传热过程计算

3.4(总)传热过程计算过程—两流体的热交换3.4.1

热平衡方程

热流体：qm1,T1,T2,cp1冷流体：qm2,t1,t2,cp2热流体放Q=冷流体吸Q两流体均无相变热负荷—W忽略热损失，“纯”冷凝

T1=Ts

T2冷凝+冷却对象—间壁式换热器T1=Ts>T213.4.2

总传热系数与总传热速率方程

换热管微元，①管内流体~管内壁——对流传热②管内壁~外壁——导热

③流体~管外壁——对流传热

1.总传热系数三个串联传热过程2定态时令则K—总传热系数，

换热管为圆管，取dA=dA1K—(以外表面为基准的)总传热系数3说明

①K的物理意义

1/K—换热过程的总阻力②K值~基准面换热面为平面，dA1=dA2=dAm③K的局部性解决办法：按平均t计算

=两侧对流传热阻力+(很小的)管壁导热阻力+(垢阻)常取换热管外表面，即dA=dA1

—对数平均直径

(换热器)平均K的局部性

t的局部性4④污垢热阻：

附加热阻此时K⑤K和Rs的大致范围—经验

使用中，Q

，表现为

T2

或t2

换热面存污垢，很小—以逆流为例

2．总传热速率方程积分dQ=KdA(T-t)—整个换热器的行为描述平均t求K可提出

平均K热放=传换热管微元—冷吸=传教材(例3-12)5积分两式均可得令换热器两端热、冷流体温差的lnm(平均推动力)—总传热速率方程，W单位时间内通过总换热面的传热量6传热速率=单位时间(吸)放热量3．总传热速率方程与热平衡方程的联用3.4.3

tm的计算及相关讨论

1．常见流型及其

tm的计算

管壳式为例(1)逆流平行而反向7—两端流体温差的lnm(2)并流平行而同向—…………(3)复杂流—至少有一流体在某程做来回折流很复杂或很难导出

tm8处理方法①先按逆流算

tm逆

②查图

温差校正系数

横参变数③实际

（4）错流

—两流体流向

tm计算法复杂流2．与

tm有关的讨论

当—可用算术平均9T1,T2,t1,t2一定时

tm：并<其它<逆推动力—逆流最优较小A完成一定Q逆流时，可能t2>T2A一定时Q

并流优点

节省热、冷剂量或多回收Q—易限定温度采用复杂或错流

K但

tm

权衡！一般要求

>0.9绝不可

<0.8

如某侧恒温时(如纯冷凝)

tm与另一侧流动方式无关

tm=lnm103.4.4传热过程的设计型计算

—确定合适A选换热器①计算热负荷

换热任务：②作出适当的选择(t2)并计算

tm③

1、2

K

④由

A需热流体——qm1,cp1,

T1

T2经验换热器或某换热器？？比较A需<A实际？？

判断适用否11例题3在直立式列管冷凝器的壳程将qm1=0.35kg/s、Ts=80℃饱和苯蒸汽冷凝并冷却至30℃，r=394kJ/kg。液苯cp=1.8kJ/kg℃。换热管38根252.5、l=2m。苯蒸汽

1=1.4kW/m2℃,液苯在管外

‘1=1.2kW/m2℃。冷却水在管内与管外苯逆流流动，温度20℃

30℃。试计算：（1）冷却水用量。（2）如果管内水

2=1.717kW/m2℃,问该换热器是否合用？

12解：(1)将换热器看作两段苯的冷凝&冷却冷凝段热负荷(kW)冷却段的热负荷(kW)

冷却水用量为

(2)两段热负荷两段所需A(A1+A2)需<A(实际)，OK！

但t’未知由冷凝Q1冷却Q213冷却段冷凝段14OK!153.4.4

传热过程的操作型计算

—已有传热设备

Q或某参数(T2、t2或T)（以两侧无相变逆流为例）给定条件：

A、尺寸、物性、T1、t1、qm1、qm2计算要求：

T2、t2计算公式推导：

热平衡方程(B)qmcp—热容流率16——T2和t2关系线性关系与热平衡方程联解

T2和t2说明

复杂流，非线性，试差！(A)

考虑并流时(A)的形式蒸汽冷凝饱和液体T不变直接解出T或t217例题6单管程列管式换热器。壳程：116℃饱和水蒸汽冷凝；管程：空气湍流流动，t1=20℃

、t2=80℃

。设K

空气。（1）若空气qm增加20%，则t’2=？；(2)为保持空气t2不变，问蒸汽T应提高至多少？（3）空气qm不变而用双管程换热器，其换热管d和n与原换热器相同，则为使t2=80℃

，所需要l为原换热器的多少倍？忽略气体t变化对物性影响。解(1)18℃

保持空气t2不变，则t’2=78.65℃解得：(2)解此式得T’=118.1℃

19（3）原工况：

℃

改为双管程，完成相同的换热任务Q’=Q,Dt’m=Dtm而u’=2u管程湍流：

由可得：

即所需换热管长度为原来的0.574倍20例题4逆流操作换热器，壳程热空气，其

1=100W/m2℃；管内冷却水，其

2=1000W

/m2℃。已测得：t1=20℃、t2=85℃、T1=100℃、T2=70℃，管壁热阻可以忽略。当水流量增加一倍时，试求：（1）水和空气的出口温度t2’和T2’.

（2）现传热量Q’比原Q增加的倍数.解：（1）对原工况

对新工况：

21新/原

热平衡联解T’2=59.8℃

t’2=63.8℃

22(2)K’与K的显著差别

Q‘与Q的显著差别?

t’m与

tm的显著差别流量变化流体出口t变