化工原理第四章第四节.ppt

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1、例：有一列管式换热器，用冷却水使流量为2000kg·h-1的硝基苯从82℃冷却至27℃，冷却水由15℃升至35℃，试求冷却水用量。已知硝基苯的平均定压比热cp1=1.58kJ·kg-1·℃-1，水的平均定压比热cp2=4.179kJ·kg-1·℃-1。设备热损失可忽略。2021/7/28已知：qm1T1、T2、t2、t1、cp1、cp2求：qm22021/7/28第四节总传热过程的分析计算2021/7/28热量衡算总传热速率方程总传热系数平均温度差传热计算举例传热面积的计算总传热过程的计算2021/7/28一、热量衡算冷、热流体在间壁式换热

2、器中进行热交换时，若热损失可忽略，则在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。即：应用：计算换热器的传热量（热负荷）。Q1——单位时间内热流体放出的热量，W或kW。Q2——单位时间内冷流体吸收的热量，W或kW。2021/7/28（1）比热法qm1——热流体的质量流量，kg·s-1。cp1——热流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1。1、冷、热流体在传热过程中均不发生相变化热流体单位时间内放出的热量为：2021/7/28工程上，以定性温度下的定压比热代替平均定压比热进行计算。冷流体单位时间内吸收的热量为：qm2——冷流体的质量流量，

3、kg·s-1。cp2——冷流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1。2021/7/28热流体单位时间内放出的热量为冷流体单位时间内吸收的热量为H1、H2—分别为热流体在温度为T1、T2时的焓值，J·kg-1。h1、h2——分别为冷流体在温度为t1、t2时的焓值，J·kg-1。（2）热焓法2021/7/28（1）冷、热流体均仅发生相变化冷流体吸收的热量为：r1——饱和蒸汽的冷凝潜热，J·kg-1。r2——饱和液体的汽化潜热，J·kg-1。2、冷、热流体在传热过程中发生相变化热流体放出的热量为：2021/7/28a、热流体仅发生相变化，不发生温

4、度变化b、热流体发生相变化同时发生温度变化（2）冷、热流体有一侧发生相变化，另一侧不发生相变化。若热流体发生相变化：2021/7/28例：试计算压力为150kPa、流量为1500kg·h-1的饱和水蒸气冷凝至50℃的水时所放出的热量。解：由附录7（P332）查得，饱和水蒸气在压力为150kPa时的温度为TS=111℃，冷凝潜热为rh=2229kJ·kg-1。依题意知，冷凝水由TS=111℃降温至50℃，则定性温度为蒸汽冷凝时，要放出潜热，又要放出显热。2021/7/28由附录3查得水在80.5℃时的定压比热为所以2021/7/28也可写成：

5、K——换热器的平均总传热系数，W·m-2·℃-1。——总传热热阻经推导：二、总传热速率方程2021/7/28注意：其中K必须和所选择的传热面积A相对应。若间壁为圆筒壁，则以不同传热面积为基准的总传热速率方程为：2021/7/28三、总传热系数1、总传热系数K的来源（1）生产实际的经验数据：表4-7（P332）（2）实验测定（3）分析计算2021/7/282、总传热系数K的计算——总传热系数的通式以传热面积A1为基准的总传热系数为表明：传热过程的总热阻=各串联热阻的叠加2021/7/28若传热面为平壁，总传热系数为：对于圆筒壁，以管外表面为基

6、准的总传热系数为2021/7/28——基于外表面积总传热系数计算公式那么：2021/7/28在总计算传热系数K时，一般不能忽略污垢热阻，常采用污垢热阻的经验值（P149表4-6）对于平壁，若壁面两侧的污垢热阻分别为Rd1和Rd2，则3、污垢热阻2021/7/28对于圆筒壁，若圆筒壁内、外表面的污垢热阻分别用Rdi和Rd0表示，则2021/7/28例：有一套管换热器，由φ25×2.5mm的钢管组成。CO2在管内流动，α1=40W·m-2·℃-1。冷却水在管外流动α2=3000W·m-2·℃-1，钢管的导热系数λ=45W·m-2·℃-1，冷却水

7、测的污垢热阻Rd2=0.21×10-3m2·℃·W-1，CO2侧的污垢热阻Rd1=0.53×10-3m2·℃·W-1。（1）试求总传热系数；（2）保持其他条件不变，试分别计算将α1提高一倍时的Ki’值；将α2提高一倍时的Ki’’值。2021/7/28解：（1）以外表面积为基准的总传热系数为2021/7/28以内表面积为基准的总传热系数为2021/7/28αi增大一倍，即αi=80W·m-2·℃-1时的Ki’(2)总传热系数增加了：2021/7/28当α0增大一倍，即α0=6000W·m-2·℃-1时的Ki’’总传热系数增加了：2021/7/

8、28当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，若则可简化为：2021/7/28总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制（控制热阻），即对流传热系数较小的那一侧。那么提高K值，提高对流传热系