化工单元操作（高教版 朱建民主编）教案：模块三项目2 测定套管式换热器的总传热系数

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1、模块三传热操作项目2测定套管式换热器的总传热系数【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。【教学目标】1．通过套管式换热器总传热系数的测定，学会换热器传热系数的测定方法。2．并掌握有关换热器的计算。【教学重点、难点】重点：换热器传热系数的测定难点：换热器的计算【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学

2、生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习传热的相关知识。【教学过程】一、导入传热系数是描述传热过程强弱的物理量，传热系数越大，则传热效果越好。总传热系数是评价换热器传热性能的重要参数，也是对传热设备进行工艺计算的依据。二、教师讲授及演示实训步骤1．布置实训任务：测定套管式换热器的传热数据，并计算传热系数。2．

3、演示套管式换热器操作，说明传热系数测定及数据处理方法。11图3-13套管式换热器实训装置三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。检查准备——开车——记录流量——传热操作及数据读取——停车四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。一、传热的基础知识传热的三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。1．热传导（导热）发生在固体内部或直接接触的物体之间（1）导热的基本定律——傅里叶定

4、律对于由均匀固体物质组成的单层平壁（如图3-14），热传导方程式为（3-1）式中Q——导热速率，即单位时间内传导的热量，W；——导热系数，W/（m·K）或W/（m·℃）；A——垂直于导热方向的导热面积，m2；t1，t2——两固体壁面的温度，K；11——固体壁面的厚度，m；图3-14单层平壁的稳定热传导与其他传递过程类似，导热速率可表示为传热推动力与传热阻力之比。将式（3-1）改为如下形式（3-2）表明单层平壁热传导时，其导热热阻R为（3-3）式中R——导热热阻，K/W；Δt——温度差，导热的推动力，K

5、。在温度差一定时，提高导热速率的关键在于减小导热热阻。导热壁面越厚、导热面积和导热系数越小，其热阻越大。多层平壁导热过程的导热速率：（3-4）式中t1、t4表示三层平壁的最高和最低温度，、、和、、分别表示温度由高到低的三层平壁的壁厚和传热系数。【例3-1】某平壁厚0.4m，内、外表面温度为1500℃和300℃，壁材料的导热系数＝0.815＋0.00076t[W/（m·℃）],试求通过每平方米壁面的导热速率。解已知t1=1500℃,t2=300℃11壁的平均温度℃壁的平均导热系数为：W/（m·℃）故W/

6、m2（2）导热系数导热系数是表征物质导热性能的一个物性参数，通常由实验测定，越大，导热性能越好。金属的导热系数最大，固体非金属次之，液体的较小，而气体的最小。在导热过程中，固体壁面温度沿传热方向发生变化，其导热系数也相应变化，通常使用平均导热系数，即取壁面两侧温度下的平均值或平均温度下的值。（3）圆筒壁中的导热与平壁热传导不同点是导热面积沿着半径的方向逐渐变化。单层圆筒壁导热速率公式为（3-5）式中r1、r2——圆筒的内、外半径，m；t1、t2——圆筒壁内、外表面温度，且t1＞t2，K；L——圆筒的长

7、度，m。【例3-2】φ38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。第一层是50mm厚的氧化镁粉，平均导热系数为0.07W/（m·℃）；第二层是10mm厚的石棉层，平均导热系数为0.15W/（m·℃）。若管内壁温度为160℃。石棉层外表面温度为30℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度。解：已知：℃,℃11，，，W/（m·℃）,W/（m·℃）查钢管的导热系数W/（m·℃）所以℃℃2．对流传热在间壁式换热器内，热量自热流体传至固体壁面，或自固体壁面传至冷流体，传热方式既有对流又伴

8、随热传导，工程上把流体与壁面之间的热量传递统称为对流传热，又称给热。（1）对流传热的温度分布当流体沿壁面作湍流流动时，在靠近壁面处总有一层流内层存在，在层流内层和湍流主体之间有一过渡层，如图3-15所示。图3-15对流传热温度分布11在湍流主体内，热量传递主要依靠涡流传热，其热阻很小，传热速率极快。而在层流内层中，热量传递主要依靠热传导进行。由于流体的导热系数很小，故热阻主要集中在层流内层中，即温度差也主要集中在该层内。因此，减薄层流内层的厚度是强化对流