化工原理傳熱與設(shè)備

1、化工原理傳熱與設(shè)備第1頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理4. 傳熱4.1 傳熱及基本方程熱的傳遞 自然界、技術(shù)領(lǐng)域 溫差存在的地方 熱流方向 高溫 低溫 工業(yè)： 強化 削弱方式：熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）：連續(xù)存在溫度差 靜止物質(zhì) 無宏觀位移 介質(zhì) ：金屬-自由電子 不良導(dǎo)體與液體-分子動量傳 氣體-分子不規(guī)則運動 對流傳熱：質(zhì)點發(fā)生相對位移，流體中，多指流體到壁面， 自然對流（溫差） 強制對流（外力） 輻射傳熱：電磁波在空間的傳遞 不需介質(zhì) 互相照得見 能量形式轉(zhuǎn)變 熱能輻射能熱能第2頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二分類：穩(wěn)定傳熱-溫度不隨時間變

2、化/不穩(wěn)定傳熱-溫度隨時間變化傳熱速率： W J/s 單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量。 穩(wěn)定傳熱是常量4.2 熱傳導(dǎo) （基本概念與傅立葉定律）4.2.1 溫度場和溫度梯度 溫度分布 t=f(x.y.z.) 不穩(wěn)定與有關(guān)，穩(wěn)定則與無關(guān) 溫度場:溫度分布的總和 等溫面： 同一時刻 ，溫度相等的點構(gòu)成的面 ，彼此互不相交 溫度梯度： t 溫度差, n垂直距離 Q的傳遞方向與溫度梯度的方向相反第3頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二Q溫度梯度 t / nt + tt0 xtt1t2b0b1b2b3xtt1t2t 3t4123QQ單層與多層平壁熱傳導(dǎo)第4頁，共101頁，2022年，5月

3、20日，0點34分，星期二4.2.2 傅立葉定律： dQdA ( t / n )導(dǎo)熱系數(shù) W/(m.K) 的情況見圖表 P166 d Q /dA. q =Q/A J/s.m2 熱通量第5頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二的情況 金 屬 t, 一般 大致范圍W/m2.K %，大都 大多為負 2.3420 =0（1+ t） 非金屬 建筑材料 通常, 大多為正 0.053 絕緣材料 t, 0.0250.25 液體金屬 t, 大多 液 體 非 金 屬 t, 除水與油 0.090.6 %， 有機物水溶液m =0. 9 ai i m 有機物互溶液m =ai i ai質(zhì)量分率 氣 體

4、 t, ,（p2105kpa,p10000 0.6Pr50 L/d2 10000 0.7Prt平 t 冷卻 twt 由于 Pr1 n=0.4 時 n=0.3 氣： t t Pr1 t平 一樣 校正解釋類同 由于 tw 未知 近似 液體 加熱 =1.05 冷卻 =0.95 氣體 =1.0第24頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二圓形直管內(nèi)強制層流 若d小、t=（Tw-t）小、/大時，自然對流對層流的影響忽略 Nu=1.86 Re1/3Pr1/3(d2/l)1/3(/w)0.14 Re2300 0.6 Pr10 Gr25000時，校正 f=0.8(1+0.015 Gr1/3)

5、 例 1圓形直管過渡流 Re=2300 10000 湍流計算再 校正 =f f=1-(6*105)/Re1.8 彎管內(nèi)強制對流 =(1+1.77d2/R) -圓形直管非圓形管內(nèi)強制對流 dde 近似 套管環(huán)隙內(nèi) =0.02(/de)(d1/d2)0.5Re0.8Pr1/3 Re=12000 220000 d1/d2=1.65 17 T進出口算術(shù)平均 u d 第25頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二管外強制對流 橫向流過管束外強制垂直流動 Nu=CnRen Pr0.4 C n n 見 P201 表43 特尺 d1 管外 u最窄處umax 定溫 - 進出口平均值 Re=50

