協(xié)會(huì)版注冊(cè)化工第四章傳熱過程綜述

4傳熱過程1概述1.1傳熱目的

①加熱、冷卻物料

②回收熱量或冷量設(shè)法促進(jìn)傳熱

③保溫，減少熱量或冷量損失設(shè)法阻止傳熱傳熱還溶于其它單元操作如蒸發(fā)，精餾1.2傳熱機(jī)理①傳導(dǎo)—分子熱運(yùn)動(dòng)(自由電子遷移)接觸②對(duì)流—流體宏觀遷移引起載熱接觸③輻射—電磁波不接觸熱水瓶為什么能保溫？1.3冷熱流體接觸方式①蓄熱式②直接接觸式③間壁式

1.4化工常用載熱體加熱最常用水蒸汽

(鍋爐房)常用工業(yè)鍋爐p<0.8MPa(表)(175℃)

道生油、熔鹽、電加熱冷卻常用河水、井水、自來水鹽水、冷凍劑1.5基本概念①熱流量Q,

W(=J/s)

單位時(shí)間，熱流體通過整個(gè)傳熱面?zhèn)鬟f給冷流體的熱量。②熱流密度q,（W/m2）單位時(shí)間、單位面積所傳遞的熱量。顯然，熱流量③定態(tài)與非定態(tài)定態(tài)：非定態(tài)：從0~τ時(shí)刻累積傳熱量QT,2熱傳導(dǎo)2.1傅立葉定律熱流密度與溫度梯度成正比λ：W/m·℃λ量級(jí)：金屬10~102W/m·℃

絕熱材料10-2~10-1W/m·℃

液體10-1W/m·℃

氣體10-2W/m·℃λ金屬>λ液體>λ氣體2.2單層平壁導(dǎo)熱解決：①溫度分布

②熱流量條件：①定態(tài)

②一維(橫向?qū)岵挥?jì))分析：①取控制體

②作熱量衡算：進(jìn)=出+累積定態(tài)：累積=0，Q1=Q③結(jié)合特征方程解析解

λ=常數(shù)時(shí)積分溫度分布線性,或工程處理方法多層平壁導(dǎo)熱條件：定態(tài)一維串聯(lián)過程，速率一致結(jié)果：溫差按熱阻大小分配例1已知：兩層平壁λ1=1.4W/m·℃,δ1=100mm,λ2=0.14W/m·℃,δ2=200mm,t1=650℃,t3=50℃。求：兩壁接觸處的溫度t2。解：先定性分析，哪個(gè)斜率大熱流密度由得℃2.3圓筒壁導(dǎo)熱分析：①取控制體

②作熱量衡算定態(tài)：Q入=Q出即：Q=qA=q’A’一維傳熱：寫成通式：其中：2.4球殼導(dǎo)熱通式2.5多層壁傳熱含義：條件：無接觸熱阻接觸熱阻：因接觸界面不可能理想光滑而造成的額外熱阻影響因素：界面粗糙度，壓緊力，空隙中的氣壓計(jì)算上有困難，數(shù)據(jù)少，但概念很重要多層圓筒壁導(dǎo)熱思考題：溫度分布？例2在蒸汽管道外包兩層同樣厚度的保溫材料

λ1<λ2,應(yīng)將哪層包在里面？解：,

兩種情況傳熱量不同，比較Q1與Q2，取小的。比較分母∵λ1<λ2,∴∵∴∵所以Q1<Q2,λ小的材料應(yīng)包在里面2.6帶有生成熱的固體導(dǎo)熱固體中熱量生成速率e-----W/m3圓球一維定態(tài)導(dǎo)熱圓柱體一維定態(tài)導(dǎo)熱3對(duì)流給熱研究范圍：3.1過程分析熱流體向冷壁面?zhèn)鳠釋?duì)小方塊作熱量衡算

q流動(dòng)>q靜止3.2兩種對(duì)流形式自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流

1.自然對(duì)流:由于流體內(nèi)部溫度不同,引起密度不同而導(dǎo)致宏觀流動(dòng)加熱面主體t↑,ρ↓熱流體上升

Δp=ΔρgL,Δρ=ρβΔt,

β膨脹系數(shù)

