传热系数K的计算

时清除污垢。
四、传热的平均温度差
恒温差传热：传热温度差不随位置而变的传热
传热 变温差传热：传热温度差随位置而改变的传热
并流 ：两流体平行而同向的流动
流动形式
逆流 ： 两流体平行而反向的流动 错流 ： 两流体垂直交叉的流动
折流 ：一流体只沿一个方向流动，而另一流体 反复折流
1．恒温传热时的平均温度差
（2）显热法 此法用于流体在换热过程中无相变化的 情况。计算式如下
Q qm冷c冷 t2 t1
或
Q qm热c热 T1 T2
式中 c热、c 冷——热、冷流体的平均定压比热J/(kg·℃)； T1、T 2 ——热流体进、出口温度，℃；
t1、t 2 ——冷流体的进、出口温度，℃。
当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，
111
K i 0
Biblioteka Baidu
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。
•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
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。
依据：总传热速率方程和热量恒算
一、总传热速率方程
在换热器中传热的快慢用传热速率表示。传热速 率是指单位时间内通过传热面的热量，单位为W。在 间壁式换热器中，热量是通过两股流体间的壁面传递 的，这个壁面称为传热面，单位是m2。两股流体间所 以能有热量交换，是因为它们有温度差。如果以表示 热流体的温度，t表示冷流体的温度，那么温度差就是 热量传递的推动力，用表示，单位为K或℃。实践证明 ：两股流体单位时间所交换的热量与传热面积成正比 ，与温度差成正比，即
式中 Q ——热负荷，W；
Q qm冷 h2 h1
qm热、q m冷——热、冷流体的质量流量，kg/s；
H1、H 2 ——热流体进、出口的焓，J/kg；
h1、h 2 ——冷流体进、出口的焓，J/kg。
焓的数值决定于流体的物态和温度。通常取0℃为 计算基准，规定液体和蒸汽的焓均取0℃液态的焓为0 J/kg，而气体则取0℃气态的焓为0 J/kg。
课堂练习
1、把20kg80 ℃的水与60kg40 ℃的水混合后水温为 。
2、用热水加热溶液，热水0.4kg/s，由90℃变为50℃，热水 比热为4kJ／kg·℃，溶液进口温度为20℃，出口温度不得 超过25℃，已知操作条件下溶液比热为6kJ／kg·℃，相对 密度1.2。 求(1)该换热器的热负荷及溶液用量。 (2)若溶液的流量变为3.2m3/h，求溶液的终温。
必须注意，传热速率和热负荷虽然在数值上一般 看作相等，但其含意却不同。热负荷是由工艺条件决 定的，是对换热器的要求；传热速率是换热器本身的 换热能力，是设备的特征。
热负荷的计算有以下三种方法：
（1）焓差法 利用流体换热前、后焓值的变化计算热负 荷的计算式如下
Q qm热 H1 H 2
或
Q S

t传热推动力 1 传热总阻力
K
式中表示传热过程的总阻力，简称热阻，用 R 表示。即
R 1 K
单位传热面积上的传热速率与传热推动力成正比， 与热阻成反比。因此，提高换热器传热速率的途径 为提高传热推动力和降低传热阻力。
二、热负荷的计算
根据能量守恒定律，在换热器保温良好， 无热损失的情况下，单位时间内热流体放出的 热量 Q冷 等于冷流体吸收的热量 Q热 。即 Q热 Q冷 Q ，称为热量衡算式。
参与传热的冷、热两种流体在换热器内的任一位置、任一时间 ，都保持其各自的温度不变，此传热过程称为恒温传热。例如用 水蒸汽加热沸腾的液体，器壁两侧的冷、热流体因自身发生相变 化而温度都不变，恒温传热时的平均温度差等于
（3）潜热法 此法用于流体在换热过程中仅发生相变化 (如冷凝或气化)的场合。
Q qm热r热
或 Q qm冷r冷
式中 r热、 r冷 ——热流体和冷流体的相变热（蒸发潜
热），J/kg。
例题分析
用0.417kg/s， 80℃硝基苯加热冷水，通过 换热器后冷却到40℃，冷水由由30℃变为 35℃，水比热为4。2kJ／kg·℃，硝基苯比 热为1。6kJ／kg·℃。 求(1)该换热器的热负荷及冷水用量。 (2)若冷水的流量变为6m3/h，求冷水的终温 。
Q St
把上述比例式改写成等式，以表示比例常数，则得 K Q St
称为传热速率方程式。式中称为传热系数，其单位 可由上式移项推导得
K Q W/（m2·K）或 W/（m2·℃） St
从的单位可以看出，传热系数的意义是：当温度 差为1时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量。 显然，值的大小是衡量换热器性能的一个重要指标， 值越大，表明在单位传热面积上在单位时间内传递的 热量越多。
1 1 bd0 d0
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
Ki
1
1 bd0

d0
i dm i di
Km
dm
1 b
di
idi 0d0
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。
生产上的换热器内，冷、热两股流体间每单位时 间所交换的热量是根据生产上换热任务的需要提出的 ，热流体的放热量或冷流体的吸热量，称为换热器的 热负荷。热负荷是要求换热器具有的换热能力。
一个能满足生产换热要求的换热器，必须使其传 热速率等于（或略大于）热负荷。所以，我们通过计 算热负荷，便可确定换热器的传热速率。
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
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