化工原理課件第五章傳熱4

第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算

例：在一單程逆流套管換熱器中，用水冷卻機(jī)油，水走管內(nèi)，機(jī)油走殼程；管子規(guī)格為Φ19×2mm鋼管；已知：油側(cè)的污垢熱阻為0.00018m2·K/W，，水側(cè)的污垢熱阻為0.00035m2·K/W。介質(zhì)流量kg/h密度kg/m3比熱kJ/(kg·K)入口溫度℃出口溫度℃給熱系數(shù)W/(m2·K)機(jī)油水39488809951.954.195630454505800(1)因操作條件改變，機(jī)油入口溫度升至58℃，而油、水的流量及水的進(jìn)口溫度不變，試求兩流體的出口溫度及熱負(fù)荷的變化(假定兩流體的物理性質(zhì)的變化可以忽略)。(2)若水的入口溫度降至28℃，而油、水的流量及油的進(jìn)口溫度不變，試求兩流體的出口溫度及熱負(fù)荷的變化(假定兩流體的物理性質(zhì)的變化可以忽略)。第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算解決上述問題，可以使用傳熱速率方程式及熱量衡算方程式即六、傳熱單元計(jì)算法第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算將傳熱過程中涉及到的變量改寫為三個(gè)綜合變量，然后找出三個(gè)綜合變量間關(guān)系。這三個(gè)綜合變量是傳熱效率ε，傳熱單元數(shù)NTU及熱容量比R。(1)傳熱效率ε定義第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算實(shí)際的傳熱速率Q與理論上可能達(dá)到的最大傳熱速率Qmax之比Qmax對熱流體：對冷流體：熱流體m1Cp1

較小時(shí)：冷流體m2Cp2較小時(shí)：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算(2)傳熱單元數(shù)NTU(Numberoftransferunit)對換熱器的微元傳熱面積dA寫出傳熱速率方程及熱量衡算方程：對熱流體：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算對上式進(jìn)行積分如果K、m1cp,1為常量，另外用平均推動力Δtm代替（T-t），則有：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算令稱為熱流體的傳熱單元數(shù)同理，對冷流體：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算稱為冷流體的傳熱單元數(shù)NTU反映的是流體溫度變化與△tm

之間的關(guān)系，NTU↑→傳熱任務(wù)↑→傳熱面積A↑同理，對冷流體：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算(3)熱容比R(4)傳熱效率ε、傳熱單元數(shù)NTU與熱容比R的關(guān)系以逆流換熱器為例，假設(shè)熱流體熱容量m1Cp1較?。簩ξ⒃娣edA作熱量衡算：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算變形得：由傳熱速率方程：二式相除：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算將上式進(jìn)行積分第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算將左邊的溫度比例式進(jìn)行數(shù)學(xué)變換：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算由熱容量比定義

：則有：代入前面的積分式：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算整理得：即：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算同理，可推出當(dāng)冷流體的熱容流量較小時(shí)第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算若規(guī)定NTU表示熱容量較小的流體的傳熱單元數(shù)，,

則逆流傳熱熱效率可統(tǒng)一表示為：同理，對并流換熱器可推導(dǎo)得傳熱單元數(shù)計(jì)算式

流動公式熱流體熱容量小冷流體熱容量小逆流并流第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算應(yīng)用：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算R和NTU可計(jì)算得出，求出后由定義式可求T2或t2，再由熱量衡算方程式求t2或T2。確定T2和t2第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算

例：在一單程逆流套管換熱器中，用水冷卻機(jī)油，水走管內(nèi)，機(jī)油走殼程；管子規(guī)格為Φ19×2mm鋼管；已知：油側(cè)的污垢熱阻為0.00018m2·K/W，，水側(cè)的污垢熱阻為0.00035m2·K/W。介質(zhì)流量kg/h密度kg/m3比熱kJ/(kg·K)入口溫度℃出口溫度℃給熱系數(shù)W/(m2·K)機(jī)油水39488809951.954.195630454505800(1)因操作條件改變，機(jī)油入口溫度升至58℃，而油、水的流量及水的進(jìn)口溫度不變，試求兩流體的出口溫度及熱負(fù)荷的變化(假定兩流體的物理性質(zhì)的變化可以忽略)。(2)若水的入口溫度降至28℃，而油、水的流量及油的進(jìn)口溫度不變，試求兩流體的出口溫度及熱負(fù)荷的變化(假定兩流體的物理性質(zhì)的變化可以忽略)。七、綜合傳熱及設(shè)備熱損失的計(jì)算1.綜合傳熱及綜合傳熱速率的計(jì)算包括對流、輻射傳熱方式的傳熱過程稱為綜合傳熱。設(shè)備與周圍環(huán)境間的傳熱過程為一綜合傳熱過程，對于高溫設(shè)備，輻射傳熱不能忽略，應(yīng)加以綜合考慮。第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算綜合傳熱設(shè)外壁溫度為tw，面積Aw，環(huán)境溫度t，則：以對流傳熱損失的熱量：

以輻射傳熱損失的熱量：

第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算綜合傳熱速率的計(jì)算令：αT－綜合傳熱膜系數(shù)則有：總熱損失：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算αT的計(jì)算：設(shè)備外為靜止空氣（自然對流）時(shí)：平壁保溫層外圓筒壁保溫層外

適用范圍：tw<150℃空氣以一定流速通過壁面（強(qiáng)制對流）時(shí)：空氣速度u≤5m/s時(shí)：

空氣速度u>5m/s時(shí)：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算2.設(shè)備熱損失的計(jì)算設(shè)管內(nèi)熱流體溫度為T，周圍環(huán)境溫度為t，金屬管內(nèi)壁面積為Ai，保溫層外表面積為Aw，則熱損失為：式中下標(biāo)1－金屬管，下標(biāo)2－保溫層第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算在實(shí)際計(jì)算中，由于αT與保溫層外表溫度tw有關(guān)，而tw又與Q有關(guān)，因此應(yīng)進(jìn)行試差計(jì)算：設(shè)twαTQQ=αTAw(tw’-t)tw’tw’=twtw’≠twtw，Q第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算3.保溫層的臨界直徑對單層保溫的管道，忽略管內(nèi)給熱及金屬管壁導(dǎo)熱熱阻，則有：對保溫層：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算d1,d2保溫層的內(nèi)徑和外徑代入得：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算可見，總熱阻與保溫層厚度有關(guān)。由公式中可知，d2↑→R1↑，R2↓→Q？第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算管道熱損失隨保溫層外徑的變化Q～d2關(guān)系曲線：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算對總熱阻計(jì)算公式求導(dǎo)：第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算保溫層的臨界直徑第五節(jié)兩流體間的傳熱計(jì)算從上圖可以看出，當(dāng)d2小于dc時(shí)，隨保溫層的增加，熱損失增多。因此保溫層的厚度應(yīng)使保溫層的外側(cè)的直徑大于dc，否則，保溫層厚度的增加，不僅不會減小散熱損失，而且還要加大散熱損失。對于保溫性能較差（λ2大）或者管徑較小的場合，容易發(fā)生d＜dc的情形。