化工原理 第五章 传热过程计算和换热器
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传热计算
t m，逆
Q Kd 外 L逆 t m 逆
潍坊学院化工本科 化工原理
t 2 t 1 T1 t 2 T2 t 1 76.9C t 2 T1 t 2 ln ln t 1 T2 t 1
t 2 53.4C
L逆 1.56m
第五章 传热
dt Ktds B
d t dQ B
潍坊学院化工本科 化工原理
t 2
t2 ln BKS t1
Q 0
t 1
dt B dQ
第五章 传热
t 2 t 1 B Q
10/21
§5.4.5.4 tm的计算
T1
t2 t1 Q KS KStm t2 ln t1
第五章 传热
潍坊学院化工本科 化工原理
18/21
解： LMTD 法
氨 T=40℃，950kg/h, 1=7000kW/m2K
r=1099kJ/kg
t2=36℃ t1 =32℃ 水 252.5mm,l=4m， N=272 根,m=4, D=700mm T=40℃
比较S需、S实
A实 d 外 l N 0.025 4 272 85.4m 2
污垢 热阻
对流 热阻
8/21
第五章 传热
§5.4.5.4 tm的计算
T2
Q KStm
Q Kd 外 L逆 t m 逆
潍坊学院化工本科 化工原理
t 2 t 1 T1 t 2 T2 t 1 76.9C t 2 T1 t 2 ln ln t 1 T2 t 1
t 2 53.4C
L逆 1.56m
第五章 传热
dt Ktds B
d t dQ B
潍坊学院化工本科 化工原理
t 2
t2 ln BKS t1
Q 0
t 1
dt B dQ
第五章 传热
t 2 t 1 B Q
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§5.4.5.4 tm的计算
T1
t2 t1 Q KS KStm t2 ln t1
第五章 传热
潍坊学院化工本科 化工原理
18/21
解： LMTD 法
氨 T=40℃，950kg/h, 1=7000kW/m2K
r=1099kJ/kg
t2=36℃ t1 =32℃ 水 252.5mm,l=4m， N=272 根,m=4, D=700mm T=40℃
比较S需、S实
A实 d 外 l N 0.025 4 272 85.4m 2
污垢 热阻
对流 热阻
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第五章 传热
§5.4.5.4 tm的计算
T2
Q KStm
谭天恩化工原理PPT课件CH5传热及设备
对流传热系数小结 的数量级
2
《化工原理》电子教案/目录
目录
第四节 间壁式换热器的传热
一、换热器简介 二、间壁式换热器的传热过程分析 三、间壁式换热器的传热过程计算
1、总传热速率方程 2、Q的计算 3、 K的计算 4、tm的计算 5、传热单元数法
设 计 型
习题6、课壁温操的作计型算
3
《化工原理》电子教案/目录
10/141
三、一维平壁稳态热传导
2、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）
特点：同单层平壁 此外，通过每一层的Q（或 q）都相同
对每一层均有：
Q
qA
推动力 热阻
t
t1
Q t1 t2 t2 t3 t3 t4 b1 1 A b2 2 A b3 3 A
和比定理
t1 t4
3
总推动力 总热阻
A
1
A
总推动力 总热阻
牛顿冷却定律：Q At4 t0
《化工原理》电子教案/第五章
Q
t0
t4
12/141
四、一维圆筒壁稳态热传导
1、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 特点：属一维导热，A常数， Q为常数， q常数
Q qA A dt 常数
dr
A 2rL
dt
Q
t
dr
2rL
t1
2
《化工原理》电子教案/目录
目录
第四节 间壁式换热器的传热
一、换热器简介 二、间壁式换热器的传热过程分析 三、间壁式换热器的传热过程计算
1、总传热速率方程 2、Q的计算 3、 K的计算 4、tm的计算 5、传热单元数法
设 计 型
习题6、课壁温操的作计型算
3
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10/141
三、一维平壁稳态热传导
2、无限大多层平壁一维稳态导热（无内热源）
特点：同单层平壁 此外，通过每一层的Q（或 q）都相同
对每一层均有：
Q
qA
推动力 热阻
t
t1
Q t1 t2 t2 t3 t3 t4 b1 1 A b2 2 A b3 3 A
和比定理
t1 t4
3
总推动力 总热阻
A
1
A
总推动力 总热阻
牛顿冷却定律：Q At4 t0
《化工原理》电子教案/第五章
Q
t0
t4
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四、一维圆筒壁稳态热传导
1、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 特点：属一维导热，A常数， Q为常数， q常数
Q qA A dt 常数
dr
A 2rL
dt
Q
t
