传热计算讲稿

化工原理PrinciplesofChemicalEngineering第四章2023/5/18讲授内容概述4.1热传导4.2对流传热4.3传热计算4.4对流传热系数关联式4.5辐射传热4.6换热器4.72023/5/18本节讲授内容4平均温度差6传热单元数法2总传热速率微分方程5传热面积的计算3总传热系数1能量衡算7保温层的临界直径4.4传热计算2023/5/18传热计算设计计算

校核计算

根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。依据：总传热速率方程和热量衡算2023/5/18一、热量衡算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，则在单位时间内的换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。即：——换热器的热量衡算式应用：计算换热器的传热量（热负荷）Q

2023/5/181、换热器中的两流体无相变化根据热力学性质的计算公式：

流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时：

恒压时：

2023/5/18（1）饱和蒸汽冷凝，冷凝液在饱和温度下离开：（2）冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器：2、换热器中的热流体有相变化2023/5/18二、总传热速率方程通过换热器中任一微元面积dS的间壁两侧的流体的传热速率方程：——总传热速率微分方程or传热基本方程

K——局部总传热系数，（w/m2℃）K的物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。2023/5/18对于整个换热器，传热基本方程式可写成：或——总传热热阻

注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的传热面积不同，总传热系数的数值不同。△tm和K为整个换热器的平均值2023/5/18传热基本方程可分别表示为：式中：

Ki、Ko、Km——分别为管内表面积、外表面积和内外侧的平均表面积的传热系数，w/m2·KSi、So、Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均面积，m2。注：工程上大多以外表面积为计算基准，Ko不再加下标“o”2023/5/18三、总传热系数1.总传热系数K的来源1）生产实际的经验数据2）实验测定3）分析计算2.传热系数K的计算假设热流体走管程，冷流体走壳程btWtTWT热流体冷流体2023/5/18流体通过管壁的传热包括：1）热流体（走管程）把热量传递给管壁（内壁）的对流传热：2）通过管壁的热传导3）管壁（外壁）与冷流体的对流传热换热器总传热速率（以外面积为基准）：2023/5/18联立上述四个关联式得：若以外表面为基准2023/5/18——基于外表面积总传热系数计算公式同理：2023/5/183.污垢热阻在计算传热系数K值时，污垢热阻一般不可忽视，污垢热阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构以及运行时间等因素有关。若管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别用Rsi和Rso表示，根据串联热阻叠加原则，2023/5/18当传热面为平壁或薄管壁时：当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，若则4.提高总传热系数的途径2023/5/18总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制。提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α。两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K值。污垢热阻为控制因素时，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。2023/5/18对于整个换热器，传热基本方程式可写成：——换热器的热量衡算式2023/5/18四、传热的平均温度差恒温差传热：变温差传热：

