化工原理PrinciplesofChemicalEngineering第四章2023/9/4講授內(nèi)容概述4.1熱傳導(dǎo)4.2對(duì)流傳熱4.3傳熱計(jì)算4.4對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式4.5輻射傳熱4.6換熱器4.72023/9/4本節(jié)講授內(nèi)容4平均溫度差6傳熱單元數(shù)法2總傳熱速率微分方程5傳熱面積的計(jì)算3總傳熱系數(shù)1能量衡算7保溫層的臨界直徑4.4傳熱計(jì)算2023/9/4傳熱計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算

校核計(jì)算

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，確定換熱器的傳熱面積及換熱器的其它有關(guān)尺寸，以便設(shè)計(jì)或選用換熱器。判斷一個(gè)換熱器能否滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求或預(yù)測(cè)生產(chǎn)過程中某些參數(shù)的變化對(duì)換熱器傳熱能力的影響。依據(jù)：總傳熱速率方程和熱量衡算2023/9/4一、熱量衡算熱量衡算是反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系。對(duì)于間壁式換熱器，假設(shè)換熱器絕熱良好，熱損失可忽略，則在單位時(shí)間內(nèi)的換熱器中熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量。即：——換熱器的熱量衡算式應(yīng)用：計(jì)算換熱器的傳熱量（熱負(fù)荷）Q

2023/9/41、換熱器中的兩流體無相變化根據(jù)熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算公式：

流體的比熱容不隨溫度而變或可取平均溫度下的比熱容時(shí)：

恒壓時(shí)：

2023/9/4（1）飽和蒸汽冷凝，冷凝液在飽和溫度下離開：（2）冷凝液的溫度低于飽和溫度離開換熱器：2、換熱器中的熱流體有相變化2023/9/4二、總傳熱速率方程通過換熱器中任一微元面積dS的間壁兩側(cè)的流體的傳熱速率方程：——總傳熱速率微分方程or傳熱基本方程

K——局部總傳熱系數(shù)，（w/m2℃）K的物理意義：在數(shù)值上等于單位傳熱面積、單位溫度差下的傳熱速率。2023/9/4對(duì)于整個(gè)換熱器，傳熱基本方程式可寫成：或——總傳熱熱阻

注意：其中K必須和所選擇的傳熱面積相對(duì)應(yīng)，選擇的傳熱面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值不同?！鱰m和K為整個(gè)換熱器的平均值2023/9/4傳熱基本方程可分別表示為：式中：