dr
2rL
t1
化工原理课程设计模板-换热器
化工原理课程设计模板-换热器
1. 引言
换热器是化工过程中常用的设备之一，其主要功能是在流体之间进行热量传递，以实现温度控制、能量回收等目的。本文将介绍化工原理课程设计中换热器的设计过程和要点。
2. 设计目标
在进行换热器设计之前，首先要确定设计的目标。设计目标包括但不限于以下几点：
•确定需要传热的流体的进口温度和出口温度；
•确定传热后流体的温度变化范围；
•确定换热器的热传导面积；
•确定换热器的传热系数。
3. 设计步骤
换热器的设计过程可以分为以下几个步骤：
3.1 确定流体的性质参数
在设计换热器之前，需要明确流体的性质参数，包括流体的密度、比热容以及传热系数等。这些
参数可以通过实验测定或者查阅相关文献获得。3.2 计算流体的传热量
根据热传导定律，可以计算流体的传热量。传
热量的计算公式如下：
Q = m * c * ΔT
其中，Q表示传热量，m表示流体的质量，c
表示流体的比热容，ΔT表示流体的温度变化。
3.3 确定换热器的传热面积
根据热传导定律，可以计算换热器的传热面积。传热面积的计算公式如下：
A = Q / (U * ΔTlm)
其中，A表示传热面积，U表示换热器的传热
系数，ΔTlm表示对数平均温差。
3.4 选择换热器的类型和结构
根据设计要求和实际情况，选择合适的换热器类型和结构。常见的换热器类型包括管壳式换热器、板式换热器等。
3.5 进行换热器的细节设计
在确定了换热器的类型和结构之后，进行换热器的细节设计，包括管道的布置、流体的流动方式以及换热器的材料选择等。
3.6 进行换热器的性能评价
完成换热器的设计之后，进行性能评价，验证设计结果是否满足设计目标。性能评价主要包括换热器的传热效率、压降以及经济性等方面。4. 实例分析
化工原理_17换热器的传热计算
t1 t2
KS tm
t1
总传热速率方程式
9
一、平均温度差法
tm
t2 ln
Baidu Nhomakorabea
t1 t2
t1
对数平均温度差
逆流和并流时计算平均温度差的通式。
10
一、平均温度差法
讨论： （1）在工程计算中，当 t2 / t1 2 时，可用算
术平均温度差（ tm (t1 t2 ) / 2 ）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， 逆流的平均温差较并流的为大。
Qmax (qmcp )min (T1 t1)
较小者具 有较大温
差
换热器中可 能达到的最
大温差
式中 qmCp 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。
20
二、传热单元数法
若热流体为最小值流体，则传热效率为
qm,hcph (T1 T2 ) T1 T2
一、平均温度差法
③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。
tm t tm
一边恒温时 t 1
17
一、平均温度差法
t 值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时
化工原理 第五章 传热
第一节概述
一、传热过程在石油加工和石油化工中的应用
传热就是热量传递过程。因为石油加工和几乎所有的化工过程都是在一定的温度和压力下进行的，因此不论是原料、中间产品，还是产品.都要根据生产工艺要求，进行加热和冷却。如原油在365℃左右进行常压蒸馏，重油在405℃左右进行减压蒸馏(其真空度为720mmHg左右)，经过蒸馏所得到的汽油、煤油、柴油等产品又要冷却到25～40℃左右；再如氮肥生产中，氮气与氢气的混合气体要在一定压力和500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反应的氮气、氢气的分离，则需要经过冷却与冷凝把混合气中的氨以液体形式分离出来。可见，传热过程在石油加工和化工过程中的应用十分广泛。除了生产中原料和产品的加热和冷却外，还常常将生产中排出的高温气体或液体中的热量通过换热加以回收利用；再有一些高温设备和管道的保温以及低温设备和管道的隔热，目的是消弱和抑制热量的传递。这些都是为了节约能源和维持操作稳定进行。因此，传热过程在石油加工和化工生产中占有很重要的地位。此外，人们日常生活也与传热过程密切相关。
化工中的传热过程，常常是在冷流体与热流体之间进行的。冷、热流体有三种基本的接触方式：即直接混合式、间壁式及蓄热式
二、工程上常用的换热方法
1.混合式的换热
混合式换热是冷、热两流体在直接接触和混合中进行的。例如，乙醇水溶液的精馏塔，塔釜中液体可以采取间接蒸汽加热，也可采用直接蒸汽加热。当采用直接蒸汽加热时，即把蒸汽直接通入釜内液体中，用蒸汽冷凝放出的热量来加热液体。生产中常用的混合式换热器有凉水塔、湿式混合冷凝器等。
化工原理传热精品-PPT
得实际意义。 3、试写出有接触热阻存在时多层平壁热传导得计
算公式。 作业题: 1
47
4、3 对流传热概述
48
概述
流体流过固体壁面(流体温度与壁面温度不 同)时得传热过程称为对流传热。它在化工传热 过程(如间壁式换热器)中占有重要得地位。
流体无相变得 对流传热
①强制对流传热 ②自然对流传热
流体有相变得 ①蒸气冷凝
得方式 4、1、3 典型得间壁式换热器 4、1、4 传热速率和热通量
