化工原理第四章两流体间传热过程的计算

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1、第四节两流体间传热过程的计算一、总传热方程式二、热量衡算三、平均温度差的确定四、总传热系数的确定五、传热面积的确定六、污垢热阻七、流向的选择第四章传热2021/7/20什么是热交换【特点】存在两种或两种以上的传热方式的传热过程。对流传热对流传热传导传热2021/7/202021/7/20热交换计算的内容（1）设计型计算根据生产任务的要求的热负荷（Q），确定换热器的传热面积（A）及换热器的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。2021/7/20固定管板式换热器型式与基本参数（JB/T4715-92）2

2、021/7/20（2）操作型计算在已有换热器的基础上：①核算传热量（Q）、流体的流量（qm）、流体的进、出口温度（T、t）；②判断一个换热器能否满足生产任务的要求；③预测生产过程中某些参数（如qm、T、t）的变化对换热器传热能力（Q）的影响。2021/7/20一、热交换的基本计算式式中Q——传热速率，W；K——总传热系数，W/m2.℃A——传热面积，m2Δtm——两流体的平均温度差，℃1、总传热方程式2021/7/20【衡算前提】（1）换热器绝热良好；（2）热损失可忽略。【衡算系统】热交换器；【衡

3、算基准】单位时间；【衡算式】热流体放出的热量等于冷流体得到的热量。即：Q热＝Q冷2、热量衡算式2021/7/20二、Q值的确定——计算热负荷【定义】达到工艺要求的控制参数所应交换的热量，即：①热流体放出的热量；②冷流体得到的热量。【作用】由热负荷可以确定传热速率。1、什么是热负荷2021/7/20（1）两个概念【显热】当物质与外界交换热量时，物质不发生相变化而只有温度变化，这种热量称为显热。【潜热】饱和蒸气的焓与同温度下的液体的焓的差值称为潜热（相变热）。（2）无相变化时热负荷的计算当流体与外界交

4、换热量过程中不发生相变化时，其热负荷用比热法和热焓法计算。2、热负荷的计算2021/7/20若换热器中的两流体只存在显热的交换，且比热不随温度而变或可取平均温度下的比热时，则：式中Q——热负荷，J/s或W；qm1、qm2——热、冷流体的质量流量，kg/s；Cp1、Cp2——热、冷流体的平均定压比热，kJ/(kg.℃)；T1、T2——热流体的进、出口温度，℃；t1、t2——冷流体的进、出口温度，℃。①比热法2021/7/20对于热流体：对于冷流体：T1T2t1t2qm1qm1qm2qm2Cp1Cp2

5、2021/7/20②热焓法由热力学得知，在等压条件下，物系与外界交换的热量与物系的始态与终态的焓差相等，即：H1、H2——热流体进、出口的比焓，J/kg；h1、h2——冷流体进、出口的比焓，J/kg。qm1、qm2——热、冷流体的质量流量，kg/s；2021/7/20对于热流体：对于冷流体：H1H2h1h2qm1qm1qm2qm22021/7/20（3）只有相变化时热负荷的计算【方法】当流体与外界交换热量过程中只发生相变化时，其热负荷用潜热法计算。【计算式】式中r——液体汽化（或蒸气冷凝）潜热。（

6、4）既有潜热、又有显热变化时热负荷的计算式中Ts、ts——饱和温度（沸点）。2021/7/2020℃（l）100℃（g）100℃（l）2021/7/203、热负荷与传热速率的区别【热负荷】对换热器换热能力的要求，是需要交换的热量，与换热器的种类、型式无关，由工艺条件决定。【Q=qmCp(T1-T2)】【传热速率】换热器本身在一定条件下的换热能力，是换热器能够交换的热量，由换热器本身的特性所决定。【Q=KAΔtm】4、热负荷与传热速率的关系2021/7/20三、平均传热温差（tm）的计算1、什么是

7、平均传热温度差【特点】不同部位推动力不同。【定义】表征热交换过程中的推动力大小的参数。T1=80℃QQT2=50℃t2=40℃t1=20℃2021/7/20（1）流体的流动型式冷、热流体的相互流动方向有不同的流动型式，传热平均温差tm的计算方法因流动型式而异。（2）温度的变化情况冷、热流体在沿传热面流动时的温度变化情况不同，传热平均温差tm的计算方法因而不同。2、影响平均传热温度差的因素2021/7/203、恒温差传热【特点】（1）两侧流体均发生相变，且温度不变；（2）冷热流体温差处处相等，不

8、随换热器位置而变的情况。——恒温差传热平均温度差计算式式中T——高温流体的湍流主体温度；t——低温流体的湍流主体温度。传热速率：2021/7/20湍流主体Tt2021/7/20TTtt【例】电解槽引出的碱液浓度通常只有12％，经蒸发后可获得30％、42％的浓碱。2021/7/204、变温差传热【特点】传热温度随换热器位置而变。分为：①单侧变温；②双侧变温。T1T2t2t12021/7/20（1）单侧变温【特点】在热交换过程中，一侧温度保持不变，另一侧温度发生变化。2021/7/20