6、00 70000 x1/d=1.2 5 豎向 , x2/d=1.2 5 橫向 換熱器管間流動固定板式換熱器.swf 圓缺型折流板 P202 圖425 Nu=de /=0.36(de/)0.55(Cp/)1/3(/w)0.14 正方形 正三角形 uS(最大)= s D(1-d0/t) 實際*(0.6 0.8) 若無折流板 可按管內(nèi)公式 d2de第26頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第27頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第28頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二提高的途徑（換熱器） 湍流圓直管中 =A u0.8/d0.2 P

7、f容許時 u or d 湍流管束外、折板下 =B u0.55/de0.45 設(shè)折板時 u de 但pf u2 Re 加添加物自然對流（大容積） Nu=C(GrPr)n P204 表44 定性溫度 膜溫 , 定尺 水平時 外徑， 垂直時 高度第29頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二 4.4.4 流體有相變時的蒸汽冷凝 : P205膜狀冷凝小, 滴狀冷凝大 ;膜狀冷凝的 Re=1800, t=ts - tw a 垂直管外或平板側(cè)蒸汽在垂直壁面上的冷凝.swfP208 層流 Re25 氣泡大量產(chǎn)生 ， 脫離慢， 成片， 蒸汽膜 ，小 ， 膜狀沸騰 臨界點c ，、q，全部氣膜覆

8、蓋 t 、q基本不變， 輻射熱影響 工業(yè)上控制核狀沸騰 燒毀點 實測影響沸騰傳熱的因素 P215a 液體性質(zhì) ， 、， 、b t 曲線c 操作壓強p ts d 加熱表面 材料 粗糙度,清潔 新的 高,有油, 粗糙 核心 有利第32頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二沸騰傳熱系數(shù)的計算 核狀 =1.163 Z(t)2.33 t=tw-ts R=p/ pc t=q / = 1.05Z0.3q0.7 應(yīng)用條件pc3000kpa R=0.01 0.9大容積 式 4-100 P214第33頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第34頁，共101頁，2022年，5

9、月20日，0點34分，星期二例管內(nèi)強制湍流時對流傳熱系數(shù)的計算列管式換熱器由38根25mm2.5mm的無縫鋼管組成，苯在管內(nèi)流動，由20被加熱到80，苯的流量8.32kg/s，外殼中通入水蒸汽進行加熱，試求管壁對苯的對流傳熱系數(shù)，又問當(dāng)苯的流量提高一倍，給熱系數(shù)有何變化？解：苯在平均溫度tm=(20+80)/2=50下的物性可由附錄查得：=860kg/m3,Cp=1.80kJ/(kg.K),=0.45mPa.s, =0.14 W/(m.K)加熱管內(nèi)苯的流速為 u= 4Q/(d2n)=(8.32/860)/(0.7850.02238)=0.81 m/s Re=du/=(0.020.81860)/

10、 0.4510-3 = 3096010000Pr= Cp/=(1.8103)0.4510-3/0.14=5.79 0.7Pr160符合公式應(yīng)用條件，故=0.023Re0.8Pr0.4/d=0.0230.14(30960)0.8(5.79)0.4/0.02 =1272 W/(m2.K)若忽略定性溫度的變化，當(dāng)苯的流量增加一倍時，對流傳熱系數(shù)= 127220.8=2215 W/(m2.K)第35頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二 例2冷凝傳熱系數(shù)的計算 常壓蒸汽在單根圓管外冷凝，管外徑d=100mm，管長L=1500mm，壁溫維持在 98，試求：（1）管子垂直放置時整個圓管

11、的平均對流傳熱系數(shù)；（2）水平放 置的平均對流傳熱系數(shù)。 解：在膜溫（100+98）/2=99時，冷凝液有關(guān)物性（常壓下)為: =965.1kg/m3,=28.5610-5Pa.s,=0.16819 W/(m.K),Ts=100,r=2258 kJ/kg1）先假定液膜為層流，則垂直=1.13（2gr3/Lt）1/4=1.13(965.1)29.81(0.6819)32258103/28.5610-51500(100-98)1/4=1.05104 W/(m2.K)驗算液膜是否為層流：Re=4垂直Lt/(r)=41.051041.52/(225810328.5610-5)=1962000假設(shè)正確。