,u∝自然對(duì)流的冷源、熱源應(yīng)放在恰當(dāng)?shù)奈恢?．強(qiáng)制對(duì)流在外力或Δp作用下引起流動(dòng)自然對(duì)流的冷源、熱源應(yīng)放在恰當(dāng)?shù)奈恢?.3對(duì)流給熱過程的數(shù)學(xué)描述1．牛頓冷卻定律其中：TW:壁溫；T:流體主體溫度；

α：傳熱膜系數(shù)W/m2℃工程處理方法—分離變量法①便于分解組合傳熱系數(shù)K②將總過程(K的確定)

分解成幾個(gè)子過程例如：在確定K的過程中,冷熱流體各有

10種情況,K有100種③為強(qiáng)化傳熱提供依據(jù)強(qiáng)化傳熱應(yīng)從哪一側(cè)著手存在問題:①α中仍有ΔT影響②α仍要實(shí)驗(yàn)解決2．α的影響因素①物性：ρ,μ,Cp,λ②設(shè)備因素(定性尺寸)：l③流動(dòng)因素：強(qiáng)制對(duì)流：u

自然對(duì)流：βgΔt

α=f(ρ,μ,λ,l,u,βgΔt,Cp)基本量綱4個(gè)(M,L,T,θ)，變量8個(gè)，無量綱準(zhǔn)數(shù)=8-4=4，即

Nu=f(Re,Pr,Gr)強(qiáng)制對(duì)流Nu=f(Re,Pr);自然對(duì)流Nu=f(Gr,Pr)物理意義：

—表征與純導(dǎo)熱相比,對(duì)流給熱系數(shù)增大的倍數(shù)

Gr—由u∝得表征自然對(duì)流的流動(dòng)狀況

Pr—反映物性對(duì)給熱過程的影響3.定性溫度兩種：①膜溫較本質(zhì)，但使用不便②主體平均溫度使用方便4.定性尺寸管內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)d管外自然對(duì)流水平放d

垂直放L如何實(shí)驗(yàn)測(cè)定αdQ=qdA=α(tW-t)πddL=qmCpdt積分后得Q=αΔtmπdL=qmCp(t2-t1)通過測(cè)量tW1,tW2,t1,t2,qm就可以求得α3.4無相變對(duì)流α經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1.圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流αNu=0.023Re0.8Prbb=0.4流體被加熱,b=0.3流體被冷卻或1)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式應(yīng)用時(shí)要注意：①適用范圍:Re>104,0.7<Pr<160,μ<2μ水，

L/d>30~40②定性溫度：主體平均溫度或③特性尺寸:管徑d影響因素分析：

α∝∝而hf∝∝

空氣Pr=0.7b↑Prb↓

水Pr=7b↑Prb↑2)應(yīng)用范圍的拓寬a.高粘度修正工程處理加熱,冷卻b．2000<Re<104過渡區(qū)

α過=fα湍校正系數(shù)

α過<α湍c．非圓形管

,3)列管式換熱器殼程傳熱膜系數(shù)加熱,冷卻正方形排列三角形排列

t—管中心距2．大容積自然對(duì)流α

Nu=A(GrPr)b應(yīng)用注意：

①定性溫度：膜溫

②定性尺寸：垂直方向

③A,b值又與(GrPr)有關(guān)。自動(dòng)?；瘏^(qū)—α與L大小無關(guān)討論題：①春天的溫度分布曲線？②加一保溫層后的溫度分布？討論題：①春天的溫度分布曲線？②加一保溫層后的溫度分布？通常α的大小順序：

W/m2℃α氣,自然對(duì)流5~10α氣,強(qiáng)制對(duì)流10~100α液,自然對(duì)流50~1000α液,強(qiáng)制對(duì)流500~104

α蒸汽冷凝103~3×104

α液體沸騰103~6×104例1用飽和水蒸氣加熱空氣,內(nèi)壁溫度tW=140℃,內(nèi)管內(nèi)徑60mm,流量qm=0.129kg/s。求：①傳熱面積A;②若空氣流量加倍,t2仍為原要求,則A’=?解：①在100℃下,查得μ=0.022mPas,Cp=1.01kJ/kg℃,λ=0.0321W/m℃