23
基本概念
传热速率
Q,单位时间内通过传热面得热量,J/s,W。 热通量
q,单位面积得传热速率,J/(s,m2),W/m2。
q
dQ dS
传热速率=传热推动力(温度差)/传热热阻
Q＝ Δt R
整个传热 面得热阻
q t R'
单位传热面 积得热阻
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板
20
2、 管壳式换热器
图4-5 单程管壳式换热器
1-外壳 2-管束 3、4-接管 5-封头 6-管板
动画
7-挡板 8-泄水池
21
2、 管壳式换热器
图4-6 双程管壳式换热器 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
动画
22
4、1 概述
4、1、1 传热得基本方式 4、1、2 传热过程中热、冷流体(接触)热交换
算公式。 作业题: 1
47
4、3 对流传热概述
48
概述
流体流过固体壁面(流体温度与壁面温度不 同)时得传热过程称为对流传热。它在化工传热 过程(如间壁式换热器)中占有重要得地位。
流体无相变得 对流传热
①强制对流传热 ②自然对流传热
流体有相变得 ①蒸气冷凝
得方式 4、1、3 典型得间壁式换热器 4、1、4 传热速率和热通量
23
基本概念
传热速率
Q,单位时间内通过传热面得热量,J/s,W。 热通量
q,单位面积得传热速率,J/(s,m2),W/m2。
q
dQ dS
传热速率=传热推动力(温度差)/传热热阻
Q＝ Δt R
整个传热 面得热阻
q t R'
单位传热面 积得热阻
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板
20
2、 管壳式换热器
图4-5 单程管壳式换热器
1-外壳 2-管束 3、4-接管 5-封头 6-管板
动画
7-挡板 8-泄水池
21
2、 管壳式换热器
图4-6 双程管壳式换热器 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
动画
22
4、1 概述
4、1、1 传热得基本方式 4、1、2 传热过程中热、冷流体(接触)热交换
化工原理第五章传热过程计算与换热器
律 •内
•间
•侧
•壁
• (5 -
• (5 -
• 图5-2 套管换热器中的 传热过程
•外 •侧
• (5 -
5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 在稳态条件下
•（
•利用式（5-2）和（5-3），可 得
5-3 ）
•（
5-4
•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
5.2.3 总传热系数与壁温计算
•Leabharlann Baidu2.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 。
5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 3.换热器中总传热系数的范围
5.4 传热效率和传热单元数
• 当传热系数K和比热cpc为常数时，积分上式可得
• 式中NTUc（Number of Transfer Unit）称为对冷流体而言的传热单 元数，Dtm为换热器的对数平均温差。
• 同理，以热流体为基准的传热单元数可表 示
• 在换热器中，传热单元数定义 为
传热过程计算
任一截面上，t T t
三、变温传热时的平均温度差
1. 逆流和并流时的平均温度差
10
1.4 总传热速率方程与传热平均温差
tm
t2 ln
t1 t2
——对数平均温差
t1 (Logarithmic Average Temperature Difference)
当 t2 2 时，可用 t2 t1
t1
1 K0
1
0
Rs0
bd0
dm
Rsi
d0 di
d0
idi
（1） 若i o，则K o
K值永远接近且小于α小(热阻大)侧流体的对流传 热系数值。所以，提高K值的途径是提高小α。 例3-6
（2）两α接近时，须同时提高两侧对流传热系数值。
（3）污垢热阻有时会成为传热的主要阻力：加强水 质处理、适当增加流速、加阻垢剂、定期除垢（机械、 化学）。
K0 0 dm idi
——热阻形式
6
1.3 总传热系数
二、污垢热阻
总热阻
1 K0
1
0
Rs0
bd0
dm
Rsi
d0 di
d0Baidu Nhomakorabea
idi
若传热面为平壁或薄壁时
1 K0
1
0
Rs0
b
Rsi
1
i
例3-5
三、变温传热时的平均温度差
1. 逆流和并流时的平均温度差
10
1.4 总传热速率方程与传热平均温差
tm
t2 ln
t1 t2
——对数平均温差
t1 (Logarithmic Average Temperature Difference)
当 t2 2 时，可用 t2 t1
t1
1 K0
1
0
Rs0
bd0
dm
Rsi
d0 di
d0
idi
（1） 若i o，则K o
K值永远接近且小于α小(热阻大)侧流体的对流传 热系数值。所以，提高K值的途径是提高小α。 例3-6
（2）两α接近时，须同时提高两侧对流传热系数值。
