化工原理上册天津大学柴诚敬37－38学时.ppt

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1、第五章传热5.3换热器的传热计算5.3.1热平衡方程5.3.2总传热速率微分方程和总传热系数5.3.3传热计算方法1一、平均温度差法对总传热速率微分方程积分，可得总传热速率积分方程传热过程冷、热流体的平均温度差2推导平均温度差的表达式时，对传热过程作以下简化假定：①传热为稳态操作过程；②两流体的定压比热容均为常量；③总传热系数为常量；④忽略热损失。一、平均温度差法31.恒温传热时的平均温度差换热器中间壁两侧的流体均存在相变时，两流体温度可以分别保持不变，这种传热称为恒温传热。冷流体温度热流体温度一、平均温度差法42.变温传热时的平均温度差（1）逆

2、流和并流时的平均温度差逆流并流一、平均温度差法5由热量恒算并结合假定条件①和②，可得常数常数一、平均温度差法6因此，及都是直线关系，可分别表示为上两式相减，可得也呈直线关系。将上述诸直线定性地绘于图5-9中一、平均温度差法7图5-9逆流时平均温度差的推导一、平均温度差法8根据假定条件③，积分上式得总传热速率方程式一、平均温度差法9对数平均温度差逆流和并流时计算平均温度差的通式。一、平均温度差法10讨论：（1）在工程计算中，当时，可用算术平均温度差（）代替对数平均温度差，其误差不超过4%。（2）在冷、热流体的初、终温度相同的条件下，逆流的平均温差较

3、并流的为大。一、平均温度差法11逆流：采用逆流操作，若换热介质流量一定，则可以节省传热面积，减少设备费；若传热面积一定，则可减少换热介质的流量，降低操作费，因而工业上多采用逆流操作。并流：若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。一、平均温度差法12（2）错流和折流时的平均温度差单管程，多管程单壳程，多壳程一、平均温度差法13图5-10错流和折流示意图一、平均温度差法14温差校正系数安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowman）图算法一、平均温度差法先按逆流计算对数平均温度

4、差，然后再乘以考虑流动方向的校正因素。即15具体步骤如下：①根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差⊿t’m。②按下式计算因数R和P：一、平均温度差法16③根据R和P的值，从算图中查出温度差校正系数；④将纯逆流条件下的对数平均温度差乘以温度差校正系数，即得所求的。一、平均温度差法一边恒温时17值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时存在逆流和并流的缘故。通常在换热器的设计中规定，值不应小于0.8，否则值太小，经济上不合理。若低于此值，则应考虑增加壳方程数，将多台换热器串联使用，使传热过程接近于逆流。一、平均温度差法18二、传热

5、单元数法1.传热效率ε换热器的传热效率ε定义为19定义最大可能传热量式中WCp称为流体的热容量流率，下标min表示两流体中热容量流率较小者，并称此流体为最小值流体。换热器中可能达到的最大温差较小者具有较大温差二、传热单元数法20若冷流体为最小值流体，则传热效率为若热流体为最小值流体，则传热效率为二、传热单元数法21若已知传热效率，则可确定换热器的传热量和冷、热流体的出口温度二、传热单元数法22（2）传热单元数NTU由换热器热平衡方程及总传热速率微分方程对于冷流体二、传热单元数法23对于热流体，同样可写出积分上式得基于冷流体的传热单元数基于热流体的

6、传热单元数二、传热单元数法24传热单元数是温度的量纲为一函数，它反映传热推动力和传热所要求的温度变化，传热推动力愈大，所要求的温度变化愈小，则所需要的传热单元数愈少。二、传热单元数法253.传热效率与传热单元数的关系现以单程并流换热器为例做推导。假定冷流体为最小值流体，热容量流率比令二、传热单元数法26推导可得式中二、传热单元数法27若热流体为最小值流体，则式中二、传热单元数法28对于单程逆流换热器，可推导出传热效率与传热单元数的关系为当两流体中任一流体发生相变时二、传热单元数法29当两流体的热容流率相等单程并流换热器单程逆流换热器二、传热单元数

7、法303.传热单元数法采用法进行换热器校核计算的步骤如下：(1)根据换热器的工艺及操作条件，计算（或选取）总传热系数；(2)计算及，确定及；二、传热单元数法31（3）计算：（4）根据换热器中流体流动的型式，由和查得相应的；（5）根据冷、热流体进口温度及，可求出传热量及冷、热流体的出口温度。二、传热单元数法32应予指出，一般在设计换热器时宜采用平均温度差法，在校核换热器时宜采用法。二、传热单元数法33练习题目思考题作业题:8、9、101.对数平均温度差值与哪些因素有关？2.换热器传热计算有哪两种方法，它们之间的区别是什么？3.在管壳式换热器设计中，

8、为什么要限制温度差校正系数大于0.834