没有幻灯片标题 - 济南大学化学化工学院

T1 T2 dT d T t T1 t 2 T2 t1
2014-9-22
t 2 t1 dt d T t T1 t 2 T2 t1
第 6 章 传热
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T1 T2 dT d T t T1 t 2 T2 t1
T2
T1
T2
T1
t2 t2
T2
t1
t1
t1
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第 6 章 传热
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在换热器内，热流体温度不断降低，冷流体温度不断升高，因此， 换热器内不同的部位，传热的温度差是不同的。 但是，因为是定 常态传热，换热器内，热流体的温度分布一定，冷流体的温度分布 也一定。故一定存在着一个与时间、位置无关的平均温度差。 下面分析
t m
与T1 , T2 , t1 , t2 之间的关系
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第 6 章 传热
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因定常态， 热容流率 比是常数。
q m 1 C p 1 T T2 q m 1 C p 1 T1 T
q m 2 C p 2 t t 1 q m 2 C p 2 t 2 t
T '20 ln T '80
Q 69.6o C AK '
60 69.6 T '20 ln T '80
第 6 章 传热
解得： T ' 123.8o C
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第6章 传热（12学时）
第5讲：
6.6.3换热器的设计型计算 6.6.4 换热器的操作型问题 消元法 传热单元法 综合例题
"
K”比K增加仅6%
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例2:壁温的计算
某一蒸发器，管内通90oC的热流体进行加热，给热系数为 1160W/(m2.oC) 。管外有某种流体沸腾，沸点为50oC，给热系数 为5800 W/(m2.oC) 。试求以下两种情况下的壁温。 1、管壁无污垢； 2、外侧有污垢，污垢热阻为Rs2=0.005m2.oC/W 解：忽略管壁热阻
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注意：
r ro 1 1 ro 1 Ri o Ro K i ri ri rm o
即从热阻值大的一侧入手。
壁温判断
q T Tw Tw t w t w t 1 1
因为是稳定连续的传热过程。
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T t1 KA ln T t 2 qm 2 C p 2
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T2
T1
t2
t1
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传热基本方程式的应用
例1：在传热面积为10m2的管壳式换热器中，用工业水冷却各车间 的离心泵油封废水，工业水走管程，进口温度为20℃，废水走壳程， 进口温度70℃，逆流操作。当工业水流量为1.0kg/s时，测得工业水 与废水的出口温度分别为40℃和29℃，当工业水流量增加一倍时， 测得废水的出口温度为24℃，管壁和污垢热阻均可不计。两种水的 比热均取4.2kJ/(kg℃).计算原工况下管程和壳程的对流给热系数各 为多少？
第 6 章 传热
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例2：一传热面积为15m2的列管式换热器，壳程用110oC的饱和水蒸气将管程 某溶液由20oC加热到80oC ，溶液的处理量为2.5×104kg/h ，比热为 4kJ/(kg.k) ，试求此操作条件下的总传热系数。该换热器使用一年之后，由于 污垢热阻增加，溶液的出口温度降为72oC ，若要使溶液的出口温度仍保持为 80oC ，则需要将加热水蒸气的温度提高到多少温度？
t 2 t1 dt d T t T1 t 2 T2 t 1
qm1C p1 (T1 T2 ) Q
qm 2C p 2 (t 2 t1 ) Q
公式中K与A要对应 KiAi＝KoAo
t 2 t1 t m t 2 ln t1
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1 1 Ao A0 1 K i Ai Am 0
1 1 1 平壁： K i 0
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在整个传热面积范围内K是同一常数,其由两侧的对流传热系数和壁的导热系 2014-9-22 第 6 章 传热 数及壁厚度所决定.
Ai 2ri L Ao 2ro L Am 2rm L
Q KAt m
T2
t1
t2
T1
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qm1C p1 (T1 T2 ) qm 2C p2 (t2 t1 )
' qm1C p1 (T1 T2' ) 2qm2C p2 (t2 t1 )
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ro ri rm ro ln ri
故面积比就等于直径比、半径比。 注意： K与A相对应 1 1 ro r0 1 K i ri rm 0 若内壁污垢热阻为 Ri ;外壁污垢热阻为Ro , 热阻单位
m 2 o C W
ro ro 1 1 ro 1 Ri Ro K i ri ri rm o
1