（3）污垢热阻有时会成为传热的主要阻力：加强水 质处理、适当增加流速、加阻垢剂、定期除垢（机械、 化学）。
K0 0 dm idi
——热阻形式
6
1.3 总传热系数
二、污垢热阻
总热阻
1 K0
1
0
Rs0
bd0
dm
Rsi
d0 di
d0Baidu Nhomakorabea
idi
若传热面为平壁或薄壁时
1 K0
1
0
Rs0
b
Rsi
1
i
例3-5
化工原理第五章传热过程计算与换热器
R T1 T2 t2 t1
P t2 t1 T1 t1
第五章 传热过程计算与换热器
16/25
小结
LMTD法------对数平均温差法
Q Ktm A
Q mhc ph T1 T2 Q mc c pc t2 t1
1 1
KA 1 A1
Ra1
b
Am
Ra2
1
2 A2
t m
t2 t1 ln t2
t1 t1
实际传热速率： Q mhc ph T1 T2 mcc pc t2 t1
最大可能传热速率：Qmax mcp min T1 t1
当热流体的热容密度mhcph最小时：
h
T1 T2 T1 t1
热流体实际放出热量速率 最大可能传热速率
T1 t2
当冷流体的热容密度mccpc最小时：
一．恒温差传热
T
t
tm T t
t
二．变温差传热
T
t1 0
T1
t1 浙江大学0本科生课程
过程工程原理
t
并流 t
0
T1 t2
t
A0 T1
T2 t2 t2
t
逆流 t
A0 第五章 传热过程计算与换热器
A T2
A T2 t1
A
13/25
§5.2.4 tm的计算
T1 t1
第五章 传热过程计算与换热器3
(mCp)2/ (mCp)1= 0.5 K 68.35W m 2 K (以内表面计) 1.5m1 cp1T2 96.82C
Cp2=1050J/(kg℃)，
m1
0.5m1
2=210-2cP，
t1=30℃
t2
t2
2=0.0289W/(m℃)，
m2 =2000kg/h
热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。
T2
T2 T2
T2 765.29 4.902t 2 （1）
又
m1c p1 T1 T2 m2c p2 t2 t1
150 T2 0.5t2 30
T2 165 0.5t2
（2）
联立求解式1、2得：t 2 136.37C T2 96.82C
180根191.5mm，长3米，
T1 =150 ℃ t 2 136.37C
t2： t 2
T2： T2
t m
tm
浙江大学本科生课程 化工原理
0 第五章 传热过程计算与换热器
T2 9/23A
-NTU 法
C Rh
mhc ph mc c pc
，C Rc
mc c pc mhc ph
h
T1 T2 T1 t1
c
t2 t1 T1 t1
T1
KA
KA
NTU h mhc ph , NTU c mc c pc
化工原理.传热过程的计算
有机物－有机物 冷流体粘度μ<1.0mPa·s μ>1.0mPa·s
液体－气体
K 700～1800
300～800 200～500 50～300
100～350 50～250 10～60
两流体 气体－气体 蒸气冷凝－气体 液体沸腾－液体 液体沸腾－气体 水蒸气冷凝－水 有机物冷凝－有机物 水蒸气冷凝－水沸腾 水蒸气冷凝－有机物沸腾
变形：
dQ dT
qm1 c p1＝常数
dQ dt
qm2c p2＝常数
d (T t) dT dt 常数 dQ dQ dQ
斜率＝dt t1 t2
dQ
Q
由于dQ KtdA
d(t) t1 t2
KtdA
Q
分离变量并积分：
Q KA t1 t2 ln t1 t2
tm
t1 t2 ln t1
1 1 b 1
KdA 1dA1 dAm 2dA2
式中 K——总传热系数，W/(m2·K)。
讨论： （1）当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm 1 1 b 1
K 1 2
（2）以外表面为基准(dA=dA1):
1 1 b dA1 1 dA1
K1 1 dAm 2 dA2 1 1 b d1 1 d1
t2 T1
T1 t2
t1
T1 t1
逆流
T1
液体－气体
K 700～1800
300～800 200～500 50～300
100～350 50～250 10～60
两流体 气体－气体 蒸气冷凝－气体 液体沸腾－液体 液体沸腾－气体 水蒸气冷凝－水 有机物冷凝－有机物 水蒸气冷凝－水沸腾 水蒸气冷凝－有机物沸腾
变形：
dQ dT
qm1 c p1＝常数
dQ dt
qm2c p2＝常数
d (T t) dT dt 常数 dQ dQ dQ
斜率＝dt t1 t2
dQ
Q
由于dQ KtdA
d(t) t1 t2
KtdA
Q
分离变量并积分：
Q KA t1 t2 ln t1 t2
tm
t1 t2 ln t1
1 1 b 1
KdA 1dA1 dAm 2dA2
式中 K——总传热系数，W/(m2·K)。
讨论： （1）当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm 1 1 b 1
K 1 2
（2）以外表面为基准(dA=dA1):
1 1 b dA1 1 dA1
K1 1 dAm 2 dA2 1 1 b d1 1 d1
t2 T1
T1 t2
t1
T1 t1