传热温度差不随位置而变的传热传热温度差随位置而改变的传热传热流动形式

并流：逆流：错流：折流：两流体平行而同向的流动两流体平行而反向的流动两流体垂直交叉的流动一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复折流2023/5/18逆流T1t1t2T2T1t1T2t2并流ST2T1t1t2ST2T1t2t11.逆流其和并么流时纱的平逢均温恢差20槐23亏/5铲/1忌2假定孩：（1堤）换唱热器臂在稳夸态情仅况下毒操作指；（2踏）流删体的辩比热证容均封为常毛量，薄且传弓热系诊数K为常绢量；（3殊）换摄热器将无热书损失得到从对于醒整个旷换热大器的沙总传厨热速构率方询程：20爪23耐/5纺/1伸2注意倦：在应钩用对悠数平急均温退度差救计算狸式时言，通腐常将昼换热序器两助端温抱度差△t中数疾值大宫的作乔为△t2，小的辩作为△t1当时，可用算术平均温度差代替对数平均温度差。——迈对数钉平均丛温度包差（展适用载于并谊流及炭逆流遵）20吵23示/5级/1嗽2例：贞在一程单壳鬼单管更程无刃折流呢挡板萄的列丸管式栋换热矩器中缩慧，用谊冷却肢水将抛热流鼠体由荣10牙0℃屈冷却肃至4琴0℃两，冷便却水讲进口穷温度板15弯℃，志出口怪温度洞30拘℃，吩试求泄在这忌种温攀度条痒件下刻，逆第流和妖并流克的平雀均温狱度差墙。解彩：逆流屿时：热流府体：冷流框体：702520油23匪/5棋/1撤2并流戴时：热流警体跟：冷流德体律：8510在冷俗、热宾流体猜初、断终温腐度相琴同的蔑条件胆下，和逆流竭的平境均温变度差秘大。20浓23矿/5堵/1捞22.错流学和折蹲流时雁的平她均温吗度差错流票和折秒流的掘平均竟温度与差，请常采鞠用安德摆伍德和鲍曼提出要的图由算法享。先按递逆流讯时计冤算对栏数平颜均温蝴度差△tm逆，然葛后乘扫以考惜虑流疏动型捎式的饺温度捐修正害系数φ△t，得到饮实际枝平均询温度株差△tm。错流折流20掘23触/5总/1边2——跌错流罢和折胡流时敢的平窗均温患度差其中计算P,府R的值候后,可查缺图得眉到φ△t的值20找23粮/5浊/1欲2例：碰通过金一单露壳程掏双管赛程的笔列管何式换私热器善，用混冷却属水将罪热流阁体由素10呼0℃哪冷却阅至4缴0℃御，冷兄却水愉进口歼温度译15串℃，含出口项温度椅30首℃，还问此后时的燥传热盈平均赶温差较为多浮少?芽若将叶水的鄙出口龟温度冶提高迎到3省5℃男，平墙均温掩差又买为多证少?逆流时解：20污23贤/5典/1需2又冷谷却水榨终温泻提到350C，逆流年时：查图P2膏32图4－19（a）20穿23研/5造/1酬2查图宫得：20瘦23坏/5拴/1芽23.不同赛流动志型式土的比惊较（1）在进设、出含口温歌度相银同的鞭条件湿下，逆流紧的平尤均温五度差改最大，并流独的平矮均温缸度差故最小之；其他萌形式枣流动搭的平遮均温专度介董于逆托流和跳并流堵之间驰。因脏此，就提去高传铲热推介动力讨而言摊，逆您流优愤于并柄流及愚其他淋形式鞋流动残。当换杨热器火的传血热量Q及总屿传热璃系数K相同百的条邀件下刻，采押用逆赴流操愉作，匹所需晓传热翅面积梯最小肥。20赴23柱/5走/1袄2（2）逆流辞可以估节省趣冷却晚介质凝或加丘热介许质的光用量毅。所以族，换糠热器词应当毒尽量采用借逆流廉流动，尽鹅可能避免谢并流党流动殊。在某组些生慨产工荒艺有针特殊脉要求辱时，如际要求旨冷流末体被锡加热料时不本得超悠过某饺一温塑度或骆热流扬体冷材却时币不得炸低于肉某一迅温度献，应采喜用并减流操望作。当换奖热器壶有一奶侧流掘体发杀生相染变而梨保持盈温度灶不变游时，就无幻玉所谓挣并流塞和逆孟流了回，不论武何种放流动填型式局，只泡要进剩出口鲜温度殿相同搅，平嚼均温夹度就乘相等淋。20隆23货/5脑/1衔2（3）采用顷折流代和其中他复嘉杂流之动的估目的坊是为醒了提眉高传继热系悬数，其代价怎是平跑均温喉度差幻玉相应刊减小，温狮度修栽正系主数φ△t是用捏来表哪示某附种流拜动型塌式在股给定谦工况轧下接赠近逆税流的馒程度丑。综巡寿合利取弊，瓶一般耗在设计纠时最柔好使φ△t＞0睡.9植，至铃少不师能使φ△t<0捷.8。否阵则应孟另选询其他杨流动找型式亡，以胞提高φ△t。20软23谋/5业/1疑2五、姿传热宗面积剂的计奏算1.传热虎系数K为常积数其中领：2.传热命系数K为变塑数20励23脂/5该/1老2积分：不能圾用解坊析法翅求解也时，浓可采教用数侨值积择分、捉图解吩积分遗或分段救计算尚的方集法。将每切段中挨的物早性、愤传热瞒系数Kj视为劣常量授，分任段计妙算传秤热温着差△tmj和相麻应的拿热流稀量Qj及传哭热面旨积Sj，或总传脱热面汪积：20被23竭/5山/1每2六、单传热鞠单元尘数法陪（自金学）1.传热宰效率εWC杠p：流体寸的热容爸量流修率20宿23乖/5招/1街2当热贵流体验的热教容量洋流率界较小岛时若冷粗流体饰的热雨容量容流率魔较小20朴23县/5鸟/1害22.传热鸽单元嚼数NT竞U1）卧传热没单元践数的踏定义对于熔冷流邀体积分(NT遗U)液c：基于阴冷流华体的饮传热咏单元恋数20察23女/5克/1完2当K与Cp猫c为常本数，睁且T-冒t可用胖平均厦温度乖差代队替时同理,基于脾流体挡的传孙热单斤元数当K与Cp氧h为常亚数时20谨23化/5卷/1酿22）狼传热分单元键数的漠含义奶：（1津）对勒于已震知的刘换热局器利快用处水理的革物料历而言竭，它钢表示屯该换热返器的匆换热四能力瞎的大知小。K与A大，详表示径换热赶器的做能力娱大，可熄完成粱更高教的换暂热要今求（2耳）对细已知耽流体枝的换口热器贱而言基，它表示碗换热射要求助的高纯低与由换热土的难披易程赴度。换热哀要求铜高，原即流绪体进魄出口峰的温默差大懂；传姻热的津推动淡力小锤，换扩热所贷需的直单元理数大反。20怕23竟/5铜/1馆23）泉传热侧单元袋数的叛物理五意义将改写成20凑23熟/5吴/1购2基于WC只p值小状的流将体的蜓传热井单元惠长度档,可视浇为(Wcp)mi屈n的流施体温煤度变泳化与逃传热遣温差渐相等雕时的超换热续器的危管长。传热腿系数K愈大，即债热阻捧愈小桨，传热券单元茧长度翅愈小。换铅热时假所需拿要的敏传热顿面积赖也愈抄小。换热弓器的省长度贩（对笑于一澡定的个管径盒）等塌于传拆热单弓元数热和传厉热单摧元长湾度的阀乘积晃。铜一个浴传热免单元啦可视但为换法热器仇的一炸段20渴23穗/5唉/1摸23.传热毕效率陷与传隐热单载元数盖的关士系将（花2）新代入斤（1琴），屈并整嗓理得并流戏时20仅23昆/5境/1董2若冷倡流体母为最派小值河流体,并令Cmi销n=W泡ccpc,Cma顾x=W糖hcph，(N休TU朽)mi旗n=K箭S/案Cmi冷n20帝23镰/5丛/1误220爷23狮/5誓/1冻2将(4军)代入(3课)得逆流兆时传愈热效继率和蜂传热城单元沫数的