2
第 6 章 传热
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例:保温层厚度的计算
管内150oC的饱和水蒸气,管内给热系数为5000W/(m2.oC)。管子外径 80mm，壁厚3mm。管道外环境温度为20oC,保温层外表面对环境的 给热系数为7.6W/(m2.oC)。管壁的导热系数为53.7W/(m.oC),保温材 料的平均导热系数为0.075W/(m.oC)。若使每米管长的热损失不超 过75W/m，保温层的厚度至少应为多少？
Q qmC P 1 (T1 T2 ) qmC P 2 (t 2 t1 )
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J W s
2
6.6.1 传热速率和总传热系数
首先考虑一微元面积上（换热器微元长度上）的传热量
dQ i dAi (T Tw ) dQ
解： （1） Q q C ( t t ) 6 106 KJ / h m p 2 2 1
110 110 20 80


t m
90 30 54.6o C 90 ln 30
A 15m 2
Q KAt m
K
Q KJ W 7.33 103 2036 At m h m 2 o C m 2 o C
2、
忽略管壁热阻，
'
' 2
2 2
1 1 W K 147.4 2 d 1 1 1 m K 2 ' 0.00123 2 90 1 d1 2
K’ 比K增加了83%
3、忽略管壁热阻， 1' 2 1
1 1 W K 85.3 2 d 0 . 00123 1 1 1 m .K 2 2 90 2 1 d 1 2




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传热平均温度差：
在换热器的某截面：
将 dT , dt 用 d(T-t) 代替。
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第 6 章 传热
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T1
T2
t2
T1 t 2
t1
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t2
t
第 6 章 传热 15
换热过程的操作线
T1 T2 t 2 t1
利用热传导式求δ2
Q l
T t ri 1 ri 1 2 1 1 1 1 ln ln i 2ri 21 ri 22 ri 1 o 2ri 1 2
或者
Q K 2 r1 1 2 L T t
定常态传热过程
dAm (Tw t w )

dQ o dAo (t w t )
dQ K dA (T t )
若以管外侧面积为基准 、
分析是否可以将dA扩展到整个传热面积A 上？ i o 都是总面积上的平均值，我们希望得到在总面积上为不变值的总传热系数 K 。
1 K d d 1 16 0.0015 16 1 1 1 2 2 40 14.5 90 1 d 1 d m 2 1000 13 1 W 80.8 2 0.00123 0.00004 0.011 m K 1
2、
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Q KAt m
若传热过程中，某一种流体为恒温（例如水蒸气冷凝），另一 种流体变温，传热基本方程式的形式可以变化，并且此时无需 分辨是逆流还是并流。 (T t1 ) (T t 2 ) T1 T2 qm 2C p 2 ( t 2 t1 ) KA T2 T t1 T1 ln T t2 t2 ( t 2 t1 ) t1 qm 2C p 2 ( t 2 t1 ) KA T t1 ln T t2
第 6 章 传热
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6.6.2 传热平均温度差与传热基本方程式
我们已经分析得到了在整个传热面积范围内是常数的总传热系数 K ,我们希望得到在整个传热面积范围内适用的传热速率的表达式， 传热温度差采用一平均值。
Q KAT t m KA t m
T1
t2
根据间壁两侧流体温度沿传热面是否有变化，可将传热分为恒温传热和变温传热。
110 110 20 72
2
t m '
90 38 60.3o C 90 ln 30
K'
Q' W 1596 2 o At m ' m C
保持Q 、t2=80oC不变，
t m ' '