化工原理第四章第四节讲稿.ppt

——换热器的热量衡算式
若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度
下的比热时 Q Whcph T1 T2 Wccpct2 t1
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若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝 液在饱和温度下离开。
Q Wh r Wcc pc t2 t1
若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器
0.0265m2 K /W
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K 37.7W / m2 K
K值增加的百分率 K K 100% 37.7 37.5 100%
K
37.5
0.53%
（3）α2增大一倍，即α2 =100W/m2·K时的传热系数 K
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三、总传热系数
1、总传热系数K的来源
1) 生产实际的经验数据 2) 实验测定 3) 分析计算
2、传热系数K的计算
流体通过管壁的传热包括： 1) 热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热
dQ o T Tw dSo
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2) 通过管壁的热传导
dQ Tw tw b
dS m
3) 管壁与流动中的冷流体的对流传热 dQ i tw tdSi
间壁换热器总传热速率为：dQ KT tdS0
dQ
T t 1
KdS0
t R
T TW 1
0dS0
t1 R1
TW
tW b
t2 R2
dS m
tw t 1
t3 R3
i dSi
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利用串联热阻叠加原则：
若管壁内侧表面上的污垢热阻分别用Rsi和Rs0表示，根据 串联热阻叠加原则，
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K
1
1
0
RS 0
Байду номын сангаас
bd
dm
RSi
d0 di
d0
idi
当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，
111
K i 0
若 i＞＞0
则 1 1
K o
•总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制。
•提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α。
K 0 dm i di
或K
1
1 bd0 d0
0 dm idi
同理：
——基于外表面积总传热系数计算公式
1 Ki 1 bd0 d0
i dm 0di
Km
dm
1 b
di
idi 0d0
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3、污垢热阻
在计算传热系数K值时，污垢热阻一般不可忽视，污垢热 阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构以及运行时 间等因素有关。
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解：
（1）求以外表面积为基准时的传热系数
取钢管的导热系数λ=45W/m·K，
冷却水测的污垢热阻Rs1=0.58×10-3 m2·K/W
CO2侧污垢热阻Rs2=0.5×10-3 m2·K/W
则：
1 K
1
1
Rs1
bd1
dm
Rs2
d1 d2
1
2
d1 d2
1 0.58103 0.0025 25 0.5103 25 1 25
依据：总传热速率方程和热量恒算
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一、热量衡算
热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系
对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略 则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸
收的热量。即：Q Wh Hh1 Hh2 Wc Hc1 Hc2
应用：计算换热器的传热量
•两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K
值。
•污垢热阻为控制因素时，则必须设法减慢污垢形成速率或及
时清除污垢。
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例：有一列管换热器，由φ25×2.5的钢管组成。CO2在管内 流动，冷却水在管外流动。已知管外的α1=2500W/m2·K，管 内的α2= 50W/m2·K 。 （1）试求传热系数K； （2）若α1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大 的百分率； （3）若增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增 大的百分率。
第四章 传热
第四节 传热计算
一、能量衡算 二、总传热速率微分方程 三、总传热系数 四、平均温度差 五、传热面积的计算 六、传热单元数法 七、壁温的计算 八、保温层的临界直径
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设计计算 根据生产任务的要求，确定换热器的
传热面积及换热器的其它有关尺寸，
传热计算
以便设计或选用换热器。
校核计算 判断一个换热器能否满足生产任务的 要求或预测生产过程中某些参数的变 化对换热器传热能力的影响。
传热面积不同，总传热系数的数值不同。
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传热基本方程可分别表示为：
Q KiSitm K0S0tm KmSmtm
式中：
Ki、Ko、Km——分别为管内表面积、外表面积和内外侧
的平均表面积的传热系数，w/m2·K
Si、So、Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧
的平均面积，m2。 注：工程上大多以外表面积为计算基准，Ko不再加下标“o”
Q Wh r c phTs T2 Wcc pc t2 t1
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二、总传热速率方程
通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速 率方程，可以仿照对流传热速率方程写出：
dQ K(T t)dS KtdS
——总传热速率微分方程 or 传热基本方程
K——局部总传热系数，（w/m2℃）
物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传 热速率。
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当取△t和k为整个换热器的平均值时，对于整个换热器
，传热基本方程式可写成：
Q KStm
K——换热器的平均传热系数，w/m2·K
或
Q
tm
/
1 KS
1 ——总传热热阻 KS
注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的
2500
45 22.5
20 50 20
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0.0004 0.00058 0.000062 0.000625 0.025
0.0267m2 K /W K 37.5W / m2 K
(2)α1增大一倍，即α1 =5000W/m2·K时的传热系数K’
1 0.0002 0.00058 0.000062 0.000625 0.025 K
dQ T t1 t2 t3
R
R1 R2 R3
1 1 b 1
KdS0 0dS0 dSm i dSi
若以外表面为基准
1 1 bdS0 dS0 dS d dl
K 0 dSm idSi dS0 dSm d0 dm , dS0 dSi d0 di
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1 1 bd0 d0