12、2）水平=0.725(2gr3/dt）1/4 水平/垂直=0.64(L/d) 1/4=0.64(1.5/0.1) 1/4=1.25故水平放置是平均對流傳熱系數(shù)為：水平=1.251.05104=1.31104 W/(m2.K)第36頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二4.5 輻射傳熱概念和定律 電磁波形式熱熱輻射 輻射吸收能量 高溫低溫 直線傳播 相互照見 A（吸收）+ R（反射）+ D（透過）=1 P217 圖4-331 概念 A=1 黑體 全部吸收； R=1 鏡體 全部反射； D=1 透熱體 全部透過 固體與液體 D=0 A+R=1； 氣體 R=0 A+D=1 灰體 A

13、+R=1 A與波長無關(guān) 吸收率相同QQRQDQA第37頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二2 斯蒂芬波爾茲曼定律 P218 E 輻射能力 W/m2 普朗克定律 發(fā)射強度 相同溫度T 下 E從 0Max0， 相同下 T ET 不同溫度下 0.8 10m ， 曲線下面積 發(fā)射能力 E 斯蒂芬波爾茲曼定律 0 =5.669 10-8 W/(m2.K4) 發(fā)射常數(shù) C0 =5.669 W/(m2.K4) 發(fā)射系數(shù) 發(fā)射率/黑度， 第38頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二 3. 克?；舴蚨?P220 圖4-34 （下頁） q = E1 A1E0 傳熱平衡

14、凈 q = 0 E1/A1 = E2/A2 = E0 f(T) = 0T4 E =E0 及 E/A = E0 則 A = = E/E0 P220第39頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二QQRQDQAA1E01灰體2E1E0(1-A1)E01212E1R2E1R1R2E1R12R2E2R12R22E1E2R1E2R1R2E2R1R22E1R12R22E2R13R22E2黑體兩固體間的輻射傳熱第40頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二兩固體間的輻射傳熱： P221 圖4-35、36 q1-2 = E1A2(1+R1R2+R12R22+)- E2A1 (

15、1+R1R2+R12R22+) (1+R1R2+R12R22+)=1/(1- R1R2 ) 無窮級數(shù)E1 =1C0(T1/100)4 E2 =2C0(T2/100)4 A1 =1 A2 =2代入 角系數(shù) 查表 例 1第41頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二輻射情況面積A角系數(shù)總輻射系數(shù)C1-2備注1極大的兩平行面A1或A21C0/(1/1 + 1/2 1)2面積有限的兩相等的平行面A111 2 C0查圖P2233任意形狀、大小并任意放置的兩物體A12故壁溫與沸騰液體溫度接近； 在第二種情況，外側(cè)總熱阻大于內(nèi)側(cè)熱阻，故壁溫接近于熱流體溫度。第52頁，共101頁，2022年

16、，5月20日，0點34分，星期二例4壁溫的計算有一廢熱鍋爐，由252.5mm的鍋爐鋼管組成，管外為沸騰的水，壓力為 2570KN/m2(表壓)，管內(nèi)走合成轉(zhuǎn)化氣，溫度由575下降到472，已知轉(zhuǎn)化氣一側(cè)2=300 W/（m2.K），水側(cè)1=10000 W/（m2.K），若忽略污垢熱阻，試求平均壁溫TW及tW 。解： （1）求總傳熱系數(shù)以管外表面積為基準(zhǔn) 1/K1=d1/2d2 + bd1/dm + 1/1= 1/10000 + 0.002525/(4522.5) + 1/300 (25/20)=0.0001+0.000062+0.004167 = 0.00433 K1=231 W/（m2.K）

17、(2)求平均溫度差 在 2570KN/m2(表壓)下，水的飽和溫度由表用內(nèi)插法求得為226.4 ，故tm=(575-226.4)+(472-226.4)/2=(348.6+245.6)/2=297.1（3）求傳熱量 Q=KA1tm =231297.1A1 =68630A1（4）求管內(nèi)壁溫度TW及管外壁溫度tW TW =T-Q/2A2 T為熱流體溫度，取進出口溫度的平均值，即 第53頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二T=(575+472)/2 = 523.5 代入式中得 TW = 523.5 - 68630A1 /300A2 =237.5 管外壁溫度 tW=TW -bQ/

