化工原理.传热过程的计算.ppt

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1、2021/2/71第五节传热过程的计算2021/2/72无热损失:一、热量衡算冷流体热流体Q─热流体放出或冷流体吸收的热量,W;qm1,qm2─热冷流体的质量流量,kg/s;h1,h2─冷流体的进出口焓,J/kg;H1,H2─热流体的进出口焓,J/kg。2021/2/731.无相变,且Cp可视为常数热量衡算式:式中:cp1,cp2──热冷流体的比热容,J/(kg·℃);t1,t2──冷流体的进出口温度,℃;T1,T2──热流体的进出口温度,℃。2021/2/742.有相变时2.1饱和蒸汽冷凝:TS─热流体的饱和温度,℃。r─热流体的汽化潜热,kJ/

2、kg;2.2冷凝液出口温度T2低于饱和温度TS:2021/2/751.恒温传热二、传热平均温度差饱和蒸汽冷凝T液体沸腾t2021/2/762.1一侧恒温、一侧变温tT2T1t2t1T一侧饱和蒸汽冷凝,另一侧冷流体被加热。一侧热流体被冷却,另一侧冷流体沸腾。2.变温传热2021/2/77逆流并流错流折流2.2两侧均有温度的变化:冷热流体的四种流向2021/2/782.2.1逆流和并流时的tmt2T1T2t1逆流t2t1T2T1并流t1t2T2T1t1t2T1T22021/2/79以逆流为例推导假设:（1）稳态传热、稳态流动,qm1、qm2一定;（2

3、）cp1、cp2为常数;（3）K沿管长不变化;（4）热损失忽略不计。t1t2T1T22021/2/710讨论:（1）也适用于并流（2）较大温差记为t1,较小温差记为t2（3）当t1/t2<2,则可用算术平均值代替（4）当t1＝t2,2021/2/711结论:(1)就提高传热推动力而言,逆流优于并流。当换热器的传热量Q及总传热系数K相同的条件下,采用逆流操作,所需传热面积最小。(2)逆流可以节省冷却介质或加热介质的用量,所以换热器应当尽量采用逆流流动,尽可能避免并流流动。2021/2/712（3）在某些生产工艺有特殊要求时,如要求冷流体被

4、加热时不得超过某一温度或热流体冷却时不得低于某一温度,应采用并流操作。（4）当换热器有一侧流体发生相变而保持温度不变时,就无所谓并流和逆流了,不论何种流动形式,只要进出口温度相同,平均温度就相等。2021/2/713三、总传热系数如何确定K值,是传热过程计算中的重要问题。2021/2/714热流体固体壁面一侧固体壁面一侧另一侧固体壁面另一侧冷流体twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ2021/2/715管内对流:管外对流:管壁热传导:对于稳态传热2021/2/716式中K——总传热系数,W/(m2·K)。总热阻总推动力2021/2/717讨论:（1

5、）当传热面为平面时,dA=dA1=dA2=dAm（2）以外表面为基准(dA=dA1):2021/2/718K1——以换热管的外表面为基准的总传热系数;dm——换热管的对数平均直径。（4）以壁表面为基准:（3）以内表面为基准:近似用平壁计算2021/2/719（5）污垢热阻式中R1、R2——传热面两侧的污垢热阻,m2·K/W。污垢热阻Rd的倒数称为污垢系数（dirtyfactor）2021/2/720（6）平壁与薄管的总传热系数计算当传热壁为平壁或薄壁管时,当传热壁热阻很小,可忽略,且流体清洁,污垢热阻液可忽略时,则:2021/2/721（7）换热器

6、中总传热系数的经验值两流体K水－水700～1800有机物－水有机物粘度μ<0.5mPa·s300～800μ＝0.5~1.0mPa·s200～500μ>1.0mPa·s50～300有机物－有机物冷流体粘度μ<1.0mPa·s100～350μ>1.0mPa·s50～250液体－气体10～602021/2/722两流体K气体－气体10～40蒸气冷凝－气体20～250液体沸腾－液体100～800液体沸腾－气体10～60水蒸气冷凝－水1500～4700有机物冷凝－有机物40～350水蒸气冷凝－水沸腾1500～4700水蒸气冷凝－有机物沸腾500～120020

7、21/2/723例题:有一套管式换热器,传热管为φ25mm×2.5mm钢管。CO2气体在管内流动,对流传热系数为40W/(m2·℃),冷却水在传热管外流动,对流传热系数为3000W/(m2·℃)。试求:（1）总传热系数;（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍,总传热系数会增加多少?若管外水的对流传热系数增加一倍,总传热系数会增加多少?2021/2/724四、壁温的计算稳态传热1．大,即b/Am小,热阻小,tW=TW2021/2/725结论:壁温总接近于大的一侧流体的温度2．当tW=TW2021/2/726有一碳钢制造的套管换热器,其内管

8、直径为φ89mm×3.5mm,流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的