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《化工原理教案44传热过程的计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、4.4传热过程的计算在实际生产中，需要冷热两种流体进行热交换，但不允许它们混合，为此需要采用间壁式的换热器。此时，冷、热两流体分别处在间壁两侧，两流体间的热交换包扌舌了固体壁而的导热和流体与固体壁面间的对流传热。关于导热和对流传热在前面已介绍过，本节主要在此基础上进一步讨论间壁式换热器的传热计算。441总传热系数和总传热速率方程一、总传热速率方程对导流热对流T-tbF~H1AdAma2dA2则:11Z?1—=——+—+——KaxAa2如以外表面为基准(在换热器系列化标准中间壁两侧流体的热交換间壁两侧流体的热交换过程包括如下三个冷联的传热过程。流体在换热器屮沿管长方向的温度分
2、布如图所示，现截取一段微元來进行研究，具传热面积为dA,微元壁内、外流体温度分别为T、t(平均温度)，则单位时间通过dA冷、热流体交换的热量dQ应正比于壁而两侧流体的温差，即dQ=KdA(T一/)前已述及，两流体的热交换过程由三个串联的传热过程组成：管外对流：dQ】=a.dA{(T-Tw)管壁热传导：dQ2=^-dAm(Tw-tw)b管内对流：dQ3=a2dA2对于稳定传热：dQ=dQ、=dQ2=dQ、dO二丁_几二几一山二⑴—二•°]b]]axdAx加4加a2dA2aldAi与dQ=KdA(T_t),即〃0=占工对比，得:KdA\b=1—1KdAaldAi加a2dA2
3、式中K——总传热系数，w/m2Ko讨论：1.当传热面为平面吋，dA=dAi=dA2=dAm,2.当传热面为圆筒壁时,两侧的传热面积不等,常如此规定)，即取上式中dA=dAP则:11bdA.1dA
4、十11bdx1dxK]2dAma2dA2Kxa{Adma2d2式中Ki——以换热管的外表面为基准的总传热系数；g换热管的对数平均直径,%=(J
5、od2以内表面为基准：丄二丄^+4—+丄K2axdxXdma2以壁表面为基准：丄二丄如+2+丄如Knla{d2a2d2对于薄层圆筒壁申＞＜2,近似用平壁计算(谋差＜4%,工程计算可接受)。d23・1/K值的物理意义：丄二丄+纟虫+丄仏K、
6、admcl2二、总传热速率方程若想求出整个换热器的Q,需要对dQ=KdA(T-t)积分，因为K和(T—t)均具有局部性，因此积分有困难。为此，可以将该式中K取整个换热器的平均值K,(T-t)也取为整个换热器上的平均值△切，则积分结杲如下：Q=KAAtm此式即为总传热速率方程；式中K为平均总传热系数；为平均温度差。三、污垢热阻换热器使韦一段时间后，传热速率Q会下降，这往往是由于传热表面有污垢积存的缘故，污垢的存在增加了传热热阻。虽然此层污垢不厚，由于其导热系数小，热阻大，在计算K值时不可忽略。通常根据经验直接估计污垢热阻值，将其考虑在K中，即丄二丄+亦色业+心仏+丄仏Kax2
7、dm~“2a2^2式中R]、R2——传热面两侧的污垢热阻，m2-K/Wo为消除污垢热阻的影响，应定期清洗换热器。4.4.2热量衡算式和传热速率方程间的关系八丫2占2如图所示的换热过程，冷、热流体的进、出口温度分别为t】、t2,T】、T2,冷、热流体的质量流量为Gi、G2。设换热器绝热良好，热损失町以忽略，则两流体流经换热器时，单位吋间内热流体放出热等于冷流体吸收热。(1)无相变Q=Gicpl(Ti-T2)=G2cp2(t2-t{)或Q=G](H]-H2)=G2(h2-h])(2)有相变若热流体有和变化，如饱和蒸汽冷凝，而冷流体无相变化，如下式所示：Q=G}[r+cp](Ts
8、-T2)]=G2cp2(t}-t2)式中Q—流休放岀或吸收的热量，J/s；/*流体的汽化潜热，kJ/kg；Ts—饱和蒸汽温度(=「)。热负荷是由生产工艺条件决定的，是对换热器换热能力的要求；而传热速率是换热器木身在一定操作条件下的换热能力，是换热器本身的特性，二者是不相同的。对于一个能满足工艺要求的换热器，具传热速率值必须等于或略大于热负荷值。而在实际设计换热器时，通常将传热速率和热负荷数值上认为相等，通过热负荷可确定换热器应具有的传热速率,再依据传热速率来计算换热器所需的传热面积。因此，传热过程计算的基础是传热速率方程和热最衡算式。4.4.3平均温差的计算前已述及，在沿管
9、长方向的不同部分，冷、热流体温度差不同，本节讨论如何计算其平均值心.“,就冷、热流体的相互流动方向而言，可以有不同的流动型式，传热平均温差的计算方法因流动型式而异。按照参与热交换的冷热流体在沿换热器传热而流动时，各点温度变化情况，可分为恒温差传热和变温差传热。一、恒温差传热恒温差传热：两侧流体均发生相变，.「L温度不变，则冷热流体温差处处相等，不随换热器位置而变的情况。如间壁的一侧液体保持恒定的沸腾温度t下蒸发；而间壁的另一侧，饱和蒸汽在温度T下冷凝过程，此时传热而两侧的温度差保持均一不变，称为恒温差传热。t=T