18、Am=237.50.002568630A1/45 Am = 237.50.00256863025/4522.5=233.3 由此可見，由于水沸騰側(cè)的1=10000比另一側(cè)2=300大得多，故內(nèi)壁溫度接近于水的溫度226.4 ，同時，由于管壁熱阻也比較小，故外壁溫度解決于內(nèi)壁溫度。若預(yù)先不知道1 2之值，則在計算時先假設(shè)一壁面溫度以求得兩側(cè)的對流傳熱系數(shù)1 2以及總傳熱系數(shù)K，然后用求壁面溫度公式加以計算。第54頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二4.7傳熱計算類型： 設(shè)計計算 QA 熱量衡算方程 校核計算 校Q T t 傳熱速率方程 Tw tw未知 消去 間壁兩側(cè)總傳熱速

19、率方程能量衡算：外功無，動、位能不計，無熱損失 Q=ms1(Hh1-Hh2)=ms2(Hc2-Hc1) Q=ms1Cph(T1-T2)=ms2Cpc(t2-t1) or Q=ms1Cp1(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1) Q=ms1r=ms2Cpc(t2-t1) or Q=ms1r=ms2Cp2(t2-t1) Q=ms1r+Cph(Ts-T2)=ms2Cpc(t2-t1) 例 1 or Q=ms1r+Cp1(Ts-T2)=ms2Cp2(t2-t1) 第55頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二例1 熱量計算 在列管換熱器中，水以1.2m/s速度流過內(nèi)徑為25mm，長

20、為5m的管束，假如管內(nèi)壁平均溫度為50，水的進口溫度為20，試求水的出口溫度 。設(shè)管壁對水的平均對流傳熱系數(shù)為4850 W/（m2.K），熱損失可以忽略。解：設(shè)水的出口溫度為t2 ，密度取1000kg/m3，比熱Cp為4.187kJ/(kg.K)。換熱器的一根管子的傳熱面積A2和流通面積S2分別為 :A2=d2L=0.0255 S2=d22/4=(0.025)2/4 ms2=u2S2 由熱量衡算和對流傳熱速率方程可得 :Q=ms2Cp2(t2-t1)=2A2tW(t1+t2)/2即(0.025)2/41.210004.187103(t2-20)=48500.025550-(20+ t2)/2

21、t2=36.7第56頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二總傳熱速率方程：考慮兩側(cè) 消去 Tw tw dQ=K(T-t)dA=KtdA 總傳熱系數(shù) W/m2k dQ=K2(T-t)dA2= K1(T-t)dA1= Km(T-t)dAm K1/K2=d2/d1 K1/Km=dm/d1 以外表面積A為準(zhǔn) 1外 2內(nèi) (內(nèi)熱外冷)總傳熱系數(shù)K 數(shù)值范圍 P252 表5-1計算：三部分 流體壁壁流體 dQ=(Tw-tw)dAm/b 導(dǎo)熱 dQ=2(T-Tw)dA2 內(nèi) 對流 dQ=1(tw-t)dA1 外 對流 T Tw 2A2Qt twA11r2 r1第57頁，共101頁，202

22、2年，5月20日，0點34分，星期二K的范圍 列管式換熱器中總傳熱系數(shù)的大致范圍 熱流體 冷流體 總傳熱系數(shù)K/W/(m2 .K) 水 水 8501700 輕油 水 340910 重油 水 60280 氣體 水 17280 水蒸汽冷凝 水 14204250 水蒸汽冷凝 氣體 30300 低沸點烴類蒸汽冷凝（常壓）水 4551140 高沸點烴類蒸汽冷凝（減壓）水 60170 水蒸汽冷凝 水沸騰 20004250 水蒸汽冷凝 輕油沸騰 4551020 水蒸汽冷凝 重油沸騰 140425第58頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二移項消去Tw tw 得 dQ = K1(T-t)d