Ki、Ko、Km——分別為管內(nèi)表面積、外表面積和內(nèi)外側(cè)的平均表面積的傳熱系數(shù)，w/m2·KSi、So、Sm——換熱器管內(nèi)表面積、外表面積和內(nèi)外側(cè)的平均面積，m2。注：工程上大多以外表面積為計(jì)算基準(zhǔn)，Ko不再加下標(biāo)“o”2023/9/4三、總傳熱系數(shù)1.總傳熱系數(shù)K的來源1）生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)2）實(shí)驗(yàn)測(cè)定3）分析計(jì)算2.傳熱系數(shù)K的計(jì)算假設(shè)熱流體走管程，冷流體走殼程btWtTWT熱流體冷流體2023/9/4流體樂通過恭管壁舊的傳嘗熱包慶括：1）熱塔流體糧（走管房誠(chéng)程）把途熱量類傳遞轎給管屢壁（內(nèi)含壁）的對(duì)懷流傳浮熱：2）呆通過享管壁早的熱灰傳導(dǎo)3）白管壁（外佩壁）與冷夾流體竹的對(duì)宋流傳援熱換熱耐器總破傳熱乖速率陳（以慘外面斜積為答基準(zhǔn)浸）：20喪23莖/6付/3粘0聯(lián)立負(fù)上述美四個(gè)版關(guān)聯(lián)哥式得當(dāng)：若以臉外表暮面為仇基準(zhǔn)20拔23墾/6粗/3張0——薪基于升外表液面積媽總傳在熱系成數(shù)計(jì)涌算公氧式同理備：20威23蹈/6江/3治03.污垢診熱阻在計(jì)組算傳屆熱系無數(shù)K值時(shí)新，污垢源熱阻確一般枯不可灘忽視潔，污垢襲熱阻沖的大雷小與點(diǎn)流體結(jié)的性名質(zhì)、腿流速膠、溫轟度、粱設(shè)備苦結(jié)構(gòu)煙以及燈運(yùn)行做時(shí)間定等因區(qū)素有銀關(guān)。若管干壁內(nèi)觀、外襲側(cè)表蘭面上頃的污湊垢熱孩阻分脈別用Rsi和Rso表示福，根勇?lián)鹇?lián)熱涌阻疊考加原必則，20盤23渣/6脅/3展0當(dāng)傳姻熱面雨為平漸壁或繳薄管旁壁時(shí)爹：當(dāng)管射壁熱到阻和私污垢下熱阻覆均可掏忽略先時(shí)，若則4.提高吊總傳腥熱系匪數(shù)的逝途徑20碰23搏/6鏈/3抖0總熱想阻是勇由熱佩阻大巾的那踢一側(cè)蛙的對(duì)控流傳降熱所低控制罩。提高K值，斗關(guān)鍵寺在于提高對(duì)流航傳熱干系數(shù)較小樓一側(cè)綁的α。兩側(cè)病的α相差撲不大時(shí)，籮則必午須同時(shí)劃提高隊(duì)兩側(cè)潮的α，才能夸提高K值。污垢自熱阻怖為控席制因棋素時(shí)，則與必須設(shè)法命減慢班污垢視形成亦速率我或及側(cè)時(shí)清佛除污豪垢。20轎23傍/6糊/3訪0對(duì)于厘整個(gè)貿(mào)換熱書器，遞傳熱濾基本甚方程日式可貨寫成指：——偵換熱塵器的藏?zé)崃砍煤馑懔R式20腎23擦/6你/3爽0四、柿傳熱趁的平獻(xiàn)均溫總度差恒溫禿差傳刷熱：變溫閘差傳茂熱：傳熱少溫度浩差不隨零位置勉而變的傳摸熱傳熱怠溫度蹲差隨位岸置而嶄改變的傳英熱傳熱流動(dòng)趕形式并流單：逆流岔：錯(cuò)流掀：折流娃：兩流冷體平行龍而同亭向的流曬動(dòng)兩流匆體平行名而反異向的流耐動(dòng)兩流攪體垂直典交叉的流訪動(dòng)一流鋪體只沿一蔑個(gè)方雪向流替動(dòng)，而另一圍流體嶺反復(fù)邁折流20伯23領(lǐng)/6柴/3冬0逆流T1t1t2T2T1t1T2t2并流ST2T1t1t2ST2T1t2t11.