傳熱過程計(jì)算ppt課件.ppt

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1、第5章傳熱過程計(jì)算與換熱器5.1傳熱過程分析5.2傳熱過程的基本方程5.3傳熱過程的平均溫差計(jì)算5.4傳熱效率和傳熱單元數(shù)5.5換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問題5.6傳熱系數(shù)變化的傳熱過程計(jì)算5.7換熱器15.1傳熱過程分析如圖5-1所示，熱流體通過間壁與冷流體進(jìn)行熱量交換的傳熱過程分為三步進(jìn)行：圖5-1流體通過間壁的熱量交換（1）熱流體以對(duì)流傳熱方式將熱量傳給固體壁面；（2）熱量以熱傳導(dǎo)方式由間壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面；（3）冷流體以對(duì)流傳熱方式將間壁傳來的熱量帶走。圖5-1中還示出了沿?zé)崃總鬟f方向從熱流體到冷流體的溫度分布情況。25.2傳熱過程的基本方程5.2.1熱量衡算方程5.2.2傳

2、熱速率方程5.2.3總傳熱系數(shù)和壁溫的計(jì)算35.2.1熱量衡算方程熱量衡算方程反映了冷、熱流體在傳熱過程中溫度變化的相互關(guān)系。根據(jù)能量守恒原理，在傳熱過程中，若忽略熱損失，單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量等于冷流體所吸收的熱量。對(duì)于整個(gè)換熱器，其熱量的衡算式為圖5-2為一穩(wěn)態(tài)逆流操作的套管式換熱器，熱流體走管內(nèi)，冷流體走環(huán)隙。式中Q為整個(gè)換熱器的傳熱速率，或稱為換熱器的熱負(fù)荷，W；H表示單位質(zhì)量流體焓值，kJ/kg；下標(biāo)1和2分別表示流體的進(jìn)口和出口。圖5-2套管換熱器中的傳熱過程45.2.1熱量衡算方程對(duì)于換熱器的一個(gè)微元段，傳熱面積為dA，冷熱流體之間的熱量傳遞滿足式中m為冷熱流體質(zhì)量流

3、率，kg/s；dH表示單位質(zhì)量流體焓值增量，kJ/kg；dQ為微元傳熱面積dA上的傳熱速率，W。下標(biāo)h和c分別表示熱流體和冷流體。如果在換熱器中存在熱損失，則在換熱器中的傳熱速率為式中Q‘h為熱流體對(duì)環(huán)境的散熱量，W；Q’C為冷流體對(duì)環(huán)境的散熱量，W。55.2.2傳熱速率方程如前圖5-2所示，在換熱器中，任取一微元段dl，對(duì)應(yīng)于間壁的微元傳熱面積dAo，熱流體對(duì)冷流體傳遞熱量的傳熱速率可表示為——微分傳熱速率方程式中K'表示局部傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；th、tc分別為熱流體和冷流體的局部平均溫度，℃。(5-1)65.2.2傳熱速率方程由傳熱熱阻的概念，傳熱速率方程還可以寫為式中R=

4、1/KA為換熱器的總傳熱熱阻，℃/W。式中K表示總平均傳熱系數(shù)，簡(jiǎn)稱總傳熱系數(shù)或傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；A為換熱器的總傳熱面積；Dtm表示冷熱流體的平均傳熱溫差，℃。對(duì)于整個(gè)換熱器，傳熱速率方程可寫為(5-1a)75.2.3總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算1.總傳熱系數(shù)的計(jì)算圖5-2套管換熱器中的傳熱過程如圖5-2所示，設(shè)兩流體通過間壁進(jìn)行換熱。在換熱器中任取一微元段dl，間壁內(nèi)、外側(cè)的傳熱面積分別為dAi和dAo。壁面的導(dǎo)熱系數(shù)為l，壁厚為b。內(nèi)、外側(cè)流體的溫度分別為th和tc，對(duì)流傳熱系數(shù)分別為ai和ao。間壁內(nèi)側(cè)、外側(cè)的溫度分別為twh和twc。據(jù)牛頓冷卻定律和傅立葉定律內(nèi)側(cè)間壁外側(cè)(5

5、-2a)(5-2b)(5-2c)85.2.3總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算在穩(wěn)態(tài)條件下（5-3）利用式（5-2）和（5-3），可得式中Q為換熱器總傳熱面積上的傳熱速率，W；為傳熱的總推動(dòng)力，℃。對(duì)比式（5-1）和式（5-4），若以間壁外側(cè)面為傳熱面積計(jì)算基準(zhǔn)，則其局部傳熱系數(shù)為（5-4）或（5-5）95.2.3總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算將a看作常數(shù)，因而求得的局部傳熱系數(shù)K‘亦為常數(shù)，不隨管長(zhǎng)變化，而作為全管長(zhǎng)上的總傳熱系數(shù)K，故式（5-5）可改寫為選取不同的傳熱面積作為傳熱過程計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)，其總傳熱系數(shù)的數(shù)值不同。因此，在指出總傳熱系數(shù)的同時(shí)，還必須注明傳熱面的計(jì)算基準(zhǔn)。如對(duì)應(yīng)于Ai的總傳熱系數(shù)Ki1

6、05.2.3總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算對(duì)于內(nèi)、外徑分別為di和do，長(zhǎng)為L(zhǎng)的圓管，由于，總傳熱系數(shù)Ko還可以表示為式中dm表示管壁的平均直徑，m。在工程上，一般以圓管外表面作為傳熱過程中傳熱面積的計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)于厚度為b的平壁，由于內(nèi)、外側(cè)的傳熱面積相等，其總傳熱系數(shù)K可表示為115.2.3總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算2.污垢熱阻如果間壁內(nèi)、外兩側(cè)的污垢熱阻分別用Rsi和Rso表示，則根據(jù)串聯(lián)熱阻的疊加原理，總傳熱熱阻可以表示為工業(yè)上常見流體污垢熱阻的大致范圍為0.9×10-4～17.6×10-4（m2·K）/W。125.2.3總傳熱系數(shù)與壁溫計(jì)算3.換熱器中總傳熱系數(shù)的范圍在進(jìn)行換熱器的傳熱計(jì)算時(shí)，

7、通常需要先估計(jì)傳熱系數(shù)。表5-1列出了常見的列管式換熱器中傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值的大致范圍。熱流體冷流體總傳熱系數(shù)K，W/（m2·℃）水水850～1700輕油水340～910重油水60～280氣體水17～280水蒸氣冷凝水1420～4250水蒸氣冷凝氣體30～300低沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓）水455～1140高沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（減壓）水60～170水蒸氣冷凝水沸騰2000～4250水蒸氣冷凝輕油沸騰455～1020水蒸氣冷凝重油沸騰140～425表5-