化工原理第三章傳熱蒸發(fā)山東大學(xué)期末考試知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)

1、第三章 傳熱蒸發(fā)一、重要公式二、主要內(nèi)容聯(lián)系圖三、本章要點(diǎn)指導(dǎo) 本章內(nèi)容較多，在學(xué)習(xí)中要特別注意弄清楚以下三方面的問(wèn)題： (1)各種情況下的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算，包括流動(dòng)狀態(tài)的劃分(要注意與用于流體流動(dòng)阻力計(jì)算流動(dòng)狀態(tài)的劃分有所不同)、特征尺寸、定性溫度等。 (2)各種直徑的應(yīng)用 在本章中用到的直徑有管外徑、管內(nèi)徑、管子的平均直徑、計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)的當(dāng)量直徑(對(duì)于非圓管通道)等，在使用中要弄清楚各自使用的場(chǎng)合及計(jì)算的方法。 (3)各項(xiàng)熱阻的意義及計(jì)算 傳熱熱阻可分為三類(lèi)：導(dǎo)熱熱阻、對(duì)流傳熱熱阻和污垢熱阻，三類(lèi)熱阻構(gòu)成間壁兩側(cè)流體進(jìn)行對(duì)流傳熱的總熱阻(一般由五項(xiàng)組成)。 下面就計(jì)算解題中的幾個(gè)具體問(wèn)題

2、作一下說(shuō)明。 1熱傳導(dǎo)的計(jì)算 (1)在進(jìn)行多層平壁或多層圓筒壁的導(dǎo)熱計(jì)算時(shí)，要注意傳熱溫差t與熱阻R的起端與終端，即溫差與熱阻要對(duì)應(yīng)一致。 (2)在進(jìn)行多層壁導(dǎo)熱計(jì)算時(shí)，如兩層固體壁之間存在靜止的流體層(如有空氣層)，則該流體層也要看做一層導(dǎo)熱壁來(lái)計(jì)算。(3)在圓筒壁多層保溫層設(shè)計(jì)計(jì)算中，由于保溫層的導(dǎo)熱面積沿徑向變化，影響熱阻，所以不同導(dǎo)熱系數(shù)的保溫層，內(nèi)、外交換會(huì)改變導(dǎo)熱量，即影響保溫效果。(4)在進(jìn)行圓筒壁或管道保溫層厚度設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，因熱阻等于(Am)，所以增加保溫層厚度使熱阻增加，有利于保溫，但導(dǎo)熱面積Am同時(shí)增加又使得熱阻減小不利于保溫。因此，在設(shè)計(jì)保溫層厚度時(shí)，應(yīng)使保溫層直徑大于臨

3、界保溫直徑dc (dc=2)。即當(dāng)保溫層直徑小于dc時(shí)，隨保溫層厚度的增加，熱阻減小，導(dǎo)熱量增加；當(dāng)保溫層直徑大于dc時(shí)，隨保溫層厚度的增加，熱阻增加，導(dǎo)熱量減少，有利于保溫。2對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算(1)在進(jìn)行管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算時(shí)，減小管內(nèi)徑di及提高流體流速u(mài)均可使i增加。但在保持流體流量不變時(shí)，減小管徑di會(huì)使流體流速u(mài)增加，這樣會(huì)使得i增加得更多，即流速不變時(shí) i1di0.2管徑不變時(shí) iu0.8流量不變時(shí) i1/di1.8 。(2)管束的垂直方向上管子數(shù)越多，越小。因此需增加冷凝傳熱面積時(shí)，最好增加管長(zhǎng)或增加同一水平面上的管子數(shù)。(3)在計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，要弄清各公式的使用條件

