子任務(wù)1-知識點2：傳熱過程計算

1、淄博職業(yè)學(xué)院離子膜燒堿生產(chǎn)操作課程教學(xué)方案教師： 序號：授課時間授課班級上課地點多媒體教室學(xué)習(xí)內(nèi)容任務(wù)2 二次鹽水的精制子任務(wù)1：一次鹽水的預(yù)熱知識點2：傳熱過程計算學(xué)時2教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力能分析圓筒管式換熱器內(nèi)的流體流動狀態(tài)與傳熱過程；能完成圓筒壁傳熱速率的計算能正確分析對流傳熱過程； 能計算對流傳熱過程的平均溫度差t，并給出一個解釋； 會根據(jù)生產(chǎn)實際的需要選擇間壁式傳熱的的形式；方法能力學(xué)會對流傳熱分析方法，學(xué)會控制傳熱溫度指標(biāo)的方法，并分析其變化的規(guī)律， 社會能力善于利用各種教學(xué)資源，能與小組成員密切配合，積極完成對流傳熱操作工作任務(wù)。目標(biāo)群體之前已學(xué)習(xí)了傳熱的基本理論與傳熱速率的計算公式

2、，明白了平壁傳熱與圓筒壁傳熱的計算方法，提高了學(xué)生的完成換熱操作任務(wù)的基礎(chǔ)能力，樹立了干好工作的自信心，為完成對流傳熱的工作任務(wù)打下了堅實的基礎(chǔ)。教學(xué)環(huán)境多媒體教室教學(xué)方法Ø 討論提問法和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法時間安排教學(xué)過程設(shè)計一、任務(wù)資訊1. 要求學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)檢索化工生產(chǎn)中對流傳熱過程中的傳熱過程與二次鹽水精制要求的信息；2.工作任務(wù)書中對工作完成的基本要求的相關(guān)信息；3.理清對流傳熱操作過程平均溫度差t的計算思路，明確其計算意義。二、任務(wù)決策根據(jù)需要完成二次鹽水精制的工作任務(wù)，需要先學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)過程中關(guān)于傳熱中對流傳熱的相關(guān)知識，然后才能更有效地完成二次鹽水的傳熱過程的操作，由師生分組討

3、論共同參與制訂完成任務(wù)的決策方案，并不斷地進行完善與改進。 三、任務(wù)計劃根據(jù)決策方案的完成要求和完成任務(wù)需要的時間，由教師指導(dǎo)，組長組織成員完成工作任務(wù)實施的工作計劃。完成化工液體對流傳熱的知識與對流傳熱溫差的計算需要2學(xué)時。四、任務(wù)實施教師指導(dǎo)任務(wù)完成的總體規(guī)劃，介紹任務(wù)完成需要的條件要素，把完成本次任務(wù)二次鹽水的精制的相關(guān)圖紙、知識點和相關(guān)的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)介紹給小組每一位成員。小組成員獲得了相關(guān)信息之后，在化工仿真操作實訓(xùn)室和化工單元設(shè)備操作綜合實訓(xùn)室，開始技能操作訓(xùn)練學(xué)習(xí)，并做好學(xué)習(xí)記錄。具體實施步驟為： 圓筒壁的熱傳導(dǎo)(難點)圖2-8 單層圓筒壁的熱傳導(dǎo) a 單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)(重點與難點)

4、 在化工生產(chǎn)的熱交換器中，常采用金屬管道作為筒壁，以隔開冷、熱兩種載熱體進行傳熱，如圖2-8所示。 （2-5） 式中，帶入上式得： （2-6） 式中r均在工程計算中，采用對數(shù)平均值： （2-7）當(dāng)時，可用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值。算術(shù)平均值為： （2-8）由式（2-8）可以得出單層圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻為： （2-9） b 多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)由不同材質(zhì)構(gòu)成的多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)也可以按多層平壁的熱傳導(dǎo)處理，但作為計算各層熱阻的傳熱面積不再相等。而應(yīng)采用各層的對數(shù)平均面積。對于圖（2-9）所示的三層圓筒壁，其公式為：圖2-9三層圓筒壁的熱傳導(dǎo)（2-10）（四）傳熱的方式二對流傳熱 牛頓冷卻定律a 對流傳

5、熱分析 b 對流傳熱方程 （2-11）對流傳熱方程式，也稱為牛頓冷卻定律。稱為對流傳熱系數(shù)（或給熱系數(shù)），其單位為W/（m2·）。則對流傳熱過程的熱阻R對為： （2-12） 影響對流傳熱膜系數(shù)的因素影響對流傳熱系數(shù)的因素很多，凡是影響邊界層導(dǎo)熱和邊界層外對流的條件都和有關(guān)。（五）間壁兩側(cè)流體的傳熱 總傳熱速率方程傳熱速率Q是指單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量，單位為W 。 （2-13）傳熱速率方程式K：傳熱系數(shù)， W/(m2·K) 或 W/（m2·）傳熱系數(shù)的意義：當(dāng)溫度差為1K時，在單位時間通過單位面積所傳遞的熱量。顯然，K值的大小是衡量換熱器性能的一個重要指標(biāo)，K值