逆流
T1
化工原理_17换热器传热计算
KS qm,ccpc
27
二、传热单元数法
若热流体为最小值流体，则
1exp[(NTU)m in(1CR)]
1CR
式中
(NTU)min
KS Cmin
KS qm,hcph
CR
Cmin Cmax
qm,hcph qm,ccpc
28
二、传热单元数法
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
t2t1(T1t1) T2T1(T1t1)
22
二、传热单元数法
（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
d Q q m ,h c p h d T q m ,c c p c d t K ( T t) d S
对于冷流体 dt KdS
T t qm,ccpc
23
二、传热单元数法
25
二、传热单元数法
3.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，
Cmin qm,ccpc
Cmax qm,hcph
令
CR
C min C max
热容量流率比
26
二、传热单元数法
推导可得
1exp[(NTU)m in(1CR)]
1CR
式中
(NTU)min
KS cmin
积分上式得
化工原理讲稿(中国石油大学)第五章 传热3
锅炉给水
未处理的凉水塔用水 经处理的凉水塔用水 多泥沙的水 盐水
0.00026
0.00058 0.00026 0.0006 0.0004
气体
空气 压缩气体 天然气 焦炉气
第五节 两流体间的传热计算
【例题】
空气冷却器，冷却管为φ25×2.5mm的钢管，钢的导热系数λ=45W/(m· K)。空
气在管内流动。已知管外冷却水的对流传热系数为2800 W/(m2· K)，管内空气
K 'o' 70.70W m 2 K 1
K 'o' K o 70.70 37 .53 % 88 .38 % Ko 37 .53
第五节 两流体间的传热计算
(三) 壁温的计算
对一间壁式换热器，假设热流体走外侧：
Q αo Ao(T TW )
Q Tw T o Ao
第五节 两流体间的传热计算
(二) 考虑污垢热阻的总传热系数
换热器在运行一段时间后，流体介质中的可沉积物会在换热表面上生成 垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。
垢层产生附加热阻，使总传热系数减小，传热速率显著下降。
因垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往会成为主 要热阻，必须给予足够重视。
成熟的经验K值作
为设计依据。
第五节 两流体间的传热计算
化工原理(第五章传热第五节)
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流体在管束外横掠流动
化 工 原 理 由于各排的给热系数不同，则整个管束的平均给热系数应按 下式求出： a1A1+ a2A2 + a3A3 + … am = A1+A2 + A3 + … 式中：A1、A2、A3……分别为第一排，第二排，第三排…… 的传热面积； a1 、 a2 、 a3……分别为第一排，第二排，第三排…… 的传热系数。
角系数φ 总辐射系数 C1-2
1 2
Aw1或Aw2 Aw 1 Aw 1 Aw 1 Aw 1
1 ＜1 1 1 1
1 1 C0 + − 1 ε1 ε 2
ε1ε 2C0 ε1C0
1 1 C0 + − 1 ε1 ε 2 1 A 1 C0 + 1 − 1 ε1 A2 ε 2
流体无相变的给热系数
化 工 原 理 流体在圆管内强制湍流 当Re＞10000，Pr=0.6~160，管长与管径比(l/d) ＞50，且 管壁温度与流体平均温度相差不大时，有经验公式：
Nu=0.023Re0.8Prn
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即：
ad = 0.023 ( duρ ) 0.8 Pr µ λ
n
当流体被加热时，n =0.4，当流体被冷却时，n = 0.3
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灰体的辐射能力
第5章 化工原理 传热学
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5.3.1 两流体通过间壁传热的分析
对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中， 与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 当流体被加热或冷去时，一般用另一种流体来 供给或取走热量。这另一种流体称为载热体； 1．加热剂：提供热量的载热体。热水、饱和蒸汽、矿物 油、联苯、熔盐、烟气等； 2．冷却剂：取走热量的载热体。冷水、空气、盐水、液 氨。或氟里昂、液氮。 套管换热器示意（逆流） 大多数情况下不允许传热的两种流体相互混合，因而需要用间壁将它们隔开，这种 传热设备称为热交换器（简称换热器） www.neu.edu.cn
熔盐加热系统是管道 化溶出的关键工序，管道 化溶出工艺中，氧化铝矿 浆加热过程全部在多套管 中完成。
