化工原理讲稿(上册)-应化第五章传热

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1、一、间壁两侧流体的传热㈠间壁式换热器及其传热过程第五节两流体间的传热计算套管式换热器冷溶液进冷溶液出热溶液进热溶液出传热过程分析：①热流体与壁面的对流传热；②管壁的导热；③管壁与冷流体侧的对流传热。第五节两流体间的传热计算二、换热器的热负荷及热量衡算方程式㈠热负荷定义：单位时间冷、热流体间交换的热量计算：比热法、热焓法第五节两流体间的传热计算很显然，在不计换热器的热损失时，换热器的热负荷等于单位时间内热流体放出的热量或冷流体吸收的热量。热流体放出热量：冷流体吸收热量：如果只发生单纯的温度变化，则：如果只发生单纯的相

2、变化，则：冷流体吸收热量：热流体放出热量：当流体既有相变化又有温度变化时，则：热流体放出热量：冷流体吸收热量：第五节两流体间的传热计算比热法:热流体放出热量：冷流体吸收热量：第五节两流体间的传热计算热焓法:如果忽略热损失（Qf=0），则有：如果热损失不能忽略(Qf≠0)，则根据热负荷的定义确定：第五节两流体间的传热计算㈡热量衡算方程式以套管换热器为例：热流体放出热量：冷流体吸收热量：能量守恒：Q1＝Q2+QfQf=0Q1＝Q2第五节两流体间的传热计算例：在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却

3、至300K，冷却水在Φ25×2.5的内管中流动，其进出口温度分别为290K和320K，忽略热损失，试求冷却水的消耗量及冷却水侧的对流传热系数？第五节两流体间的传热计算热负荷是指需要换热器所完成的传热任务，反映了生产上的要求。换热器能否完成工艺上要求的传热任务，取决于换热器的传热速率，换热器的传热速率系指单位时间内通过换热器传热面所传递的热量，反映了在一定操作条件下换热器的传热能力；而故一个设计合理、能满足生产上要求的换热器，其传热速率等于或略大于热负荷。第五节两流体间的传热计算三、传热速率方程式第五节两流体间的传热

4、计算①热流体与壁面的对流传热；②管壁的导热；③管壁与冷流体侧的对流传热。在逆流套管换热器中取微元管段dl进行分析：热流体对管内壁的对流传热速率：管内壁至管外壁的导热速率：第五节两流体间的传热计算热流体冷流体thtcth,wtc,wΦΦ流体通过间壁的热交换热流体冷流体TtTwtw流体通过间壁的热交换管外壁到冷流体的给热速率：对于稳定传热过程：可得：第五节两流体间的传热计算利用加比定律：如果α1、α2、λ均不随管长l而变，且温差可以用一平均值（T-t）m表示，则可积分得：第五节两流体间的传热计算令：以Δtm表示(T-t

5、)m，则有：－－传热速率方程式第五节两流体间的传热计算Q=K·A·△tmQ=Ki·Ai·△tm=Km·Am·△tm=Ko·Ao·△tm圆筒壁：Ai≠Am≠Ao平壁：Ai=Am=Ao第五节两流体间的传热计算传热速率方程式与牛顿冷却定律的比较传热速率方程式牛顿冷却定律形式表达的意义单位时间内冷热、流体传递的热量单位时间内流体与壁面传递的热量△t冷热、流体平均温度差流体与壁面间的温差传热系数总传热系数，与壁面两侧流体的对流传热系数及壁面的导热系数有关与壁面两侧流体的对流传热系数有关，与壁面另一侧流体的对流传热系数及壁面的

6、导热系数无关第五节两流体间的传热计算四、总传热系数K总传热系数K综合反映传热设备性能，流动状况和流体物性对传热过程的影响。物理意义：表征间壁两侧流体传热过程的强弱程度。K=f（流体物性、操作条件、换热器本身特性等）第五节两流体间的传热计算㈠传热系数K的确定方法⒈选用经验数据注意应选用工艺条件接近、传热设备类似的较为成熟的经验K值作为设计依据。流体种类总传热系数KW/(m2·K)水—气体12~60水—水800~1800水—煤油350左右水—有机溶剂280~850气体—气体12~35饱和水蒸气—水1400~4700饱和

7、水蒸气—气体30~300饱和水蒸气—油60~350饱和水蒸气—沸腾油290~870第五节两流体间的传热计算通过实验测定现有换热器的流体流量和温度，再由传热基本方程计算K值：实验测定的K值较为可靠。实测K值的方法不仅是为了在缺乏工业实验数据时提供设计依据，而且还可以借助实测的K值判断换热器的工作状况，从而寻求强化传热的措施。⒉实验测定：第五节两流体间的传热计算⒊计算得到：第五节两流体间的传热计算令：A=Ao，K=Ko：令：A=Ai，K=Ki：对圆形管道：由公式：说明：②总传热系数K并不是αi，αo，(λ/δ)的平均值

8、，K＜min(αi，αo，λ/δ)；③控制热阻：①总热阻=1/KA，串联传热，推动力与阻力具有加合性；若αo<<αi，1/αi可忽略，此时有：第五节两流体间的传热计算若αo>>αi，1/αo可忽略，此时有：结论：称1/αo或1/αi称为控制热阻，即α小一侧的热阻对传热起决定性作用，如水蒸汽和空气换热；当存在控制性热阻时，K值总是接近α小的值；当存在控制性热阻