23、A1 =K2 (T-t)dA2=Km(T-t)dAmA1/ A2/ Am = d1/d2 /dm 平板或薄壁第59頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二外表面為標(biāo)準(zhǔn)污垢熱阻經(jīng)驗值 P346附錄11 加阻垢劑 定期清洗 例 2 例 3第60頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二例2傳熱系數(shù)的計算 熱空氣在冷卻管外流過，1 =90 W/（m2.K），冷卻水在管內(nèi)流過2=1000 W/（m2.K）。冷卻管外徑d1=16mm，壁厚b=1.5mm，=40 W/（m.K）。試求：（1）傳熱系數(shù)K；（2）管外給熱系數(shù)1增加一倍，傳熱系數(shù)K有何變化？（3）管內(nèi)給熱系數(shù)2

24、增加一倍，傳熱系數(shù)K有何變化？解：（1）K=1/(1/2d1/d2)+(b/d1/dm)+1/1 =1/(1/100016/13+(0.0015/4016/14.5)+1/90 =1/(0.00123+0.00004+0.011)=80.8 W/（m2.K）2為管內(nèi) 1為管外 可見管壁熱阻很小，通?？梢院雎圆挥嫛?（2）K=1/0.00123+1/(290)=147.4 W/（m2.K） 傳熱系數(shù)增加了83% （3）K=1/1/(21000) 16/13+0.011=85.3 W/（m2.K） 傳熱系數(shù)只增加了6%，說明要提高K ，應(yīng)提高較小的值比較有效。第61頁，共101頁，2022年，5月

25、20日，0點34分，星期二例3 傳熱系數(shù)的計算 某列管換熱器由252.5mm的鋼管組成，熱空氣流經(jīng)管程，冷卻水在管外和空氣呈逆流流動。已知管內(nèi)空氣側(cè)的2為50 W/（m2.K），管外水側(cè)的1為1000 W/（m2.K），鋼的為45 W/（m.K）。試求（1）基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K1及（2）按平壁計的總傳熱系數(shù)K；（3）假如忽略管壁熱阻和污垢熱阻，將1或2提高一倍再求K1值。解：取空氣側(cè)的污垢熱阻Rs2=0.510-3 m2.K/W，水側(cè)Rs1=0.210-3 m2.K/W。1）按圓管計算時 1/K1=d1/2d2 + Rs2d1/d2 + bd1/dm + Rs1+ 1/1 =0.025

26、/(500.02)+0.510-30.025/0.02 +0.00250.025/(450.0225)+0.210-3+1/1000 =0.0269 K1=37.2 W/（m2.K）2）按平壁計：1/K=1/2 + Rs2+b/ +Rs1+1/1 =1/50+0.510-3+0.0025/45+0.210-3+1/1000=0.0218 K=46 W/（m2.K） 第62頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二結(jié)果表明，由于管徑小，若按平壁計算，誤差稍大，即為 (K- K1)/ K1100%=(46-37.2)/46100%=23.7%3）2提高一倍 2 =250=100 W

27、/（m2.K） 1/ K1= d1/2d2 +1/1=0.025/(1000.02)+ 1/1000=0.0135 K1=74 W/（m2.K） 1提高一倍 1=21000=2000 W/（m2.K） 1/ K1= d1/2d2 +1/1=0.025/(500.02)+1/2000=0.0255 K1=39 W/（m2.K） 表明：K值總是接近熱阻大的流體側(cè)的值，即小值，要提K，則需將小側(cè)提高才有效。第63頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二 平均溫度差：P253 簡化假定： 1. 穩(wěn)定 2. Cp常量or平均 3. K常量 4. Ql=0 恒溫傳熱 雙側(cè)相變化 Q=KA

28、（T-t）=KAt 變溫傳熱傳熱流程.swf 逆并流 推導(dǎo)P254 圖5-15 以逆流為例dQ=ms1Cp1dT=ms2Cp2dt=K(T-t)dA 直線 T=mQ+a t=nQ+b T-t=(m-n)Q+(a-b) 直線 分離變量積分再整理 第64頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二T1T1T2T2t1t2t1t2T1T1T2T2t1t1t2t2T-tT-t逆流并流第65頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二QT /tT1T2t1t2t1t2第66頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二 例 4 逆流并流 一樣 當(dāng)兩者相差小于2時可

