传热系数及平均温差.ppt

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1、21Overalcoefficientandandmeantemperaturedifferenceofheattransfer■〓对稳态传热过程（间壁换热器任一侧流体）作热量（或焓）衡算，有：物料带入焓+加入净热量=物料带出焓Hi+Q’=HoQ’=Ho-Hi=ΔH其中：Q’──物料从换热器获得净热，称热负荷，WHi、Ho──物料带入、带出焓，W，焓基准为273K的液态在恒压、无化学反应情况下，有：■〓无相变ΔH=mscpΔtΔH有相变ΔH=msr其中：ms──流体质量流量，kg//scp──流体平均比热容，J/kg.℃r──流体相变热，

2、J/kgΔt──流体进、出口温差，℃（注意与传热推动力的区别）对间壁换热器两侧流体，忽略散热损失，有：热流体放热=冷流体吸热Q1’=-Q2’■〓用上面两式可以：①计算热负荷Q’；②计算冷却介质或加热介质用量。以套管换热器为例，取一微元管壁，如图所示，…...α1T冷流体两侧对流给热部分，可以dAdQ用Newton冷却定律描述：TwTTwtwdQdA(TT)11wt1/(dA)热流体11ttα2wdQdA(tt)22w1/(dA)22■〓TTdQwdQdA(TT)q(TT)11w1w1/(dA)dA111TTdQ

3、wq(tt)dQ2dA2(twt)2w1/(2dA2)dA2α1、α2──分别为热、冷流体的对流给热系数，W/m2.℃，包含了影响对流给热各种因素，……，点特性热流顺序传过热流体、壁面、冷流体，在稳态下，应有：TTTtttwwwwdQ1/(dA)b/(dA)1/(dA)11m22可得：Tt推动力dQ1/(dA)b/(dA)1/(dA)阻力11m22■〓Tt推动力dQ1/(dA)b/(dA)1/(dA)阻力11m22在工程上，传热速率写作：Tt推动力dQKdA(Tt)1/(KdA)阻

4、力K──总传热系数，包含整个传热过程的影响因素，W/m2.℃，……,具有点特性比较上面两式，得：11b1KdAdAdAdA11m22可见，K是有基准面的。■〓在工程上，常以换热器管外表面为基准，即dA=dA2，则11dAbdA122KdAdA11m211dbd122Kdd11m2ddddd21221d,在2时,dmmln(d/d)d2211当管壁较薄时，上式可写为：11b1K12■〓如管壁热阻较对流热阻很小时，则有：111K12⑴由式1/K=1/α1+b/λ+1/α2知，K由各环节热阻加和

5、而成，因此原则上减少任一环节热阻，均可提高K值，增大传热速率。⑵如各环节热阻有不同数量级时，1/K值由其中最大热阻决定，如套管换热器中，b/λ通常很小，可以略之，则1/K1/α1+1/α2，当α1>>α2时，则有Kα2，反之Kα1──在串联过程中，存在控制环节，这为强化传热提供了途经，……。■〓⑶污垢热阻，……。如内、外壁污垢热阻分别用R1、R2表示，则：11b1RR12K12⑷在换热器设计计算中，常需先估计K值，计算后，再校核K值。所以，应了解不同情况的K值大致范围。传热系数测定实验装置如下图所示。■〓■〓从dQ=KdA(T-t)，及

6、传热过程知：推动力Δt=T-t沿传热面变化──变温降，且K具有点特性。如Δt、K能以平均值代之，则传热速率方程可写为：Q=KAΔtmK值可以通过计算平均α1、α2等实现（下次课讨论），A与K的基准对应；下面讨论Δtm关系式。流体在换热器中温度变化规律如图所示。■〓dAdAms1TTT2ms1TTT211ms2ttt2t2ttms211T1T1T2t2ΔtT2Δtt2tt11(并流)(逆流)对上面图示两种情况，如取一微元传热面积(虚线处)，两股流体的温差为：Δt=T-t───→d(Δt)=dT-dt在dA内，热流股给出热量：dQ=-ms1cp1dT在dA内，

7、冷流股取得热量：dQ=ms2cp2dt■〓则：dQdQms1cp1ms2cp2d(Δt)dQmcmcmcmcs1p1s2p2s1p1s2p2dQd(Δt)dQ积分之，得：ΔtΔtQ12对微元传热面积dA，有：dQ=KdAΔt──→KdAΔt=-d(Δt)/如K可视为常数，则：AΔt2d(Δt)Δt1KdAKAln0Δt1ΔtΔt2■〓另外，Q=KAΔtm则：ΔtΔtQKAΔt12m所以ΔtΔt12ΔtmΔt对数平均温差1lnΔt2⑴并流时Δt1=T1-t1，Δt2=T2-t2；逆流时Δt1=T1-

8、t2，Δt2=T2-t1；⑵如果Δt1/Δt2<2时