逆流料和并狗流時(shí)浩的平父均溫溜差20順23收/6怒/3閘0假定亡：（1直）換催熱器幣在穩(wěn)似態(tài)情透況下創(chuàng)操作乓；（2桿）流違體的乳比熱菌容均胞為常協(xié)量，旦且傳意熱系奔數(shù)K為常某量；（3袋）換肝熱器營(yíng)無熱譽(yù)損失得到槐對(duì)于娘整個(gè)恭換熱前器的倘總傳作熱速革率方盜程：20太23虜/6墾/3鏡0注意命：在應(yīng)握用對(duì)聚數(shù)平型均溫拼度差些計(jì)算賄式時(shí)廢，通貝常將杰換熱哨器兩逐端溫嫌度差△t中數(shù)著值大梅的作閥為△t2，小的左作為△t1當(dāng)時(shí)，可用算術(shù)平均溫度差代替對(duì)數(shù)平均溫度差?！y對(duì)數(shù)刃平均登溫度移差（貢適用雷于并浩流及而逆流益）20扔23虎/6雙/3銷0例：鎮(zhèn)在一曉單殼舞單管晨程無鳴折流農(nóng)擋板逆的列焦管式妄換熱央器中隸，用祖冷卻潤(rùn)水將陪熱流居體由逢10校0℃根冷卻葵至4核0℃瞎，冷伸卻水屠進(jìn)口較溫度疑15寇℃，媽出口動(dòng)溫度爺30皺℃，鴿試求膏在這肥種溫傷度條折件下營(yíng)，逆浪流和莫并流晚的平傷均溫派度差穗。解市：逆流粘時(shí)：熱流熊體：冷流拍體：702520株23仍/6晉/3倆0并流很時(shí)：熱流縮慧體搖：冷流北體棚：8510在冷離、熱擾流體扛初、粥終溫穩(wěn)度相打同的宅條件題下，脖逆流俗的平刷均溫闖度差千大。20徒23災(zāi)/6態(tài)/3墳02.錯(cuò)流懷和折博流時(shí)尖的平陣均溫?fù)矶炔铄e(cuò)流陸和折慮流的賣平均跡溫度椅差，見常采北用安德炮伍德和鮑曼提出辨的圖祝算法休。先按部逆流按時(shí)計(jì)儉算對(duì)山數(shù)平是均溫腫度差△tm逆，然述后乘稈以考址慮流喘動(dòng)型塞式的跑溫度芬修正叔系數(shù)φ△t，得到扔實(shí)際材平均尊溫度撫差△tm。錯(cuò)流折流20耽23伴/6饞/3迅0——海錯(cuò)流塑和折僵流時(shí)瓜的平閘均溫豎度差其中計(jì)算P,漿R的值鞏后,可查疼圖得干到φ△t的值20瀉23延/6幼/3酒0例：蝴通過丘一單珍殼程填雙管嘆程的妙列管臨式換授熱器縫，用衡冷卻雹水將該熱流君體由客10恩0℃安冷卻范至4談0℃陵，冷抗卻水匆進(jìn)口師溫度主15伏℃，駁出口華溫度因30剖℃，哭問此遙時(shí)的撈傳熱姑平均沙溫差學(xué)為多甚少?莖若將椒水的蠶出口垃溫度搏提高烘到3顏5℃棵，平蜓均溫退差又濫為多酬少?逆流時(shí)解：20諒23列/6脆/3糟0又冷惜卻水曠終溫辱提到350C，逆流篇時(shí)：查圖P2示32圖4－19（a）20敏23張/6伙/3旅0查圖軍得：20汗23封/6畢/3盛03.不同隙流動(dòng)籠型式碎的比慕較（1）在進(jìn)漠、出邊口溫其度相卻同的盾條件雞下，逆流繳的平才均溫均度差鋼最大，并流夢(mèng)的平駁均溫禮度差桐最小元；其他子形式劑流動(dòng)脾的平心均溫浴度介鍵于逆么流和礎(chǔ)并流算之間火。因夏此，就提鴨高傳況熱推還動(dòng)力筐而言券，逆鞠流優(yōu)家于并肉流及模其他霧形式釘流動(dòng)蕩。當(dāng)換敬熱器澤的傳青熱量Q及總列傳熱速系數(shù)K相同添的條欺件下盈，采深用逆酸流操眠作，什所需閥傳熱廟面積搜最小即。20越23壟/6懲/3待0（2）逆流書可以告節(jié)省洪冷卻計(jì)介質(zhì)葵或加陶熱介音質(zhì)的村用量弱。所以小，換桂熱器矮應(yīng)當(dāng)厭盡量采用我逆流忙流動(dòng)，盡疊可能避免其并流免流動(dòng)劈燕。在某仍些生溉產(chǎn)工惡藝有共特殊駕要求件時(shí)，如接要求捕冷流套體被財(cái)加熱愧時(shí)不嚷得超追過某竊一溫鏡度或中熱流亦體冷坑卻時(shí)頃不得恐低于勒某一溪溫度援，應(yīng)采愉用并甲流操框作。當(dāng)換芝熱器舟有一扎側(cè)流浩體發(fā)拌生相需變而詞保持慎溫度納不變廁時(shí)，就無謊所謂不并流首和逆擠流了寬，不論痛何種夕流動(dòng)軟型式戴，只點(diǎn)要進(jìn)香出口挖溫度私相同脂，平烈均溫株度就登相等斗。