29、用算術(shù)平均錯折流 tm =tm逆 =f(P.R) ms2Cp2=0.6674180=2788 W/K 故水（冷流體）為最小值流體 CR=Cmin/Cmax=2788/5415=0.515 (NTU)min=KA/Cmin=32015.8/2788=1.8 查圖得0.73 因冷流體為最小值流體，故由傳熱效率定義式可得：=(t2-t1) / (T1-t1)=0.73 所以t2=0.73(110-35)+35=89.8 即水的出口溫度為89.8 . 換熱器的傳熱量為: Q= ms2Cp2(t2-t1)=0.6674180(89.8-35)=152.8 kW 而油的出口溫度，可通過熱量衡算式求得： Q

30、= ms1Cp1( T1-T2)= ms2Cp2(t2-t1) T2= T1- ms2Cp2(t2-t1)/ ms1Cp1=110-2788(89.8-35)/5415 =110-28.2=81.8第78頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二例1 換熱器操作計算 有一逆流操作的換熱器，熱流體為空氣，1=100 W/（m2.K）， 冷卻水走管內(nèi)，2=2000W/（m2.K），已測得冷、熱流體進出口溫度為t1=20，t2=85，T1=100，T2=70。管壁熱阻可忽略，當(dāng)水流量增加一倍時，試求：（1）水和空氣的出口溫度t2和T2；（2）熱流量Q比原熱流量Q增加多少？解:（1）對

31、原工況可由下式求得： ms1Cp1(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1) (a) ms1Cp1(T1-T2)=KA(T1-t2)-( T2-t1)/ln(T1-t2)/ ( T2-t1) ln(T1-t2)/ ( T2-t1)= (1- ms1Cp1/ ms2Cp2) KA / ms1Cp1 (b) ms1Cp1/ ms2Cp2=(t2-t1)/ (T1-T2)=(85-20)/(100-70)=2.17 K=1/1/1+1/2=1/1/100+1/2000=95.2 W/（m2.K）對新工況 ln(T1-t2 )/ ( T2-t1)= (1- ms1Cp1/ ms2Cp2) KA / m

32、s1Cp1 (c) K=1/1/1+1/(20.82)=1/1/100+1/(20.82000) =97.2 W/（m2.K） 第79頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二(b),(c)兩式相除可得: ln(T1-t2)/(T2-t1)=ln(T1-t2)/(T2-t1)(K/K)(1-ms1Cp1/ ms2Cp2）/(1-ms1Cp1/ ms2Cp2)= ln(100-85)/(70-20) (97.2/95.2) (1-1.09)/(1-2.17) =-0.0946 (T1-t2)/(T2-t1)=0.91 或T2=130-1.1 t2 (d)由熱量衡算式得 : t2=

33、 t1+ (ms1Cp1/ ms2Cp2)( T1- T2)=20+1.09(100- T2) t2=129-1.09 T2 (e) 聯(lián)立(d) (e)兩式求出: T2=59.8 t2=63.8（2）新舊兩種工況的熱流量之比 Q/Q=Ktm/Ktm= ms1Cp1(100-59.8)/ms1Cp1(100-70)=1.34 即增大34%. 本例屬氣側(cè)給熱為控制步驟，增大水量傳熱系數(shù)基本不變，熱流量的變化主要是平均推動力增加的結(jié)果，兩種工況的平均推動力之比為: tm/tm=38.4/29=1.31Q/Q.第80頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二續(xù)例2 平均推動力法與傳熱單

34、元數(shù)法的比較 求解前例，原工況 K=1/1/1+1/2=1/1/100+1/2000=95.2 W/（m2.K）tm=(T1-t2)-(T2-t1)/ln(T1-t2)/(T2-t1) =(100-85)-(70-20)/ln(100-85)/(70-20)=29.1 K 熱ms1Cp1冷ms2Cp2 CR1= ms1Cp1/ms2Cp2=(t2-t1)/ (T1-T2)=(85-20)/(100-70)=2.17 NTU1=KA/ms1Cp1=(T1-T2)/tm =(100-70)/29.1=1.03新工況 K=1/1/1+1/(20.82)=1/1/100+1/(20.82000) =9

