传热基本方程及传热计算

第三节传热基本方程及传热计算

从传热基本方程

(4-１1) 或

(4-11ａ)

可知,要强化传热过程主要应着眼于增加推动力与减少热阻,也就就就是设法增大或者增大传热面积A与传热系数K。

在生产上,无论就就是选用或设计一个新得换热器还就就是对已有得换热器进行查定,都就就是建立在上述基本方程得基础上得,传热计算则主要解决基本方程中得及有关量得计算。传热基本方程就就是传热章中最主要得方程式。

一、传热速率Q得计算

冷、热流体进行热交换时,当热损失忽略,则根据能量守恒原理，热流体放出热

量，必等于冷流体所吸收得热量，即,称之热量衡算式。

1．1、无相变化时热负荷得计算

（1）(１）比热法

(4-１2）式中——热负荷或传热速率,Ｊ、s－1或W;

——热、冷流体得质量流量,kｇ、s－1;

——冷、热流体得定压比热，取进出口流体温度得算术平均值下得比热,

ｋＪ、(kg、k)-1;

——热流体进、出口温度,Ｋ(°Ｃ);

－冷流体得进出口温度,K(°C)。

（2)热焓法

(４-13)

式中——物料始态得焓,kJ、ｋg-1;

——物料终态得焓,kJ、kg-1。

2、有相变化时热负荷计算

(４－１４)

式中——发生相变化流体得质量流量,kg、ｓ-１;

——液体汽化（或蒸汽冷凝）潜热,kＪ、kg-1。

注意:在热负荷计算时,必须分清有相变化还就就是无相变化,然后根据不同算式进行计算。对蒸汽得冷凝、冷却过程得热负荷，要予以分别计算而后相加。

当要考虑热损失时,则有:

通常在保温良好得换热器中可取

三、平均温度差得计算

在间壁式换热器中,得计算可分为以下几种类型：

１．1、两侧均为恒温下得传热

两侧流体分别为蒸汽冷凝与液体沸腾时,温度不变,则：=Ｔ-t=常数

２．2、一侧恒温一侧变温下得传热

可推得计算式为:

(４-１5)

式中为进出口处传热温度差得对数平均值,温差大得一端为,温差小得一端为,从而使上式中分子分母均为正值。

当/2时,则:,即可用算术平均值。

３．３、两侧均为变温下得稳定传热

其计算式与式（４-１5）完全一致。

４．4、复杂流动时得计算

流体就就是复杂错流与折流时,其得计算较为复杂,一般用下式计算:

(4-16)

式中——为按逆流操作情况下得平均温度差,

——为校正系数,为P,R两因数得函数,即:=ｆ（P，R)，对于各种换热情况下得值,可在有关手册中查到。

得计算要注意：

（1）(1)计算通常用式(4-１５）所示得对数平均温度差，当／２时，可用算术平均值代替。

（2）(2)为避免不同操作条件下得计算错误，最好用图示出流动方向并注明温度:

逆流

(3）当冷、热流体操作温度一定时,总大于。当要求传热速率一定时,逆流所需得设备投资费用及操作费用均少于并流,故工业生产得换热设备一般采用逆流操作。

四、总传热系数Ｋ得确定

总传热系数Ｋ值有三个来源:一就就是选取经验值ﻩ;二就就是实验测定值；三就就是计算。

１．1、换热器中总传热系数数值得大致范围

换热器中总传热系数K值,可参瞧天津大学编《化工原理》上册,Ｐ2３9表4－2及谭天恩等三人编《化工原理》上册P232表５-3。K值变化范围很大,选取Ｋ值时应注意换热器型式及冷热介质均符合要求。

2．2、现场测定总传热系数

根据传热速率方程式,当传热量Q、传热面积A及平均温度差为已知时,则可测出某换热设备在该工艺条件下得K值。

3．3、总传热系数得计算

两流体通过间壁得传热过程就就是由热流体对管壁对流—管壁热传导—管壁对冷流体得对流所构成得串联传热过程,利用串联热阻得关系,即可导出总传热系数K得计算式。

若以传热管外表面积为基准,其对应得总传热系数K为:

(4-１７）同理,若以传热管内表面积为基准,其对应得总传热系数K为:

（4-１8)

若以传热管壁得平均面积为基准,其对应得总传热系数K为

(４-１9) 由此可见,所取基准传热面积不同，K值也不同,即。

当传热面积为平壁时，则:,此时得总传热系数K为:

（4-20) 当壁阻较小得多时,可忽略不计,此时K为:

(4－

21)

注意:

(１)总传热系数与传热面积得对应关系。所选基准面积不同,总传热系数得数值也不同。手册中所列得K值,无特殊说明,均视为以管外表面为基准得K值。

（2)管壁薄或管径较大时,可近似取，即圆筒壁视为平壁计算。

（3)总传热系数Ｋ值比两侧流体中α值小者还小。

(４)当时,壁阻可忽略不计时，则且

当时,壁阻可忽略不计时,则且

由此可知,总热阻就就是由热阻大得那一侧得对流传热所控制得，即两个对流传热系数相差较大时,要提高Ｋ值,关键在于提高α较小得;若两侧α相差不大时，则必须同时提高两侧得α值,才能提高K值。

五、污垢热阻

污垢得存在,将增大传热阻力,污垢热阻一般由实验测定，其数值范围可参瞧天津大学编《化工原理》上册附录二十二及谭天恩等三人编《化工原理》上册表5-2。对传热面按平壁处理时,其总得热阻为:

（4-19)

式中为管壁两侧得流体得污垢热阻。

六、壁温得计算

壁温可按下式计算：

(4-20)

(4-21)

(4-２2) 壁温总就就是接近对流传热系数值大得一侧流体得温度。壁温得具体计算过程需进行试差。