传热-传热系数

例 4-13
某厂使用初温为25℃的冷却水将流量为 1.4kg/s的气体从50℃逆流冷却至35℃，换 热器的面积为20m2，经测定传热系数约为 230W/(m2.℃)。已知气体平均比热容为 1.0kJ/(kg.℃)，试求冷却水用量及出口温度。
例 4-14
某套管换热器，空气从管内流过，温度从t1 升至t2，管间为水蒸汽冷凝，管壁及污垢热 阻均可忽略。现欲使空气流量增大一倍， 并要求空气出口温度不变，问加热管需比 原来长多少倍？
复习
1、传热总速率方程 Q KAtm
2、传热平均温度差
tm
t1 t2 ln t1
t2
3、并流与逆流的比较
传热推动力（平均 所需传热面积 温差）
载热体用量
工业上，一般采用逆流操作以节省换热面积
复习
传热负荷Q的计算
无相变 Q Whcp,h (T1 T2 )，Q Wccp,c (t2 t1)
设管外为热流体，管内为冷流体
取传热面积为dA的微元段，各部分传热速率方程：
管外侧流体热对流：dQ 0 (T Tw )dA0
T Tw 1
(0dA0 )
管壁导热：
dQ
(Tw
tw )dAm
Tw tw
(dAm )
管内侧流体热对流：
dQ i (tw t)dAi
tw t 1
(idAi )
水沸腾 轻油沸腾
2000~4250 455~1020
水蒸汽 冷凝
水蒸汽 冷凝
水 气体
1420~4250 30~300
水蒸汽冷凝
重油沸腾 140~425
练习
两流体在一列管式换热器中进行热交换， 根据设计者的估算，该换热器在需要被清 洗时，管壁两侧产生的污垢热阻约共为 5×10-4(m2.℃)/W，而此时的传热总系数K 约为300 W/(m2.℃)，则污垢被清洗后K值 约为＿35＿2.＿9 W/(m2.℃)（按平壁计）。
将K0用K表示，则有：
1 K
1 K0
1
0
Rso
d0 dm
Rsi
do di
1
i
d0 di
表 4-7
5、几点讨论
1 K
1
0
Rso
d0 dm
Rsi
do di
1
i
d0 di
（1）当传热面为平壁或薄管 Ai Ao Am
1 K
1
o
Rso
Rsi
1
i
（2）若为金属管，清洁流体 1 1 do
K o idi
式中，K — 总传热系数，W/（m2·K）
注意： K 与 A 对应，选Ai、Am 或 A0
工程上习惯以管外表面积作为计算的传热面积，即取 A = A0
1 1 1 KodAo 0dA0 dAm idAi
同乘 dAo
1 1 do do K0 0 dm idi
4、污垢热阻
实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻：
6、 壁温计算
管壁较薄，忽略其热阻，稳态传热：
q T tw
1
o
Rso
tw t
1
i
Rsi
结论：壁温接近对流传热系数大的一侧流体温度
五、计算示例与分析
例 4-12（设计型计算） 例 4-13 （操作型计算，试差） 例 4-14 （操作型计算）
例 4-12
某厂要求将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却 至30℃。冷却水走管外与苯逆流换热，进口 水温20℃，出口不超过50℃。已知苯侧和水 侧的对流传热系数分别为850W/(m2.℃)和 1700W/(m2.℃)，污垢热阻和管壁热阻可略， 试求换热器的传热面积。已知苯的平均比热 容为1.9kJ/(kg.℃)，水的平均比热容为 4.18kJ/(kg.℃)。
2）冷源与热源要求
1、温度必须满足工艺要求 2、易于输送、使用调节 3、腐蚀性小，稳定性好，不易结垢，价廉易
得
3）、工业热源与冷源
1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。
2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、 液氮）
P162
表 4-9（工业热源及其适用温度范围）
小结
1、传热系数K的意义及计算 2、冷热流体的对流传热系数相差很远时，K
（3）若为金属薄管，清洁流体
111
重点
K o i
计算
A、管内、外对流传热系数分别为50W/(m2.K) 、1000W/(m2.K) 忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。 47.6 B、管内、外对流传热系数分别为100W/(m2.K) 、1000W/(m2.K) 忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。 90.9 C、管内、外对流传热系数分别为50W/(m2.K) 、2000W/(m2.K) 忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。 48.8
稳态传热:
T
dQ T Tw 1
Tw
tw
tw t 1
(0dA0 )
(dAm )
(idAi )
dQ
T t
1 1
t R
0Biblioteka BaiduA0 dAm idAi
热 Q Tw
Q
流
体 冷
tw 流
体
t
即， 1 1 1 KdA 0dA0 dAm idAi
总热阻等于各部分热阻之和
1 1 1 KdA 0dA0 dAm idAi
六、工业热源与冷源
1）工业上传热过程有3种情况 1、一种工艺流体被加热或沸腾，另一侧使用外来
工业热源，热源温度应高于工艺流体出口温度 2、一种工艺流体被冷却或者冷凝，另一侧使用外
来工业冷源，冷源温度低于工艺流体的出口温度 3、需要冷却的高温工艺流体同需要加热的低温工
艺流体之间进行换热，节约外来热源与冷源降低 成本。
接近于小的对流传热系数 3、壁温接近于大的对流传热系数一侧流体
的温度
作业
第五节自学，预习第六节换热器
仅有相变 Q Whrh
四、传热系数
T
1、传热系数K的物理意义
热 Q Tw
Q
流
是换热器工作效率的重要 体
冷
参数，其值越大换热效果越好。
tw 流
体
2、间壁式传热过程
t
热对流
热流体，T
管壁一侧，Tw 热传导
管壁另一侧，tw 热对流 冷流体，t
定常传热：各传热步骤的传热速率Q相等
3、计算传热系数K的基本公式
（4）欲提高K值，必须着力减小热阻中最大的一个
表 4-8（列管式换热器K值大致范围）
热流体 冷流体 传热系数K
热流体
冷流体 传热系数K
水
水
850~1700 低沸点烃类冷凝
水
轻油
水
340~910 高沸点烃类冷凝
水
455~1140 60~170
重油
水
气体
水
60~280 17~280
水蒸汽冷凝 水蒸汽冷凝