6、越大，表明在單位傳熱面積上在單位時間內(nèi)傳遞的熱量越多。 （2-14）1/K表示傳熱過程的總阻力，簡稱熱阻，用R表示。即： 熱負荷Q熱=Q冷=Q，熱量衡算式。熱負荷的計算：a 顯熱法 此法用于流體的換熱過程中無相變化的情況。 或 （2-15）b 潛熱法 此法用于流體在換熱過程中僅發(fā)生相變化（如冷凝或氣化）的場合。 或 （2-16）式中 r熱、r冷熱流體和冷流體的相變熱（蒸發(fā)潛熱），J/kg。 實例計算2-4 將0.5kg/s，80的硝基苯通過一換熱器冷卻到40，冷卻水初溫為30，出口溫度不超過35。已知水的定壓比熱容為4.19kJ/(kg·)，試求該換熱器的熱負荷及冷卻水用量。 傳熱的

7、推動力及兩流體的流向分析推動力：溫度差。平均傳熱溫度差t均代替t，即： 均的數(shù)值與流體的流動情況和溫度變化情況有關(guān)。a 間壁式換熱器中兩流體的流向 圖2-11 間壁式換熱器中兩種流體的流向 b 平均溫度差的計算 () 恒溫傳熱時的平均溫度差 （2-17）() 變溫傳熱時的平均溫度差單側(cè)變溫時的平均溫度差：圖2-12所示為一側(cè)流體溫度有變化，另一側(cè)流體的溫度無變化的傳熱。見圖2-12 (a)、圖2-12 (b)。其溫度差的平均值均可取其對數(shù)平均值。 （2-18）式中取。為傳熱過程中最初、最終的兩流體之間溫度差。圖2-12 一側(cè)流體變溫時的溫差變化 在工程計算中，當(dāng)時，可近似地采用算術(shù)平均值，即：

8、 （2-19）算術(shù)平均溫度差與對數(shù)平均溫度差相比較，在時，其誤差4%。雙側(cè)變溫時的平均溫度差：如圖2-13所示。圖2-13間壁兩側(cè)流體無相變，且為并流或逆流的溫度變化1） 并流和逆流時的平均溫度差。 并流與逆流兩種流向的平均溫度差計算式與（2-18）完全一樣，即：b 平均溫度差的計算 (重點) 2） 錯流和折流時的平均溫度差。各種流動情況下的溫度校正系數(shù)t,，可以根據(jù)R和P兩個參數(shù)查圖2-14獲得。 總傳熱系數(shù)(重點與難點) 總傳熱系數(shù)a 現(xiàn)場實測b 采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)表2-2 列管式換熱器中傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗值冷流體熱流體傳熱系數(shù)K/W/（m2·）冷流體熱流體傳熱系數(shù)K/W/（m2

9、3;）水水8501700氣體水蒸氣冷凝30300水氣體17280水低沸點烴類冷凝4551140水有機溶劑280850水高沸點烴類冷凝60170水輕油340910水沸騰水蒸氣冷凝20004250水重油60280輕油沸騰水蒸氣冷凝4551020有機溶劑有機溶劑115340重油沸騰水蒸氣冷凝140425水水蒸氣冷凝14204250c 計算法間壁傳熱過程包括三個連續(xù)的過程：Ø 熱流體在流動過程中把熱量傳給間壁的對流傳熱。Ø 通過間壁的熱傳導(dǎo)。Ø 熱量由間壁另一側(cè)傳給冷流體的對流傳熱。1）傳熱面為平壁則 多層平壁。式（2-21）分母中的一項可以寫成，則 （2-21a） 若固

10、體壁面為金屬材料。固體金屬的熱導(dǎo)率大，而壁厚又薄，一項與和和相比可略去不計，則 (2-21b) 當(dāng)時，K值接近與熱阻較大一項的值。當(dāng)兩個值相差很懸殊時，則K值與小的值很接近，如果，則； ，則。 實例計算3-8 器壁一側(cè)為沸騰液體為5000W/（m2·）,器壁另一側(cè)為熱流體為50 W/（m2·）,壁厚為4mm，為40W/（m·）。求傳熱系數(shù)K值。為了提高K值，在其它條件不變的情況下，設(shè)法提高對流傳熱系數(shù)，即.將提高一倍； b.將提高一倍。解 W/（m2·） .其它條件不變，將提高一倍，即=2×5000=10000 W/（m2·） W/（

11、m2·）b.其它條件不變，將提高一倍，即=2×50=100 W/（m2·） W/（m2·） 上述計算結(jié)果說明，傳熱系數(shù)K總是接近于值小的值，或者說由最大熱阻所控制。 壁面的溫度。穩(wěn)定傳熱過程中熱流體對壁面的對流傳熱量及壁面對冷流體的對流傳熱量均相等，即：2）傳熱面為圓筒壁 （2-22a） ， （2-22b） （2-22c） 污垢熱阻 （2-23）間壁兩側(cè)流體間傳熱總熱阻等于兩側(cè)流體的對流傳熱熱阻、污垢熱阻及管壁熱阻之和。 傳熱過程的強化途徑a 增大傳熱面積Ab 增大平均溫度差c 增大傳熱系數(shù)K采用的措施：() 提高流速，流速增大Re隨之增大，層流邊界層隨之減薄。() 增強流體的人工擾動，強化流體的湍動程度。() 防止結(jié)垢和及時清除垢層，以減小污垢熱阻。五、教學(xué)檢查根據(jù)對流傳熱操作的