與0.7相差不多

=122W/m2℃

Δt1=60℃,Δt2=20℃,Δtm=36.4℃②當(dāng)q’m=2qmA’=1.35m24.1冷凝給熱1.膜狀冷凝與滴狀冷凝α滴狀約為α膜狀的10倍工業(yè)上滴狀不能持久，安全起見，按α膜狀計(jì)2.垂直壁液膜層流的平均α冷凝

WM:單位寬度冷凝量熱衡算Q=WMBr=αLB(tS-tW)力平衡取,即實(shí)驗(yàn)測(cè)定：C’,3.水平圓管外液膜層流的α冷凝：影響因素分析：①物性是蒸汽的還是凝液的②Δt對(duì)α有什么影響？r,μ,L的影響？應(yīng)用注意：①Re<2000,Re的確定

,,垂直平壁Π=B,垂直圓管外Π=πd0水平圓管外Π=管長(zhǎng)L②L指從0開始的高度α1,α可以套用公式計(jì)算而α2不能直接套用由衡算αAΔt=α1A1Δt+α2A2Δt得③定性溫度：④特性尺寸：垂直管外L

水平管外d0

水平管束外為nd0討論：①為什么蒸汽流速不計(jì)

Q=qm1r=qm2Cp2(t2-t1)通常r>>CpΔt,qm1<<qm2蒸汽入口安排在上部,是有利的②為什么不凝性氣體要排除膜附近pV降低,

有惰性氣體層蒸汽擴(kuò)散通過,

熱阻變大③過熱蒸汽怎么計(jì)算如pV=101.3kPa,TV=120℃(TS=100℃)當(dāng)TW>TS無相變對(duì)流當(dāng)TW<TS冷凝,如TW=90℃,膜溫差仍為Δt=TS-TWr用r+Cp汽(TV-TS)代④管外冷凝,管子水平放還是垂直放好：當(dāng)L/d>5.9時(shí),α水平>α垂直管排斜放更好避免3.混合物冷凝1)多組分混合物全部冷凝；2)全部組分是可凝的，現(xiàn)部分冷凝，未凝組分可在凝液中部分溶解；3)從不凝性氣體中冷凝可凝組分，氣體不溶解于凝液中?；旌衔锢淠攸c(diǎn)：a)沿程露點(diǎn)是變化的；b)蒸汽冷卻至露點(diǎn)有顯熱傳遞，冷凝液也有顯熱傳遞，顯熱傳熱系數(shù)比相變傳熱系數(shù)小得多；c)蒸汽和液體組成沿程變化，物性變化；d)重組分須擴(kuò)散通過較輕組分到達(dá)冷凝面?；旌衔锢淠齻鳠崮は禂?shù)1)和2)情況：按單組份關(guān)聯(lián)式計(jì)算，物性按平均組成算，再乘以0.65系數(shù)；3)情況：αcg—平均傳熱膜系數(shù)；αc—平均凝液組成和全部凝液負(fù)荷下，按單組分關(guān)聯(lián)式計(jì)算的傳熱膜系數(shù)；αg—平均氣體傳熱膜系數(shù)；Qg—?dú)怏w全部顯熱傳熱量；Qt—總傳熱量；4.2沸騰給熱沸騰按加熱面分類：大容積沸騰(池內(nèi)沸騰)

管內(nèi)沸騰(氣液兩相流動(dòng))管內(nèi)沸騰按主體溫度分：過冷沸騰：液體主體溫度<tS，汽化-冷凝飽和沸騰：液體主體溫度=tS1.大容積飽和沸騰過程特點(diǎn)：汽液兩相共存有利：氣泡攪動(dòng)液體，液體沖刷表面不利：有可能氣泡連成氣膜,將液體與加熱面隔開2.沸騰條件①過熱度(t-tS)—?dú)馀荽嬖谥仨氉髁ζ胶夥治?/p>

