传热过程计算..
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当用传热基本方程式计算整个换热器 的传热速率时,必须使用整个传热面 积上的平均温差。 传热平均温度差的大小及计算方法与 换热器中两流体的相互流动方向及温 度变化情况有关。换热过程中,热流 温度沿程降低,冷流温度沿程升高, 故冷热流体温度差在换热器表面各点 不同。
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换热器中两流体间有不同的流动型式 。 若两流体的流动方向相同,称为并流; 若两流体的流动方向相反,称为逆流; 若两流体的流动方向垂直交叉,称为 错流;若一流体沿一方向流动,另一 流体反复折流,称为简单折流;若两 流体均作折流,或既有折流,又有错 流,称为复杂折流。
(一)热负荷与传热速率 1.热负荷:换热器单位时间内冷热流体所交换的热量。 传热速率:单位时间内通过传热面传递的热量。 2.热负荷与传热速率的区别:
热负荷是生产上要求换热器单位时间传递的热量, 是换热器的生产任务。传热速率是换热器单位时 间能够传递的热量,是换热器的生产能力,主要 由换热器自身的性能决定。为保证换热器完成传 热任务,应使换热器的传热速率大于至少等于其 热负荷。
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3.热负荷的计算方法 (1)焓差法 Qh=qm,h(H1-H2) Qc=qm,c(h2-h1) 若无热损失, Qh= Qc 0℃的液体的焓为零J/kg 蒸汽的焓取0℃的液体的焓为零J/kg作计算基准。 此法使用时受到限制,有些液体的焓很难查到。
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(2)显热法(无相变时) Qh=qm,hCp,h(T1-T2) Qc=qmcCp,c(t2-t1) 若无热损失, Qh= Qc Cp,h、 Cp,c:冷热流体进出口温度范围 内的平均比热,亦是进出口平均温 度下的比热。
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对于一定的传热任务,确定换热器所 需传热面积是选择(或设计)换热器 的主要任务。由传热方程式可知,要 计算传热面积,必须先求得传热速率 Q、传热平均温度差Δtm以及传热系数 K,这些项目的求取涉及到热量衡算、 传热推动力、各种传热方式的规律等 有关理论和计算。
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二、热负荷的计算
冷 流 体 tc
1 1 b 1 令: R KS S S S i i m 0 0
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用平均传热温差t m 代替(t h tc)
式中,K — 总传热系数,W/m2· K。 注意: K 与 S 对应,选Si、Sm 或 S0
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式中
Q--传热速率,W; q--热通量,W/m2; K--比例系数,称为传热系数,
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(二)热量衡算与热负荷的确定 1、热量衡算 以单位时间为基准 Qh=Qc+QL Qh ——热流体放出的热量,kJ/s或kW Qc ——冷流体吸收的热量,kJ/s或kW QL ——热热损失,kJ/s或kW 2、热负荷的确定 若忽略热损失,热负荷取Qh或Qc 若有热损失,哪种流体走管程,就应取哪种 流体的传热量作为换热器的热负荷。
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t h t h , w t h , w tc , w Q 1 b i Si S m
t c,w t c 1 0 S0
th
th tc 因此,Q 1 b 1 i S i S m 0 S 0
t R
热 流 体
Q
Q
th,w
tc,w
① 逆流: t1 T1 t 2 ② 并流: t1 T1 t1
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当两流体在换热过程中均只发生相变时, 热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不 变,称为恒温传热。 换热器的传热推动力可取任一传热截面上 的温度差,即Δtm=T-t。 大多数情况下,间壁一侧或两侧的流体温 度沿换热器管长而变化,称为变温传热。 变温传热时,各传热截面的传热温度差各 不相同。由于两流体的流向不同,对平均 温度差的影响也不相同,故需分别讨论。
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(3)潜热法(有相变) Qh=qm,hγh Qc=qm,cγc 若无热损失, Qh= Qc 注意:a.通过上式可计算载热体或冷流体的 热量。 b.若有热损失 Q= Qc= Qh+ QL 热损失在热流体一侧 Q= Qh= Qc+ QL 热损失在冷流体一侧
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三、传热温度差的计算
K的来源: 实验测定;
取生产实际的经验数据; 计算求得。
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化工过程的传热问题可分为两类:一 类是设计型问题,即根据生产要求, 选定(或设计)换热器;另一类是操 作型问题,即计算给定换热器的传热 量、流体的流量或温度等。两者均以 传热基本方程为基础。下面以设计型 问题为例分析解决传热问题要涉及到 的有关内容。
W/(m2·K); S--传热面积,m2; Δtm--换热器的传热推动力,或称传热 平均温度差,K; R=1/(KS)--换热器的总热阻,K/W; R'=1/K--换热器的总热阻, m2·K/W。
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传热系数K
K Q / St m
K — 传热系数,表示换热设备性能的重要参数
K的物理意义:当冷热两流体之间的温度差为1℃时, 在单位时间内通过单位传热面积的传热量.
传热过程计算
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2.5
总传热速率方程
一、 间壁传热过程:
热量:
热流体 管内壁
对流传热
th
热 流 体
Q
Q
th,w
tc,w
冷 流 体 tc
管外壁
热传导
冷流体
对流传热
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各部分传热速率方程: 管内侧流体 Qi i Si (t h t h,w ) 管壁导热 Qm S m (t h,w t c,w ) / b 管外侧流体 Q0 0 S0 (t c,w t c ) 对稳态传热 Q Qi Qm Qo
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(1) 恒温传热
两侧流体温度恒定:
t m T t 恒定
T t
(2) 变温传热 ① 一侧有温度变化
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②
两侧流体均有温度变化
t1 T2 t2 T1
t1
T1 t2 T2
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t1 t 2 对数平均温度差:t m t1 ln t 2 说明: