化工原理课件第五章传热4

第五节两流体间的传热计算

例：在一单程逆流套管换热器中，用水冷却机油，水走管内，机油走壳程；管子规格为Φ19×2mm钢管；已知：油侧的污垢热阻为0.00018m2·K/W，，水侧的污垢热阻为0.00035m2·K/W。介质流量kg/h密度kg/m3比热kJ/(kg·K)入口温度℃出口温度℃给热系数W/(m2·K)机油水39488809951.954.195630454505800(1)因操作条件改变，机油入口温度升至58℃，而油、水的流量及水的进口温度不变，试求两流体的出口温度及热负荷的变化(假定两流体的物理性质的变化可以忽略)。(2)若水的入口温度降至28℃，而油、水的流量及油的进口温度不变，试求两流体的出口温度及热负荷的变化(假定两流体的物理性质的变化可以忽略)。第五节两流体间的传热计算解决上述问题，可以使用传热速率方程式及热量衡算方程式即六、传热单元计算法第五节两流体间的传热计算将传热过程中涉及到的变量改写为三个综合变量，然后找出三个综合变量间关系。这三个综合变量是传热效率ε，传热单元数NTU及热容量比R。(1)传热效率ε定义第五节两流体间的传热计算实际的传热速率Q与理论上可能达到的最大传热速率Qmax之比Qmax对热流体：对冷流体：热流体m1Cp1

较小时：冷流体m2Cp2较小时：第五节两流体间的传热计算(2)传热单元数NTU(Numberoftransferunit)对换热器的微元传热面积dA写出传热速率方程及热量衡算方程：对热流体：第五节两流体间的传热计算对上式进行积分如果K、m1cp,1为常量，另外用平均推动力Δtm代替（T-t），则有：第五节两流体间的传热计算令称为热流体的传热单元数同理，对冷流体：第五节两流体间的传热计算称为冷流体的传热单元数NTU反映的是流体温度变化与△tm

之间的关系，NTU↑→传热任务↑→传热面积A↑同理，对冷流体：第五节两流体间的传热计算(3)热容比R(4)传热效率ε、传热单元数NTU与热容比R的关系以逆流换热器为例，假设热流体热容量m1Cp1较小：对微元面积dA作热量衡算：第五节两流体间的传热计算变形得：由传热速率方程：二式相除：第五节两流体间的传热计算将上式进行积分第五节两流体间的传热计算将左边的温度比例式进行数学变换：第五节两流体间的传热计算由热容量比定义

：则有：代入前面的积分式：第五节两流体间的传热计算整理得：即：第五节两流体间的传热计算同理，可推出当冷流体的热容流量较小时第五节两流体间的传热计算若规定NTU表示热容量较小的流体的传热单元数，,

则逆流传热热效率可统一表示为：同理，对并流换热器可推导得传热单元数计算式

流动公式热流体热容量小冷流体热容量小逆流并流第五节两流体间的传热计算第五节两流体间的传热计算第五节两流体间的传热计算应用：第五节两流体间的传热计算R和NTU可计算得出，求出后由定义式可求T2或t2，再由热量衡算方程式求t2或T2。确定T2和t2第五节两流体间的传热计算

例：在一单程逆流套管换热器中，用水冷却机油，水走管内，机油走壳程；管子规格为Φ19×2mm钢管；已知：油侧的污垢热阻为0.00018m2·K/W，，水侧的污垢热阻为0.00035m2·K/W。介质流量kg/h密度kg/m3比热kJ/(kg·K)入口温度℃出口温度℃给热系数W/(m2·K)机油水39488809951.954.195630454505800(1)因操作条件改变，机油入口温度升至58℃，而油、水的流量及水的进口温度不变，试求两流体的出口温度及热负荷的变化(假定两流体的物理性质的变化可以忽略)。(2)若水的入口温度降至28℃，而油、水的流量及油的进口温度不变，试求两流体的出口温度及热负荷的变化(假定两流体的物理性质的变化可以忽略)。七、综合传热及设备热损失的计算1.综合传热及综合传热速率的计算包括对流、辐射传热方式的传热过程称为综合传热。设备与周围环境间的传热过程为一综合传热过程，对于高温设备，辐射传热不能忽略，应加以综合考虑。第五节两流体间的传热计算综合传热设外壁温度为tw，面积Aw，环境温度t，则：以对流传热损失的热量：

以辐射传热损失的热量：

第五节两流体间的传热计算综合传热速率的计算令：αT－综合传热膜系数则有：总热损失：第五节两流体间的传热计算αT的计算：设备外为静止空气（自然对流）时：平壁保温层外圆筒壁保温层外

适用范围：tw<150℃空气以一定流速通过壁面（强制对流）时：空气速度u≤5m/s时：

空气速度u>5m/s时：第五节两流体间的传热计算2.设备热损失的计算设管内热流体温度为T，周围环境温度为t，金属管内壁面积为Ai，保温层外表面积为Aw，则热损失为：式中下标1－金属管，下标2－保温层第五节两流体间的传热计算在实际计算中，由于αT与保温层外表温度tw有关，而tw又与Q有关，因此应进行试差计算：设twαTQQ=αTAw(tw’-t)tw’tw’=twtw’≠twtw，Q第五节两流体间的传热计算3.保温层的临界直径对单层保温的管道，忽略管内给热及金属管壁导热热阻，则有：对保温层：第五节两流体间的传热计算d1,d2保温层的内径和外径代入得：第五节两流体间的传热计算可见，总热阻与保温层厚度有关。由公式中可知，d2↑→R1↑，R2↓→Q？第五节两流体间的传热计算管道热损失随保温层外径的变化Q～d2关系曲线：第五节两流体间的传热计算对总热阻计算公式求导：第五节两流体间的传热计算保温层的临界直径第五节两流体间的传热计算从上图可以看出，当d2小于dc时，随保温层的增加，热损失增多。因此保温层的厚度应使保温层的外侧的直径大于dc，否则，保温层厚度的增加，不仅不会减小散热损失，而且还要加大散热损失。对于保温性能较差（λ2大）或者管径较小的场合，容易发生d＜dc的情形。