氧化铝管道化溶出 alumina tube digestion www.neu.edu.cn
回转窑：有气体流动、燃料燃烧、热 量传递和物料运动等过程所组成的。 回转窑使燃料能充分燃烧，燃料燃 烧的热量能有效的传给物料，物料 接受热量后发生一系列的物理化学 变化，最后形成成品熟料。
回转窑
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（2）传热的三种基本方式
热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。
根据热力学第二定律，热量总是自动地从温度较高的物体传给温度较的物体；
柴诚敬化工原理课后答案(05)第五章 传热过程基础
第五章 传热过程基础
1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。
解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L
t t S
Q 2
1-=λ 式中 W 50W 1005.0=⨯==IV Q
m 02.0C 50C 200m 02.0212=︒=︒==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得
()()
()()C m W 333.0C m W 5020002.002
.05021︒⋅=︒⋅-⨯⨯=-=
t t S QL λ
2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为
20.30.0003t λ=+，W /(m C)⋅︒。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。
解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2
32212
11b t t S b t t S
Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+⨯=+
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西 安 交 • 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： 大 化 t （1）热流体以对流传热方式将热 工 量传给固体壁面； Q 原 （2）热量以热传导方式由间壁的 Q t 热侧面传到冷侧面； 理 热流体 冷流体 t 电 （3）冷流体以对流传热方式将间 t 子 壁传来的热量带走。 对流 对流 课 热传导 图5-1中还示出了沿热量传递方向从 件 热流体到冷流体的温度分布情况。 图5-1 流体通过间壁的热量交换
图5-2 套管换热器中的传热 过程
据牛顿冷却定律和傅立叶定律 内 侧
t t dQi h wh 1 i dAi
(5-2a)
间 壁
dQm
t wh t wc b dAm
外 侧
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dQo
t wc tc 1 o dAo
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h wh wc c
5.1 传热过程分析
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5.2 传热过程的基本方程
• 5.2.1 热量衡算方程 • 5.2.2 传热速率方程
• 5.2.3 总传热系数和壁温的计算
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西 安 交 • 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 大 略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所 化 吸收的热量。 工 图5-2为一稳态逆流操作的 原 套管式换热器，热流体走管 内，冷流体走环隙。 理 对于整个换热器，其热量 电 的衡算式为 子 Q mh ( H h1 H h 2 ) mc ( H c 2 H c1 ) 图5-2 套管换热器中的传热过程 课 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 件 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。
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5.2.2 传热速率方程
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西 安 交 • 对于整个换热器，传热速率方程可写为 大 (5-1a) 化 m 式中K表示总平均传热系数，简称总传热系数或传 工 2· 热系数， W/ （ m ℃）；A为换热器的总传热面积； 原 tm表示冷热流体的平均传热温差，℃。 理 电 • 由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为 tm tm 子 Q 1 课 R 件 KA 式中R=1/KA为换热器的总传热热阻，℃/W。 返回
