化工原理(少学时)课件和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案2.6 传热过程计算

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1、2.6传热过程的计算2.6.1热量衡算2.6.2总传热系数和总传热速率2.6.3传热平均温度差2.6.4壁温的计算2.6.5传热效率～传热单元数法2.6.6传热计算示例2.6传热过程的计算2.6.1热量衡算dAt2qm1，T1qm2，t1T21热量衡算的微分式2热量衡算的积分式2.6.2总传热系数和总传热速率dAt2qm1，T1qm2，t1T2过程分析dtA2A1tWtTWT传热壁冷流体热流体热流体固体壁面一侧固体壁面一侧另一侧固体壁面另一侧冷流体twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ（3）管内对流（1）管外对流（2）管壁热传导对于稳定传热是否可以避开壁温写成：1总传热

2、速率微分方程的引入对于在传热速率恒定的条件下，K值的大小与所选择的换热面积有关式中K——总传热系数，W/(m2·K)。2总传热系数的推导讨论：1．当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm2．以外表面为基准(dA=dA1):式中K1——以换热管的外表面为基准的总传热系数；dm——换热管的对数平均直径。以壁表面为基准：以内表面为基准：近似用平壁计算3．1/K值的物理意义二、污垢热阻式中R1、R2——传热面两侧的污垢热阻，m2·K/W。例题：有一列管式换热器，传热管为φ25mm×2.5mm钢管。热空气气体在管内流动，对流传热系数为60W/(m2·℃),冷却水在传热管外流

3、动，对流传热系数为1500W/(m2·℃),钢的导热系数为45w/m·℃。试求：（1）总传热系数；（2）若管内气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数会增加多少？若管外水的对流传热系数增加一倍，总传热系数会增加多少？三、总传热速率方程式中K——平均总传热系数；tm——平均温度差。——总传热速率方程（1）求K平均值。（2）热量衡算式与传热速率方程间的关系。（3）tm的求解。一、恒温传热二、变温传热tm与流体流向有关2.6.3.传热平均温度差逆流并流错流折流1、逆流和并流时的tmt2t1T1T2t1t2T1T2t2tAt1T2T1t2tAt1T2T1逆流并流以逆流为例

4、推导假设：1）定态传热、定态流动，qm1,qm2,t1,T1一定2）cp1、cp2为常数，为进出口平均温度下的值3）K沿管长不变化。4）热损失忽略不计。T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt1）也适用于并流T2t1t2T1At2t12）较大温差记为t1，较小温差记为t2；3）当t1/t2<2，则可用算术平均值代替4）当t1＝t2：逆流时的平均温度差2、错流、折流时的2.6.4壁温的计算稳态传热1．大，即b/Am小，热阻小，tW=TWTW接近于T，即大热阻小侧流体的温度。3．两侧有污垢2．当tW=TW，得一、传热效率最大可能传热速率：换热器

5、中可能发生最大温差变化的传热速率。理论上最大的温差：2.6.5传热效率～传热单元数法热容流量：mscp由热量衡算得最小值流体可获得较大的温度变化最小值流体：热容流量最小的流体为最小值流体。二、传热单元数传热单元数：传热单元数的意义：热流体温度的变化相当于平均温度差的倍数。同理：三、传热效率与传热单元数的关系根据热量衡算和传热速率方程导出：逆流：并流：逆流：并流：2.6.6传热计算示例例题1：用120C的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从温度为80C上升到95C，每程有直径为25×2.5mm管子30根，且以管外表面积为基准K=2800W

6、/m2.C，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计。求：（1）换热器所需的管长；（2）操作一年后，由于污垢积累，溶液侧的污垢系数增加了0.00009m2.C/W，若维持溶液原流量及进口温度，其出口温度为多少？若又保证溶液原出口温度，可采取什么措施？（定性说明）溶液的=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kg.C。2、一列管换热器由多根φ25×2.5的钢管组成，将苯由20℃加热到55℃，苯在管内流动，其流量为15000kg/h，流速为0.5m/s，壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝，蒸汽冷凝的对流传热系数为10000w/m2.k。已知，苯的密度ρ=858kg/m3,比热

7、cp=1.76kJ/kg.℃,粘度μ=0.45cp，导热系数λ=0.145w/m.k，钢管的导热系数λ=45w/m.k。求：(1)换热器的热负荷。(2)总传热系数Ko。(3)传热平均推动力。(4)管数及单管长度。3有一套管式换热器，内管为φ57×3mm，外管为φ114×4mm的钢管。内管中的苯被加热，苯的进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为4000kg/h。套管中为120.2℃的饱和水蒸汽冷凝，蒸汽冷凝的对流传热系数为10000w/m.k。已知内管内壁的污垢热阻为0.0004m2.k/w，管壁及内管外侧的污垢热阻均可不计。苯的密度ρ