4、、定性溫度及特征尺寸。3提高傳熱膜系數(shù)的措施強(qiáng)化對(duì)流傳熱的方法是減薄滯流底層的厚度，增強(qiáng)邊界層的湍動(dòng)程度。(1)提高流體速度u0.8如列管式換熱器，可增加管程數(shù)來(lái)提高流速；增加折流擋板數(shù)來(lái)提高殼程流速。但pu2用增加流速的方法來(lái)強(qiáng)化傳熱，是以增大泵耗為代價(jià)的，強(qiáng)化具有局限性。(2)改變流動(dòng)狀態(tài) 通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的傳熱壁面不斷改變流體的流動(dòng)速度和方向，從而增強(qiáng)邊界層的擾動(dòng)，如令換熱表面粗糙，管內(nèi)表面上加工螺紋槽，制成螺紋管或螺旋槽管，管內(nèi)安裝插入物(麻花紐帶)等。(3)引入機(jī)械振動(dòng)使傳熱表面振動(dòng)，或使流體振動(dòng)，或是施加電場(chǎng)作用，目的是加強(qiáng)滯流底層的湍動(dòng)。(4)有相變的沸騰和冷凝傳熱的強(qiáng)化 這兩種傳熱

5、過(guò)程的給熱系數(shù)已經(jīng)相當(dāng)高，強(qiáng)化傳熱的要求并不十分迫切。液體沸騰：保持核狀沸騰，制造人工表面，增加汽化核心數(shù)。蒸汽冷凝：保持滴狀冷凝，排放不凝氣體，保持氣液流向一致，合理布置冷凝面，利用表面張力(溝槽，金屬絲)。4傳熱計(jì)算 要區(qū)分熱平衡方程式Q=qm1Cp1t1=q m2C p2t2，傳熱速率方程式Q=KAtm和牛頓冷卻定律方程式Q=At中幾個(gè)t的差別。t1、t2是同一種流體吸熱或放熱前后的溫度變化，它反映傳熱靜力學(xué)問(wèn)題；而tm是指間壁兩側(cè)冷熱流體間的溫差(或平均溫差)，用對(duì)數(shù)平均傳熱溫差表示，是傳熱的總推動(dòng)力；t是指壁溫與一側(cè)流體之間的溫度差，是傳熱的局部推動(dòng)力。注意t1、t2在概念上與tm、

6、t不同。(1)幾個(gè)溫度差的區(qū)別 在熱量平衡計(jì)算公式Q=q m1C p1t1=q m2Cp2t2中，t是同一種流體換熱前后的溫度變化，對(duì)熱流體而言t=T1T2，對(duì)冷流體而言t=t2-t1。在牛頓冷卻定律方程式Q=At中，t是指流體主體溫度與傳熱面壁溫的溫度差。對(duì)熱流體而言t=T-TW，對(duì)冷流體而言t=tw-t。在總傳熱速率方程式Q=KAtm中，tm是指換熱兩端冷、熱流體溫度差的平均值。(2)在傳熱速率方程式Q=KAtm中，Q的計(jì)算基準(zhǔn)與傳熱方向有關(guān)，當(dāng)無(wú)熱損失時(shí)，Q等于熱流體放出的熱量，也等于冷流體吸收的熱量。當(dāng)考慮熱損失時(shí)，如果冷流體在換熱器的管內(nèi)(管程)流動(dòng)、熱流體在換熱器的管間(殼程)流動(dòng)

7、，則Q以冷流體吸收的熱量為基準(zhǔn)；如果熱流體在管程流動(dòng)，冷流體在殼程流動(dòng)，則Q以熱流體放出的熱量為基準(zhǔn)，即均以傳熱面?zhèn)鬟f的熱量為基準(zhǔn)計(jì)算。(3)在傳熱速率方程Q=KAtm中，總傳熱系數(shù)_K應(yīng)與傳熱面積A相對(duì)應(yīng)使用。如以傳熱管的內(nèi)表面積A1進(jìn)行計(jì)算，則總傳熱系數(shù)K應(yīng)使用以?xún)?nèi)表面積為基準(zhǔn)的K1進(jìn)行計(jì)算；如以傳熱管的外表面積A2進(jìn)行計(jì)算，則總傳熱系數(shù)應(yīng)使用以外表面積為基準(zhǔn)的K2進(jìn)行計(jì)算。5強(qiáng)化傳熱過(guò)程在強(qiáng)化傳熱過(guò)程中，依據(jù)Q=KAtm可采用提高傳熱系數(shù)K，增加傳熱面積A及提高傳熱溫差tm等方法達(dá)到強(qiáng)化傳熱之目的。(1)提高傳熱系數(shù)K 提高K，必須設(shè)法提高冷熱流體的兩個(gè)給熱系數(shù)1、2，降低間壁熱阻和污垢