σ2πr=(pV-pl)πr2因pl=f(ts),pV=f(t)單調(diào)上升,氣泡存在pV>pl,t>ts液體溫度要大于液體壓強(qiáng)下的飽和溫度②汽化核心—?dú)馀萆芍仨毻淮植诒砻?過熱度越大,汽化核心數(shù)越多沸石的作用：提供汽化核心，防止暴沸2．沸騰曲線3．安全問題恒q設(shè)備，qcr特別重要如電加熱爐，噴油量一定的鍋爐4．沸騰過程的強(qiáng)化表面粗糙化，加入添加劑例1若傳熱溫差推動(dòng)力增加一倍，試求下列條件下傳熱速率是原來的多少倍？①圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流；②大容積自然對(duì)流；③大容積飽和核狀沸騰；④蒸汽膜狀冷凝(層流)解：①

α與Δt無關(guān)，②α∝

，③α∝Δt2.5，④α∝

，5熱輻射過程特點(diǎn)：①T>0K的物體都輻射，溫度越高越重要②無須傳遞介質(zhì)工業(yè)背景：①熱電偶測(cè)溫誤差TW<Tg時(shí),有測(cè)溫誤差Tg對(duì)流→T,T輻射→TW,T<Tg采取什么措施？②管道熱損失管道外除了對(duì)流熱損失還有熱輻射損失,怎么計(jì)？5.1物體輻射能力和吸收能力

Q入=Q反+Q吸+Q透

1=r+a+d

吸收率反射率穿透率在工業(yè)上所遇溫度范圍內(nèi)，熱輻射波長(zhǎng)在0.38~1000μm,大部分能量在0.76~20μm固體、液體d=0,r+a=1氣體r=0，a+d=1黑體—吸收率a=1的物體,

是一種理想化物體空腔近似于黑體黑體,白體,透體黑、白之分不據(jù)于顏色雪霜a=0.985近似黑體黑光金屬r=0.97近似白體玻璃對(duì)可見光是透體，而對(duì)紅外線近似于黑體1.黑體的輻射能力斯蒂芬-波爾茲曼定律

C0=5.67W/m2K4即Eb∝(絕對(duì)溫度)4，稱四次方定律。表明輻射傳熱對(duì)溫度十分敏感。2.實(shí)際物體輻射能力黑度ε影響因素：表面溫度，物體種類，表面狀況3.灰體實(shí)際物體：吸收率a與波長(zhǎng)λ有關(guān)灰體—對(duì)各波長(zhǎng)具有相同吸收率的理想物體

a(λ)=常數(shù)把實(shí)際物體視作灰體的需要與可能需要:a與λ無關(guān),便于數(shù)學(xué)處理可能:工業(yè)上大多λ=0.76~20μm

工程材料在此區(qū)a變化不大當(dāng)Ta=Tb時(shí),無凈傳熱

E=εEb(1-a)Eb+E=Eb克希荷夫定律a=ε結(jié)論：在同一溫度下，灰體的吸收率等于黑度。善輻射者善吸收。注意：太陽輻射、氣體輻射5.2兩黑體間輻射1.角系數(shù)黑體1發(fā)射給黑體2占總發(fā)射量的分率由蘭貝特定律純幾何因素,與表面性質(zhì)無關(guān)。實(shí)際是一種覆蓋率同樣結(jié)論：2．兩黑體凈熱交換5.3兩灰體間輻射使用有效輻射概念將灰體理解為對(duì)投入輻射全部吸收而輻射能力等于有效輻射的“黑體”當(dāng)系統(tǒng)只由兩灰體組成時(shí)得或系統(tǒng)黑度實(shí)用：①兩大近距離平板：相互全遮蓋了②小物體1被大物體2包圍而則簡(jiǎn)化為例1在兩大近距離平板中間加一塊遮熱板，表面黑度均相同，則輻射傳熱為原來的多少？解：

