《传热过程计算习题》PPT课件

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1、4.4.4总传热速率方程的应用传热面积的计算：K为常数时：当K为变量，但K随温度呈线性变化时：4.4.4总传热速率方程的应用传热面积的计算：（3）K随温度不呈线性变化时：若K随温度变化不大，可以采用分段计算法：将换热器分段，每段的K视为常量，将各段计算所得的换热面积相加和。（3）K随温度不呈线性变化时：用图解积分法或数值积分法求得。[例4-10]现要求每小时将500kg的乙醇饱和蒸气（Tb=78.5℃）在换热器内冷凝并冷却至30℃,已知其传热系数在冷凝和冷却时分别为1=3500W·m-2·K-1，2=700W·m-2·K-1，t1=15℃，t

2、2=35℃。已知水的传热系数3=1000W·m-2·K-1，cp,c=4.2kJ·kg-1·K-1,忽略管壁和污垢热阻,求换热器的传热面积。解：乙醇冷凝放热：乙醇冷却放热：总放热：Q1+Q2=1.41105W冷却水流量用传热速率方程求传热面积，既有相变传热，也有无相变的变温传热，因此将传热面积分段求解，分为冷凝段和冷却段，求得两段分界处的水温，再求其他。78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷凝段两段分界处水温：t'=35-17.3=17.7℃78.5℃78.5℃35℃30℃15℃冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃冷却段

3、换热器传热面积S=S1+S2=3.04+1.40=4.44[m2]78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃2.实验测定总传热系数K方法：实验测定流体的温度、流量等参数，通过计算。[例]3.换热器的操作型计算若qm,c’=1.2qm,c，t1、t2不变，应采取什么措施?（忽略管壁热阻和污垢热阻）T1T2t1t280℃20℃T=116.3℃P=1.765105Pa壳间水蒸气冷凝空气湍流[例4-11]原流量下：新流量下：（2）传热速率原流量下，式中05~25(1)热量恒算6000~2000030000~100000新流量下，强制湍流，管径不

4、变，则原流量下新流量下只有提高饱和蒸气的压力才能满足要求。T1=116.3℃T2=T1t1=20℃t2=80℃P=1.765105PaT1’=？qm,c’=1.2qm,c4.4.5传热单元数法（NTU法）传热单元法又称传热效率-传热系数法（ε-NTU)一、传热效率最大可能传热速率：换热器中可能发生最大温差变化的传热速率。理论上最大的温差：17热容流量：qmcp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。18二、传热单元数基于冷流体的传热单元数19传热单元数：量纲为1的函数，反映传热推动力和传热所要求的温

5、度变化。传热推动力↑，（NTC)c↓长度量纲，是传热热阻和流体流动状况的函数。总传热系数越大，传热单元长度越短，所需传热面积越小。同理，对热流体：传热单元长度Hc:2021三、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。以单程并流换热器为例推导。并流：令：22三、传热效率与传热单元数的关系同理，逆流时传热效率和传热单元数的关系：若热流体为最小值流体，则令：得出了冷流体为最小值相同的公式。传热单元数法单程逆流换热器中ε和NTU关系折流换热器中ε和NTU关系244.4.6传热计算示例例题：用120C的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的某

6、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/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。(四)壁温的计算对稳态传热过程整理上式可得：壁温总是接近较大一侧的流体温度；若1≈2，则壁温

7、如果管壁两侧有污垢，则(四)壁温的计算[例4-11]在一由Ø25×2.5mm钢管构成的废热锅炉中，管内通入高温气体，进口500℃,出口400℃。管外为p=981kN/m2压力（绝压）的水沸腾。已知高温气体对流传热系数a1=250W/m2·℃，水沸腾的对流传热系数a2=10000W/m2·℃。忽略污垢热阻。试求管内壁平均温度Tw及管外壁平均tw。解：(a)总传热系数以管子内表面积S1为基准500℃400℃(c)计算单位面积传热量(d)管壁温度Q/A1=K1Δtm=242×271=65580W/m2T----热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值T

8、=(500+400)/2=450℃管内壁温度(b)平均温度差在p=981kN/m2，水的饱和温度为179℃℃管外壁温度由此题计算结果可知