8、熱阻R1、R2，但應(yīng)分清矛盾的主次，重點(diǎn)放在薄弱環(huán)節(jié)上。對(duì)于金屬壁面，導(dǎo)熱一般不構(gòu)成主要熱阻；垢層熱阻隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而變大，防止結(jié)垢和除垢是保證換熱器正常工作的重要措施；當(dāng)忽略污垢熱阻及管壁熱阻時(shí)，間壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱熱阻構(gòu)成問(wèn)題的主要方面，熱阻主要集中較小的一側(cè)，提高小的一側(cè)有效。如12，則K2，此時(shí)欲提高K，則應(yīng)提高2；如12，則K1，此時(shí)欲提高K，則應(yīng)提高1。(2)增大傳熱面積A 從提高傳熱面積A的角度考慮強(qiáng)化傳熱時(shí)，也應(yīng)從控制熱阻的分析著手，如12，則應(yīng)增加A2；如12，則應(yīng)增加A1。關(guān)于A的改變，不以增加換熱器臺(tái)數(shù)，改變換熱器的尺寸來(lái)加大傳熱面積A，而是通過(guò)對(duì)傳熱面的改造來(lái)加大傳熱面

9、積以強(qiáng)化傳熱過(guò)程，如：用螺紋管或螺旋槽管代替光管；在圓管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加軸向肋片。(3)增大傳熱溫差tm在冷熱流體進(jìn)出口溫度固定不變時(shí)，可采用逆流操作以增加傳熱溫差tm飽和水蒸氣加熱時(shí)，蒸汽壓力增加，蒸汽溫度上升；用水冷卻時(shí)，水溫下降，溫差增加；多數(shù)情況下，物料溫度一般由工藝條件給定，而加熱劑(或冷卻劑)的進(jìn)口溫度往往也不能改動(dòng)，如冷卻水的初溫決定于環(huán)境氣候，而出口溫度雖可通過(guò)增大水流量而降低，但會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力的迅速增大，操作費(fèi)用升高。6關(guān)于換熱器的選用在選用換熱器時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)當(dāng)冷、熱兩流體傳熱溫差大于50時(shí)，應(yīng)選用具有熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的換熱器。(2)當(dāng)選用多臺(tái)換熱器

10、時(shí)，對(duì)流程安排應(yīng)考慮傳熱系數(shù)及流動(dòng)阻力兩方面的因素。如采用并聯(lián)操作，流動(dòng)阻力小，但流速降低會(huì)使傳熱系數(shù)K下降；采用串聯(lián)操作時(shí)，流動(dòng)阻力大，但傳熱系數(shù)K提高了，所以應(yīng)以總費(fèi)用最少為原則確定流程。四、本章注意點(diǎn)(1)要區(qū)分熱平衡方程式Q=qm1Cp1t1=qm2Cp2t2，傳熱速率方程式Q=KAtm和牛頓冷卻定律方程式Q=At中幾個(gè)t的差別。(2)熱導(dǎo)率與對(duì)流傳熱系數(shù)不同。是物性參數(shù)，單位為W(m)；而不是物性參數(shù)，是一個(gè)隨物性和流體流動(dòng)狀態(tài)的改變而改變的十分復(fù)雜的系數(shù)。(3)在湍流情況下，若視物性近似為常數(shù)，可按圓管內(nèi)湍流公式把物性參數(shù)合并為一常數(shù)A，即得=Au0.8d0.2?？梢?jiàn)，與流速的08次方成正比，與管徑d的O2次方成反比。由流體力學(xué)計(jì)算可知，其流動(dòng)阻力p與u1.752成正比。因此，提高流速u(mài)，一方面可使對(duì)流傳熱系數(shù)增大，但同時(shí)阻力也將隨之增大，并且增大得更快。所以，不可任意提高流速，只有在壓力降允許的條件下，才可能增加流速來(lái)提高對(duì)流傳熱系數(shù)。(4)強(qiáng)化傳熱時(shí)，若進(jìn)行換熱的兩種流體相差較大，可設(shè)法提高小的一側(cè)的對(duì)流傳熱系