热量，W。
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5.2.1 热量衡算方程
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西 安 交 • 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 大 流体传递热量的传热速率可表示为 化 工 t h tc dQ K (th tc )dAo 原 (5-1) 1 理 K dAo ——微分传热速率方程 电 子 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，℃。 课 件
5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 在稳态条件下
dQi dQm dQo dQ （5-3）
利用式（5-2）和（5-3），可得
dQ th twh twh twc twc tc t h tc t t h c 1 b 1 1 b 1 R i dAi dAm o dAo i dAi dAm o dAo
西 安 交 • 将看作常数，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 大 （5-5）可改写为 化 1 1 Ao b Ao 1 工 K o i Ai Am o 原 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 理 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。 电 如对应于Ai的总传热系数Ki 子 课 1 1 b Ai 1 Ai 件 K i i Am o Ao
5.2.2 传热速率方程
Q Kt A
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5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 1.总传热系数的计算
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。
（5-4）
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 1 1 b 1 1 1 dAo b dAo 1 （5-5） dAo i dAi dAm o dAo 或 K o Ko i dAi dAm o 返回 前页 后页 9 主题
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第五章 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
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5.2.1 热量衡算方程
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西 安 交 • 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 大 化 dQ mh dHh mc dHc 工 式中 m为冷热流体质量流率，kg/s；dH表示单位质量流体焓值增 原 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。 理 电 如果在换热器中存在热损失，则在换热器中的传热速率为 mc ( H c 2 H c1 ) Qc Q mh ( H h1 H h 2 ) Qh 子 课 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 件
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西 安 交 • 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： 大 化 t （1）热流体以对流传热方式将热 工 量传给固体壁面； Q 原 （2）热量以热传导方式由间壁的 Q t 热侧面传到冷侧面； 理 热流体 冷流体 t 电 （3）冷流体以对流传热方式将间 t 子 壁传来的热量带走。 对流 对流 课 热传导 图5-1中还示出了沿热量传递方向从 件 热流体到冷流体的温度分布情况。 图5-1 流体通过间壁的热量交换
图5-2 套管换热器中的传热 过程
据牛顿冷却定律和傅立叶定律 内 侧
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• 5.2.1 热量衡算方程 • 5.2.2 传热速率方程
• 5.2.3 总传热系数和壁温的计算