例2熱電偶測(cè)溫穩(wěn)定時(shí)誤差如何減小誤差,可采取的措施：

①α↑,②ε1↓,③TW↑④加罩子

5.4輻射的主要影響因素1.絕對(duì)溫度四次方同樣溫差2.幾何位置3.表面黑度鍍銀、鋁等4.輻射表面的介質(zhì)輻射給熱系數(shù)氣體輻射在工業(yè)條件下，O2、N2、H2可視作透體既無輻射能力，又無吸收能力CO、CO2、SO2、CH4、H2O只能輻射和吸收一定波長(zhǎng)范圍的能量，不能看作灰體

ag≠εg1.氣體輻射和吸收是個(gè)容積過程定義仍按表面算平均射線行程

εg=f(Tg,pgL),ag=φ(Tg,pgL)水蒸汽黑度氣體與黑體外殼的輻射6傳熱過程計(jì)算定態(tài)條件下，Q熱,放=Q冷,吸+Q損失Q損失不計(jì)時(shí)，qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)過程特征方程假定條件：①定態(tài),Q損失不計(jì)②qm1Cp1,qm2Cp2,K沿傳熱面不變③冷、熱流體無相變化④軸向?qū)峥珊雎?.1傳熱速率和傳熱系數(shù)注意：推動(dòng)力、系數(shù)、面積的配套以內(nèi)壁面為基準(zhǔn)以外壁面為基準(zhǔn)(較常用)只有平壁才有K1=K2注意：實(shí)際考慮污垢：6.2傳熱阻力控制問題新管子,或經(jīng)除垢后的管子,R1=R2=0,通常λ金屬大壁δ薄,如λ鋼=45W/m·K,取δ=1.5mmλ/δ=3×104W/m2·K,δ/λ≈0，則：①K比α1、α2中較小的一個(gè)α還小②當(dāng)α1>>α2，則K≈α2

強(qiáng)化傳熱須從α小的一側(cè)入手③壁溫計(jì)算：∵δ/λ≈0，∴TW=tW結(jié)論：壁溫總是接近α值大的一邊流體溫度例1α值對(duì)K的影響無污垢時(shí),

α1α2KK/K原

2050019.2α1加倍4050037.01.93α2加倍20100019.61.02例2壺底溫度為什么空壺時(shí)要燒壞？

T=1000℃,t=100℃tW(TW=tW)靠近哪個(gè)溫度(T、t)例3用蒸汽加熱冷物料,物料進(jìn)口溫度為20℃,出口溫度為50℃,蒸汽溫度為140℃,物料一側(cè)給熱系數(shù)=1000W/m2℃,蒸汽一側(cè)=104W/m2℃。求：平均壁溫(金屬壁熱阻可忽略)。解法1：物料進(jìn)口處壁溫tW1,出口處壁溫tW2,由得tW1=129.1℃,由得tW2=131.8℃,平均壁溫tW=130.5℃解法2：物料平均溫度為

℃由，得tW=130.5℃實(shí)際換熱中的酸露點(diǎn)問題6.3傳熱過程基本方程式對(duì)微元體作衡算結(jié)合過程特征方程積分：dA從0→A，d(T-t)從T2-t1→T1-t2逆流總熱量衡算：傳熱基本方程式主要影響因素：①K傳熱系數(shù)②A傳熱面積③Δtm對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力6.4T,t的沿程變化規(guī)律和操作線①冷熱流體均有相變化②一側(cè)有相變,一側(cè)無相變t~A曲線彎向的判別溫差大斜率大③兩側(cè)均無相變化操作線—表示同一截面T與t關(guān)系換熱器段熱量衡算的結(jié)果操作線是直線,斜率并流時(shí),6.5保溫層的臨界半徑問題：保溫層是否無論λ大小都是增加熱阻的？平壁：δ越厚,熱阻越大圓管壁外：δ↑,d3↑,↑,↓可能出現(xiàn)Rmin

得λ小的材料包上去總是增加熱阻的λ大的材料包上去可能會(huì)減小熱阻,增加熱損失圓球壁外呢？有類似的問題例1某套管換熱器用水冷卻油，水流量qm2=4000kg/h，進(jìn)口溫度t1=25℃，出口溫度t2=40℃，油進(jìn)口溫度T1=110℃，出口溫度T2=75℃，逆流操作，傳熱面積A=5m3。求：傳熱系數(shù)K解：

