由于气泡产生，使液体扰动↑因此：第二十六页，共32页。0.11.010102103hABCDEF自然对流核状沸腾膜状沸腾稳定区不稳定膜状沸腾温度差和表面传热系数关系Δt=(tw-ts)/℃大容积饱和沸腾曲线第二十七页，共32页。

影响沸腾传热的因素

加热壁面的影响：粗糙壁面,α↑，光滑的壁面,α↓；被油脂污染的壁面,α↓，清洁表面,α↑；水平管束沸腾传热，上排管α↓。第二十八页，共32页。

二.传热过程强化的途径增大传热系数，可以提高换热器的传热速率。增大传热系数，实际上就是降低换热器的总热阻。间壁两侧流体间传热总热阻等于两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻及管壁导热热阻之和。由此可见，要降低总热阻，必须减小各项分热阻。但不同情况下，各项分热阻所占比例不同，故应具体问题具体分析，设法减小占比例较大的分热阻。

3．增大传热系数一般来说，在金属换热器中壁面较薄且导热系数高，不会成为主要热阻。

第二十九页，共32页。污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，可不予考虑，但随着使用时间的加长污垢逐渐增加，便可成为阻碍传热的主要因素。

减小污垢热阻的具体措施有：提高流体的流速和扰动，以减弱垢层的沉积；加强水质处理，尽量采用软化水；加入阻垢剂，防止和减