20惑23老/6羅/3云0（3）采用復(fù)折流錯(cuò)和其社他復(fù)濃雜流柳動(dòng)的狹目的新是為你了提芒高傳鑒熱系錢數(shù)，其代價(jià)癢是平陰均溫雷度差由相應(yīng)頌減小，溫衰度修蔬正系頃數(shù)φ△t是用制來表啄示某威種流與動(dòng)型頑式在呼給定刺工況尋下接寶近逆周流的完程度評(píng)。綜縫合利跡弊，察一般總在設(shè)計(jì)冤時(shí)最論好使φ△t＞0鮮.9騰，至政少不匠能使φ△t<0獸.8。否盤則應(yīng)池另選礙其他紅流動(dòng)驢型式警，以克提高φ△t。20服23烘/6窩/3鍋0五、肺傳熱延面積碎的計(jì)冷算1.傳熱搜系數(shù)K為常情數(shù)其中寬：2.傳熱威系數(shù)K為變旗數(shù)20葵23挽/6母/3戲0積分：不能牛用解鼠析法悶求解漂時(shí)，抵可采棵用數(shù)勁值積鴨分、鏡圖解病積分材或分段井計(jì)算閑的方喘法。將每蒙段中則的物供性、順傳熱舟系數(shù)Kj視為維常量葬，分寨段計(jì)云算傳泛熱溫她差△tmj和相串應(yīng)的圈熱流炕量Qj及傳寫熱面緒積Sj，或總傳輪熱面餅積：20綢23鄭/6影/3恢0六、毛傳熱勉單元達(dá)數(shù)法池（自終學(xué)）1.傳熱馬效率εWC釣p：流體量的熱容非量流坦率20后23崗/6裙/3趕0當(dāng)熱允流體向的熱映容量埋流率磚較小博時(shí)若冷俗流體告的熱梨容量燈流率棍較小20鄉(xiāng)豐23墨/6社/3欣02.傳熱蝴單元競(jìng)數(shù)NT約U1）檔傳熱叢單元犬?dāng)?shù)的系定義對(duì)于離冷流來體積分(NT超U)藥c：基于歌冷流耳體的降傳熱崖單元坐數(shù)20拖23別/6蒸/3墻0當(dāng)K與Cp間c為常斧數(shù)，貌且T-暖t可用難平均軍溫度溪差代擋替時(shí)同理,基于寫流體虜?shù)膫鲾R熱單前元數(shù)當(dāng)K與Cp冷h為常悼數(shù)時(shí)20懶23膜/6梯/3危02）捆傳熱賤單元迅數(shù)的妨含義芳：（1竿）對(duì)訊于已佳知的霧換熱子器利員用處飼理的在物料蓄而言活，它倍表示界該換熱屋器的負(fù)換熱甩能力明的大腫小。K與A大，根表示出換熱駁器的酸能力漠大，可脂完成吊更高塵的換線熱要已求（2險(xiǎn)）對(duì)娃已知傳流體宏的換歐熱器燒而言教，它表示價(jià)換熱劫要求退的高抓低與遣換熱溪的難督易程擁度。換熱滅要求悅高，坊即流猜體進(jìn)厲出口史的溫幫差大管；傳痰熱的棋推動(dòng)同力小大，換構(gòu)熱所況需的昏單元映數(shù)大抬。20湊23處/6鼓/3倘03）涌傳熱攏單元血數(shù)的份物理橡意義將改寫成20守23況/6蘆/3涉0基于WC壟p值小均的流譽(yù)體的公傳熱常單元守長(zhǎng)度侮,可視裝為(Wcp)mi舞n的流劇體溫簡(jiǎn)度變緒化與憲傳熱凍溫差努相等拘時(shí)的使換熱敲器的鋼管長(zhǎng)。傳熱可系數(shù)K愈大，即涉熱阻面愈小陰，傳熱慎單元晌長(zhǎng)度勝愈小。換盾熱時(shí)炸所需銅要的放傳熱意面積宇也愈喝小。換熱羊器的上長(zhǎng)度瞞（對(duì)醒于一怕定的墓管徑頓）等叨于傳攻熱單篇元數(shù)勝和傳稻熱單冤元長(zhǎng)巨度的睬乘積鳳。槍一個(gè)穴傳熱隸單元鑼可視執(zhí)為換局熱器貴的一催段20扔23晝/6聚/3蘿03.傳熱雷效率搏與傳過熱單倡元數(shù)避的關(guān)煩系將（跪2）拿代入驚（1繼），校并整劈燕理得并流柏時(shí)20剃23適/6覆/3芳0若冷旦流體諷為最吉小值皺流體,并令Cmi岔n=W素ccpc,Cma滲x=W樓hcph，(N代TU駱)mi昌n=K鈴S/滑Cmi促n20賭23楚/6利/3悶020夏2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