传热系数及平均温差

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1、21OveralcoefficientandandmeantemperaturedifferenceofheattransferA.CalculationofheatloadB.Rateofheattransferandoveralco-efficientC.VaryingtemperaturedropandmeantemperaturedifferenceD.Example1A.热负荷的计算第21讲传热系数和平均温差对稳态传热过程（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’

2、=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：2ΔH无相变ΔH=mscpΔt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，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’=-Q2’3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。B

3、.传热速率与总传热系数a.Newton冷却定律与传热速率的微分式以套管换热器为例，取一微元管壁，如图所示，…...dAdQTwtwTtα1α2热流体冷流体两侧对流给热部分，可以用Newton冷却定律描述：4α1、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：可得：5在工程上，传热速率写作：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：可见，K是有基准面的。6b.传热系数与热阻在工程

4、上，常以换热器管外表面为基准，即dA=dA2，则当管壁较薄时，上式可写为：7如管壁热阻较对流热阻很小时，则有：⑴由式1/K=1/α1+b/λ+1/α2知，K由各环节热阻加和而成，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，……。8⑶污垢热阻，……。如内、外壁污垢热阻分别用R1、R2表示，

5、则：⑷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。9传热系数测定实验装置10C.变温降与平均温度差从dQ=KdA(T-t)，及传热过程知：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。11在dA内，热流股给出热量：dQ=-ms1cp1dT在dA内，

6、冷流股取得热量：dQ=ms2cp2dt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-dtTtΔtT1T2t1t2T1t1T2t2(并流)ms1ms2TtΔtT1T2t1t2T1t1T2t2(逆流)ms1ms2dAdA12对微元传热面积dA，有：dQ=KdAΔt──→KdAΔt=-d(Δt)/如K可视为常数，则：则：积分之，得：13⑴并流时Δt1=T1-t1，Δt2=T2-t2；逆流时Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1；⑵如果Δt1/Δt2<2时，Δtm=(Δt

7、1+Δt2)/2⑶如进、出口温度相同，Δtm逆>Δtm并──设计时，一般选逆流。但对热敏性物料，为控制流体温度，有时采用并流（并流时t2T2）。另外，Q=KAΔtm则：所以对数平均温差14■传热速率方程dQ＝KdA(T-t)中的K、(T-t)都是点特性，如将其在整个换热器中平均化，将使传热计算十分方便，这是一种工程处理方法。■传热系数K可以用传热过程总热阻等于串联热阻加和的原理得到，一般传热系数以管的外表面为基准面。串联过程可能具有控制环节，此时1/K数值取决于各环节中热阻较大的一环，欲提高K值，应

8、设法减小控制环节的热阻。■Δtm的妙处所在是其数值只与两流体在换热器两端处的温差有关，而与温度的中间变化无关，原因是Δtm关系的导出是以Δt与t（或T）是线性关系为前提。就提供传热推动力而言，逆流总是优于并流。【本讲要点】15D.例a.保温层的临界半径r1r2r保温层钢管如图