传热过程计算ppt课件.ppt

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1、第5章传热过程计算与换热器5.1传热过程分析5.2传热过程的基本方程5.3传热过程的平均温差计算5.4传热效率和传热单元数5.5换热器计算的设计型和操作型问题5.6传热系数变化的传热过程计算5.7换热器15.1传热过程分析如图5-1所示，热流体通过间壁与冷流体进行热量交换的传热过程分为三步进行：图5-1流体通过间壁的热量交换（1）热流体以对流传热方式将热量传给固体壁面；（2）热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面；（3）冷流体以对流传热方式将间壁传来的热量带走。图5-1中还示出了沿热量传递方向从热流体到冷流体的温度分布情况。25.2传热过程的基本方程5.2.1热量衡算方程5.2.2传

2、热速率方程5.2.3总传热系数和壁温的计算35.2.1热量衡算方程热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化的相互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所吸收的热量。对于整个换热器，其热量的衡算式为图5-2为一稳态逆流操作的套管式换热器，热流体走管内，冷流体走环隙。式中Q为整个换热器的传热速率，或称为换热器的热负荷，W；H表示单位质量流体焓值，kJ/kg；下标1和2分别表示流体的进口和出口。图5-2套管换热器中的传热过程45.2.1热量衡算方程对于换热器的一个微元段，传热面积为dA，冷热流体之间的热量传递满足式中m为冷热流体质量流

3、率，kg/s；dH表示单位质量流体焓值增量，kJ/kg；dQ为微元传热面积dA上的传热速率，W。下标h和c分别表示热流体和冷流体。如果在换热器中存在热损失，则在换热器中的传热速率为式中Q‘h为热流体对环境的散热量，W；Q’C为冷流体对环境的散热量，W。55.2.2传热速率方程如前图5-2所示，在换热器中，任取一微元段dl，对应于间壁的微元传热面积dAo，热流体对冷流体传递热量的传热速率可表示为——微分传热速率方程式中K'表示局部传热系数，W/（m2·℃）；th、tc分别为热流体和冷流体的局部平均温度，℃。(5-1)65.2.2传热速率方程由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为式中R=

4、1/KA为换热器的总传热热阻，℃/W。式中K表示总平均传热系数，简称总传热系数或传热系数，W/（m2·℃）；A为换热器的总传热面积；Dtm表示冷热流体的平均传热温差，℃。对于整个换热器，传热速率方程可写为(5-1a)75.2.3总传热系数与壁温计算1.总传热系数的计算图5-2套管换热器中的传热过程如图5-2所示，设两流体通过间壁进行换热。在换热器中任取一微元段dl，间壁内、外侧的传热面积分别为dAi和dAo。壁面的导热系数为l，壁厚为b。内、外侧流体的温度分别为th和tc，对流传热系数分别为ai和ao。间壁内侧、外侧的温度分别为twh和twc。据牛顿冷却定律和傅立叶定律内侧间壁外侧(5

5、-2a)(5-2b)(5-2c)85.2.3总传热系数与壁温计算在稳态条件下（5-3）利用式（5-2）和（5-3），可得式中Q为换热器总传热面积上的传热速率，W；为传热的总推动力，℃。对比式（5-1）和式（5-4），若以间壁外侧面为传热面积计算基准，则其局部传热系数为（5-4）或（5-5）95.2.3总传热系数与壁温计算将a看作常数，因而求得的局部传热系数K‘亦为常数，不随管长变化，而作为全管长上的总传热系数K，故式（5-5）可改写为选取不同的传热面积作为传热过程计算基准时，其总传热系数的数值不同。因此，在指出总传热系数的同时，还必须注明传热面的计算基准。如对应于Ai的总传热系数Ki1

6、05.2.3总传热系数与壁温计算对于内、外径分别为di和do，长为L的圆管，由于，总传热系数Ko还可以表示为式中dm表示管壁的平均直径，m。在工程上，一般以圆管外表面作为传热过程中传热面积的计算基准。对于厚度为b的平壁，由于内、外侧的传热面积相等，其总传热系数K可表示为115.2.3总传热系数与壁温计算2.污垢热阻如果间壁内、外两侧的污垢热阻分别用Rsi和Rso表示，则根据串联热阻的叠加原理，总传热热阻可以表示为工业上常见流体污垢热阻的大致范围为0.9×10-4～17.6×10-4（m2·K）/W。125.2.3总传热系数与壁温计算3.换热器中总传热系数的范围在进行换热器的传热计算时，

7、通常需要先估计传热系数。表5-1列出了常见的列管式换热器中传热系数经验值的大致范围。热流体冷流体总传热系数K，W/（m2·℃）水水850～1700轻油水340～910重油水60～280气体水17～280水蒸气冷凝水1420～4250水蒸气冷凝气体30～300低沸点烃类蒸汽冷凝（常压）水455～1140高沸点烃类蒸汽冷凝（减压）水60～170水蒸气冷凝水沸腾2000～4250水蒸气冷凝轻油沸腾455～1020水蒸气冷凝重油沸腾140～425表5-