35、7.2 W/（m2.K） NTU1=KA/ms1Cp1=K/K NTU1=(97.2/95.2)1.03=1.05 CR1= (t2-t1)/(T1-T2)= ms1Cp1/2ms2Cp2=2.17/2=1.09 查圖1= 0.51=1-eNTU1(1- CR1)/ CR1- eNTU1(1- CR1) =1-e1.05(1-1.09)/1.09- e1.05(1-1.09)=0.501第81頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二T2= T1-1(T1-t1)=100-0.501(100-20)=59.8t2= t1+ CR1(T1- T2)=20+1.09(100-59.

36、8)=63.8 熱ms1Cp1冷ms2Cp2 CR2= ms2Cp2/ ms1Cp1 =(t2-t1)/ (T1-t1) 逆流=(T1- T2)/ (T1-t1) 第82頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理5 傳熱設(shè)備 P238 換熱器： 加熱器 冷卻器 冷凝器 汽化器（再沸器） 方法不同： 間壁式 混合式 蓄熱式5.1 類型 間壁式 (冷熱隔開) :列管式：下節(jié) 夾套式反應(yīng)過程 : 汽加熱 上進汽、下出水； 水冷卻 下進水、上出水 。 充滿 K小 A限 攪拌 P239 圖5-3 / 圖5-4、5 蛇管式： 浸沒式- 容器內(nèi) 、 K小、 攪拌； 噴淋式- 冷卻，

37、不穩(wěn)or間歇噴淋式換熱器.swf 套管式：同心圓管，彎頭串聯(lián) 逆流 tm大，K小 P241 圖5-6 單程套管式換熱器.swf 套管換熱器.swf 混合式：直接接觸， 氣體的冷卻，效果好，簡單 P238 圖5-1 混合冷凝.swf 蓄熱式：填充物蓄熱，交替流過。 P239 圖5-2 蓄熱式換熱器.exe第83頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二夾套式蛇管式套管式第84頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二5.2 列管式換熱器的基本形式與設(shè)計計算 基本形式：內(nèi)外冷熱溫度差殼、管膨脹不同（50 ）變形熱補償 消除應(yīng)力 固定管板式：立式、臥式 管板與殼體連成

38、一體補償圈（膨 脹節(jié)）t70 殼方壓力0.8, 0.8 時殼方多程 ，串聯(lián)6.折流擋板 殼程u殼程 板間距 h=（0.21）D 固定 150 、300、 600; 浮頭 150、 200、 300、 480、 6007.外殼直徑的確定 作圖法排列 殼內(nèi)徑 D=t（nc-1）+2b t-中心距； nc-中心線管數(shù)， 正三角形nc=1.1 n1/2，正方型nc =1.19 n1/2 b邊緣寬 ，b=（11.5）d0 D圓整 標(biāo)準(zhǔn)尺寸-相關(guān)手冊 8.主要構(gòu)件 封頭：方形（?。?圓(橢圓)形（大徑） 緩沖擋板：殼程沖擊 第89頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二 導(dǎo)流筒殼程、死角

39、 放氣孔 、排液孔不凝性氣體、 冷凝液 接管尺寸：d=（4Vs /u）1/2 u 液體1.52m/s， 氣體 0.150.2p/， 蒸汽 2050m/s 可查表 圓整 9.材料選用 碳鋼 不銹鋼 低合金鋼 銅和鋁 石墨 聚四氟乙烯 10 .流體流動阻力計算 a 管程 p t=(p i+p r) Ft Ns Np p i =Lu2/2di 直管； p r=3u2/2彎管、 進出口阻力忽略 Ns 殼程數(shù) ，Np 管程數(shù)， Ft 結(jié)垢校正因數(shù)，25*2.5 Ft=1.4，19*2 Ft=1.5 b 殼程 ps=s D(NB+1)u20/2de s=1.72Re-0.19 , Re= de u0/,