Δt1=T1-t2=110-40=70℃Δt2=T2-t1=75-25=50℃℃強(qiáng)化傳熱的途徑①加大面積A②提高流速,增強(qiáng)湍動(dòng),提高α③提高溫差推動(dòng)力Δtm例2熱水空冷例2熱水空冷

α2A2↑,KA↑關(guān)于Δtm思考：①Δt1=Δt2時(shí),Δtm=？②當(dāng)Δt1為有限值，Δt2→0時(shí)，Δtm→？③T1,T2,t1,t2一定時(shí),是按并流方式操作的Δtm大還是逆流的Δtm大？當(dāng)Δt1+Δt2=C時(shí),兩者越接近,平均值越大④Δtm受小的一端溫差影響大些6.6換熱器的計(jì)算熱量衡算式傳熱基本方程式變量：Q,qm1,qm2,K,A,T1,T2,t1,t29個(gè)變量,3個(gè)等式,以熱物料冷卻為例設(shè)計(jì)型計(jì)算：已知：qm1,T1,T2,t1,選t2,K

求：qm2,Q,A操作型計(jì)算：①已知：A,qm1,qm2,T1,t1,K

求：T2,t2,②已知：A,qm1,T1,T2,t1,K

求：qm2,t2,(試差)極限問題討論：逆流時(shí),A→∞,一定,T2=?,t2=?T2=t1?,t2=T1?qmCp為有限值,Q為有限值

Q=KAΔtm,只能Δtm→0當(dāng),t2max=T1當(dāng),T2min=t1當(dāng)時(shí)呢？并流時(shí),A→∞,一定,T2=?,t2=?Q=KAΔtm,只能Δtm→0T2=t2復(fù)雜流動(dòng)時(shí)的Δtm,如：?jiǎn)螝こ?雙管程工程上處理

Δtm=ψΔtm逆

ψ修正系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)ψ<0.8,可認(rèn)為流型不合適傳熱單元法—有時(shí)便于問題分析傳熱單元數(shù)，熱容量流率比，熱效率，逆流時(shí),0<ε<1

由定義可得輸出與輸入為線性順變關(guān)系設(shè)計(jì)計(jì)算中的選擇

----依據(jù)：技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上優(yōu)化1.評(píng)價(jià)換熱器好壞的主要指標(biāo)：Δp,K2.冷卻水出口溫度選擇：

t2選大了,易結(jié)垢,Δtm小,A↑,設(shè)備費(fèi)用大；

t2選小了,qm2用量大,操作費(fèi)用大。經(jīng)濟(jì)上權(quán)衡定t2。一般Δtm≮10℃。3.t1的確定,如用河水,冬天t1低,夏天t1高,取哪個(gè)？4.選流向：逆流：Δtm大,qm2用量小,溫度范圍寬；并流：壁溫較均勻,出口溫度t2不會(huì)過高,適合于熱敏性物料、高粘性液體5.選流速：K和Δp的權(quán)衡.

例：?jiǎn)喂艹谈碾p管程,

管程、殼程都盡量達(dá)到湍流6.選結(jié)構(gòu)：固定管板式—溫差較小時(shí)用;溫差<50℃溫差大時(shí)考慮熱脹冷縮:膨脹節(jié),浮頭式,U形管式7.選通道：易結(jié)垢的、腐蝕性的、高壓的流體走管程；蒸汽冷凝走殼程，流量小粘度大的走殼程通常,換熱器已有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),定型產(chǎn)品成本低,只要適當(dāng)選型即可考慮因素：(1)流體種類；液-液；氣-氣；氣-液(2)重量和尺寸；(3)投資和運(yùn)行費(fèi)用；(4)污垢及清潔。管殼式換熱器選型：已知：T1,T2,qm1,t1及介質(zhì)熱負(fù)荷：Q=qm1Cp1(T1-T2)