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西 安 交 • 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 大 略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所 化 吸收的热量。 工 图5-2为一稳态逆流操作的 原 套管式换热器，热流体走管 内，冷流体走环隙。 理 对于整个换热器，其热量 电 的衡算式为 子 Q mh ( H h1 H h 2 ) mc ( H c 2 H c1 ) 图5-2 套管换热器中的传热过程 课 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 件 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。
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5.2.2 传热速率方程
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西 安 交 • 对于整个换热器，传热速率方程可写为 大 (5-1a) 化 m 式中K表示总平均传热系数，简称总传热系数或传 工 2· 热系数， W/ （ m ℃）；A为换热器的总传热面积； 原 tm表示冷热流体的平均传热温差，℃。 理 电 • 由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为 tm tm 子 Q 1 课 R 件 KA 式中R=1/KA为换热器的总传热热阻，℃/W。 返回
热量，W。
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西 安 交 • 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 大 流体传递热量的传热速率可表示为 化 工 t h tc dQ K (th tc )dAo 原 (5-1) 1 理 K dAo ——微分传热速率方程 电 子 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，℃。 课 件
5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 在稳态条件下
dQi dQm dQo dQ （5-3）
利用式（5-2）和（5-3），可得
dQ th twh twh twc twc tc t h tc t t h c 1 b 1 1 b 1 R i dAi dAm o dAo i dAi dAm o dAo
西 安 交 • 将看作常数，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 大 （5-5）可改写为 化 1 1 Ao b Ao 1 工 K o i Ai Am o 原 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 理 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。 电 如对应于Ai的总传热系数Ki 子 课 1 1 b Ai 1 Ai 件 K i i Am o Ao
5.2.2 传热速率方程
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5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 1.总传热系数的计算
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。
（5-4）
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 1 1 b 1 1 1 dAo b dAo 1 （5-5） dAo i dAi dAm o dAo 或 K o Ko i dAi dAm o 返回 前页 后页 9 主题
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第五章 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
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5.2.1 热量衡算方程
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西 安 交 • 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 大 化 dQ mh dHh mc dHc 工 式中 m为冷热流体质量流率，kg/s；dH表示单位质量流体焓值增 原 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。 理 电 如果在换热器中存在热损失，则在换热器中的传热速率为 mc ( H c 2 H c1 ) Qc Q mh ( H h1 H h 2 ) Qh 子 课 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 件