40、de當(dāng)量直徑, d0管外徑 , NB折流板數(shù), t中心距, u0按 S0=h D(1- d0/t）計（流通）, h擋板間距 適宜 液體 10 100kPa ，氣體110kPa第90頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二列管換熱器的選用和設(shè)計計算步驟 1 計算Q與tm逆，估KA 2 試選適當(dāng)?shù)男吞枺憾鲝?，選u管程數(shù)， 折流板，h型號 3 核算K： 、 RsK比較 4 計算A： K A計 ，A選=1.11.5 A計 夠 5 計算p t ，ps 強化途徑 P274 Q=KAtm 1 單位體積內(nèi)A 2 tm 3 K- Rsb ，擋、 添加物 具體措施:P275 新型：板式， 螺

41、旋式 ，板翅式， 翅片管式等 P244 圖5-10、11、12 板式換熱器.swf第91頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二板式第92頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二螺旋式螺旋板式換熱器.swf第93頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二板翅式第94頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二管翅式換熱器第95頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二傳熱計算與設(shè)備重點：傳熱方式、區(qū)別 P163溫度場與溫度梯度、等溫面 P163傅立葉定律、導(dǎo)熱系數(shù) P165平壁熱傳導(dǎo)計算 P171 多層 P172

42、圓筒熱傳導(dǎo)計算 P173 多層 P174保溫層厚度 P175對流的影響因素 P185 定理 的 關(guān)聯(lián)及公式使用 P197 n P195 / w P196管內(nèi)管外u、d的影響 P195、202冷凝的分類 P205 的影響因素、 強化措施 P210沸騰的分段 P213 的影響因素、 強化措施 P215輻射傳熱、特點 P216 名詞 P217 基本定律 P218輻射傳熱計算 P223 A、 關(guān)系對流與輻射的復(fù)合傳熱 P232第96頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二續(xù)-計算與設(shè)備傳熱分析 P247 熱量衡算 P248傳熱速率方程 P249總傳熱系數(shù)K計算 P250 壁溫計算 P

43、252對數(shù)平均溫度差計算 P253、254傳熱效率 P260 傳熱單元數(shù) P261 兩者關(guān)系 P263 計算 P265換熱器分類 P238 選用設(shè)計原則 P271傳熱強化 P274第97頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二習(xí)題課 傳熱及設(shè)備例1換熱器操作型計算-能量衡算某氣體冷卻器總傳熱面積為20m2，用于將流量為1.4 kg/s的某種氣體從50冷卻到35，使用的冷卻水初溫為25 ，與氣體作逆流流動，換熱器傳熱系數(shù)約為230 W/(m2.K)，氣體的平均比熱容為1.0 kJ/(kg.K)，試求冷卻水用量及出口水溫。解：換熱器在定態(tài)操作時，必同時滿足熱量衡算式 ms1Cp1

44、(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1)及傳熱基本方程式 ms1Cp1(T1-T2)=KAtm=KA(T1-t2)-(T2-t1)/ln(T1-t2)/(T2-t1)將已知數(shù)據(jù)代入以上方程得: ms2=21/4.18(t2-25) (a) 4.57ln(50-t2)/10=40-t2 (b) 試差求解式(b)，可得水出口溫度t2=48.4然后由式(a)求得 :ms2=0.215 kg/s.第98頁，共101頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二例2換熱器操作型計算-出口溫度計算在套管換熱器中，用10的冰水對油進行冷卻，水以400 kg/h的流率在直徑為272.5 mm，長為2 m的內(nèi)管內(nèi)與油作逆流流動。油的質(zhì)量流量為300kg/h，進口溫度為100，忽略垢阻及熱損失。試求油的出口溫度T2(用-NTU法與LMTD法)已知，內(nèi)管內(nèi)壁與水之間的對流傳熱系數(shù)2=2680 W/(m2.K)，油和內(nèi)管外壁之間的對流傳熱系數(shù)1=1740 W/(m2.K)，油的平均比熱Cp1=1.88 kJ/(kg.K)，水的平均比熱Cp2=4.186 kJ/(kg.K)，銅的=46.5 W/(m.K):解：油的出口溫度T2可以用熱量衡算法求得，也可以用傳熱單元數(shù)法求得1：熱量衡算法LMTD法 : 若忽略熱損失，則由熱量衡算及傳熱速