選t2,求按流體種類由K值大致范圍選K估選型號(hào),算

Re>2000K計(jì)算，ΔP計(jì)算是否ΔP計(jì)算<ΔP允許是否結(jié)束系統(tǒng)優(yōu)化：(1)冷卻器冷卻水的最佳出口溫度t2C=CAA+CWτqmdC/dt2=0(2)廢熱的最經(jīng)濟(jì)回收量

C=CqQτ-CAAdC/dA=0(3)低壓蒸汽預(yù)熱的經(jīng)濟(jì)性物料需要從t1加熱到t2，低壓蒸汽預(yù)熱物料至t，可節(jié)省部分高壓蒸汽

C=C1Q1τ+CAA1+ChQhτ+CAAhdC/dt=06.7換熱器操作型問題設(shè)計(jì)時(shí)，主要變動(dòng)A

操作時(shí)，主要變動(dòng)K,Δtm1.操作調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)t1,qm2Cp2①qm2↑,t2

,T2

,K

,Q

。

可能性分析：

Q能力>Q衡算

Q能力<Q衡算

Q能力=Q衡算T2↓,t2↓，↑,Q=qm1Cp1(T1-T2)↑qm2調(diào)節(jié)的極限，qm2→∞，t2極限=t1②t1↓,t2

,T2

,Q

。

分析：Q=qm1Cp1(T1-T’2)Q=KAΔtm

不增加KA不變，Δtm應(yīng)當(dāng)增加，操作線應(yīng)上移

t1↓,t2↓,T2↓,Q=qm1Cp1(T1-T’2)↑輸出與輸入為線性順變關(guān)系2.操作型計(jì)算①第一類：已知KA,T1,t1,。求：T2,t2逆流：并流：②第二類：已知：KA,T1,T2,qm1,t1

求：t2,qm2要試差才能解原因：計(jì)算式的非線性逆流：求出t2后例1原為單管程167kPa(表)T=130℃,t1=80℃,t2=100℃,管內(nèi)流動(dòng)為湍流,為提高t2①改為雙管程,t2’=?②不改雙管程，要達(dá)到同樣t2’,提高T至多少？解：①改雙管程，流速加倍α蒸汽>>α有機(jī)液K≈α有機(jī)液∝u0.8,

得t2’=109.5℃②仍為單管程,K值不變得T’=153.6℃相當(dāng)于426kPa(表)例2一逆流套管換熱器,熱空氣走管內(nèi),冷水走環(huán)隙，熱空氣一側(cè)傳熱阻力控制,冷、熱流體進(jìn)出口溫度為t1=30℃,t2=45℃,T1=110℃,T2=80℃。求：當(dāng)熱空氣流量qm1加倍時(shí)，T’2,t’2=?思路：先解舊工況的數(shù)群和的值，再用新工況的和求T’2,t’2。解：新工況：qm1’=2qm1K≈α1∝qm10.8因Δtm=T1-t2’=T2’

-t1Q’=qm2Cp2(t2’-t1)=K’A(T1-t2’),t2’=55.1℃

T2’=84.9℃

例3乙醇過冷冷凝已知：r汽化,Cp乙醇,qm1,K1,K2,A求：面積是否夠？解題方法：分兩段A計(jì)=A1+A26.8非定態(tài)傳熱已知：G(kg),qm(kg/s),Cp,t初,t終,T,K,A,假定管道及換熱器的滯留油量可忽略不計(jì)，槽內(nèi)油品溫度均勻。求：τ解：取dτ時(shí)段進(jìn)行熱衡算,換熱器傳熱量等于槽內(nèi)油品升溫所需熱量傳熱章練習(xí)：一、填空1．在沿球壁的一維定態(tài)傳熱過程中，熱流量Q沿半徑增大方向

，熱流密度q沿該方向

，（增大，減少，不變）。2．在一維定態(tài)傳熱過程中，二層的熱阻分別為R1和R2，推動(dòng)力為Δt1和Δt2，若R1<R2，則推動(dòng)力Δt1

Δt2，(>,=,<),(Δt/R)1

(Δt/R)2

(Δt1+Δt2)/(R1+R2)。3．為對(duì)某管道保溫，現(xiàn)需將兩種導(dǎo)熱系數(shù)分別為λ1和λ2的材料包于管外，已知λ1>λ2，δ1=δ2，則應(yīng)該將導(dǎo)熱系數(shù)為

的材料包于內(nèi)層，更有利于保溫。解答：一、1．不變，減少。

2．<,=,=。

3．λ24.對(duì)流對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)是

。5.對(duì)流給熱時(shí)，α∝Δta，q∝Δtb（Δt=t-tw），當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制高度湍流時(shí)，a=

，b=

；當(dāng)蒸汽在管外冷凝(層流)時(shí)a=

，b=

；大容積飽和核狀沸騰時(shí)，a=

，b=

。6.水在列管換熱器的管程內(nèi)流動(dòng)，其Re>104，當(dāng)流量增加一倍，管徑不變，則α為原來的

倍；將管徑減小一半，流量不變，則α為原來的

倍；若流量、管徑不變，而將管程數(shù)增加一倍，則α為原來的

倍。（忽略物性變化）7．用飽和水蒸氣在套管換熱器內(nèi)加熱冷空氣，此時(shí)，管壁溫度接近于

的溫度。解答：一、4.流動(dòng)流體的載熱使壁面處溫度梯度增加

5．0，1；-0.25，0.75；2.5，3.56．

20.8=1.74，21.8=3.48，20.8=1.747．蒸汽側(cè)8．蒸汽冷凝分

狀冷凝和

狀冷凝，工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)按

狀冷凝考慮；大容積飽和沸騰分

狀沸騰和

狀沸騰，操作應(yīng)控制在

狀沸騰下進(jìn)行。9．某無相變逆流傳熱過程，已知T1=60℃，t2=30℃，(qmCp)2/(qmCp)1=1，則Δtm=

。10．用飽和蒸汽加熱冷流體（冷流體無相變），若保持加熱蒸汽壓降和冷流體t1不變，而增加冷流體流量qm2，則t2

，Q

，K

，Δtm

。解答：一、8．滴，膜，膜；核，膜，核

9．Δtm=Δt1=Δt2=T1-t2=30℃10．Q=KAΔtm↓,↑,↑,↑11．冷熱流體在換熱器無相變逆流傳熱，換熱器用久后形成垢層，在同樣的操作條件下，與無垢層時(shí)相比，結(jié)垢后換熱器的K

，Δtm

，t2

，Q

。（上升，不變，下降，不確定）。12．冷熱流體的進(jìn)出口溫度t1，t2，T1，T2相同時(shí)，Δtm并

Δtm逆(>,=,<)。13.利用水在逆流操作的套管換熱器中冷卻某物料。要求熱流體的溫度T1、T2及流量qm1不變。今因冷卻水進(jìn)口溫度t1增高，為保證完成生產(chǎn)任務(wù)，提高冷卻水的流量qm2，則K

，Δtm

，Q

。(上升，不變，下降，不確定)。解答：一、11．↓,↑,↓,↓12．≤13．Q=qm1Cp1(T1-T2)=KAΔtm↑,↓,不變二、作圖題：1．某換熱器原工況操作線如圖，試將新工況操作線定性畫在原圖中，并證明之。二、1.解：2．某逆流換熱器的(qmCp)2<(qmCp)1，試定性繪出兩種流體沿傳熱面的溫度分布曲線及操作線。2.3．試定性在同一圖中繪出兩個(gè)換熱器的操作線。3.三、找錯(cuò)熱輻射中，(A)灰體是一種理想物體，(B)黑體也是一種特殊的灰體，(C)溫度相等時(shí)，黑體與灰體的輻射能力相同，(D)對(duì)太陽能的輻射，實(shí)際物體也可看作灰體。三、解：C,D

四、計(jì)算題1．進(jìn)入某間壁式換熱器的冷、熱流體溫度為t1=50℃,T1=200℃,已知換熱器的總熱阻1/KA=0，試求下列條件下冷流體的出口溫度。

①并流操作(qmCp)2/(qmCp)1=2；

②逆流操作(qmCp)2/(qmCp)1=2；

③逆流操作(qmCp)2/(qmCp)1=0.5。四、1.解：①t2=T2=