換熱(化工原理)課件

第四章傳熱HeatTransfer化工原理盧蓮英9/21/20231第四章傳熱化工原理盧蓮英7/29/20231第四章傳熱(Heattransfer)1、掌握內(nèi)容

傳熱基本方式、工業(yè)換熱方式及適用范圍；傳熱基本方程式及其相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法；熱量衡算及其應(yīng)用；傳熱系數(shù)計(jì)算及測定方法，設(shè)計(jì)計(jì)算與校核計(jì)算；強(qiáng)化傳熱的方法與途徑。

2、理解內(nèi)容

熱負(fù)荷與傳熱速率間的關(guān)系，傳熱機(jī)理、傳熱膜概念，列管換熱器的選型方法。

3、了解內(nèi)容工業(yè)換熱器的類型、結(jié)構(gòu)、操作原理。

本章學(xué)習(xí)要求：9/21/20232第四章傳熱(Heattransfer)1、掌握第一節(jié)概述

傳熱是因溫差導(dǎo)致的能量傳遞過程，又稱熱傳遞。由熱力學(xué)第二定律可知，在有溫度差存在時(shí)，熱量會自發(fā)地從高溫處傳遞到低溫處。一、傳熱過程的應(yīng)用

1、化學(xué)反應(yīng)過程－－加熱與冷卻眾所周知，化學(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的核心，多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都有一定的溫度條件且伴隨著反應(yīng)熱。例如：氨合成反應(yīng)的操作溫度為470～520℃；氨氧化法制備硝酸過程的反應(yīng)溫度為800℃等等。為了達(dá)到要求的反應(yīng)溫度，必先對原料進(jìn)行加熱；而這兩個(gè)過程的反應(yīng)又都是可逆放熱反應(yīng)，為了保持最佳反應(yīng)溫度、加快正反應(yīng)速度，則必須及時(shí)移走反應(yīng)放出的熱量（若是吸熱反應(yīng)，要保持反應(yīng)溫度，則需及時(shí)補(bǔ)充熱量）。

9/21/20233第一節(jié)概述傳熱是因溫差導(dǎo)致的能量傳遞過程，又稱熱傳以合成氨生產(chǎn)過程為例：9/21/20234以合成氨生產(chǎn)過程為例：7/29/202342、為物理單元操作創(chuàng)造必要的條件；對某些單元操作過程（如蒸發(fā)、結(jié)晶、蒸餾和干燥等）往往需要輸入或輸出熱量，才能保證操作的正常進(jìn)行。如蒸餾操作中，為使塔釜內(nèi)的液體不斷氣化，就需要向塔釜內(nèi)的液體輸入熱量，同時(shí)，為了使塔頂?shù)恼魵饫淠玫交亓饕汉鸵后w產(chǎn)品，就需要從塔頂蒸氣中移出熱量。3、提高熱能的綜合利用和余熱的回收。

仍以合成氨生產(chǎn)過程為例，合成塔出口的合成氣溫度很高，為將合成氣中的反應(yīng)產(chǎn)物氨與反應(yīng)原料氮、氫氣加以分離必須要降溫，為提高熱量的綜合利用和回收余熱，可用其副產(chǎn)蒸氣或加熱循環(huán)氣等。此外設(shè)備與管路的保溫等。因此，傳熱是化工生產(chǎn)過程中的常規(guī)單元操作之一。9/21/202352、為物理單元操作創(chuàng)造必要的條件；7/29/20235化工生產(chǎn)中對傳熱過程的要求通常有以下兩種情況：一、強(qiáng)化傳熱，即加大傳熱過程速率的過程。如各種換熱設(shè)備中的傳熱，要求傳熱速率快，傳熱效果好。二、削弱傳熱，也即減小傳熱速率的過程。要求傳熱速率慢，以減少熱量或冷量的損失。如設(shè)備和管道的保溫過程。穩(wěn)態(tài)傳熱（又稱定態(tài)傳熱）。穩(wěn)態(tài)傳熱的特點(diǎn)是傳熱速率為常數(shù)，并且系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度僅隨位置變化而與時(shí)間無關(guān)。不穩(wěn)態(tài)傳熱（又稱非定態(tài)傳熱）。傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度不僅隨位置變化且隨時(shí)間變化。本章中除非另有說明，只討論穩(wěn)態(tài)傳熱。

9/21/20236化工生產(chǎn)中對傳熱過程的要求通常有以下兩種情況：7/29/20二、熱量傳遞的基本方式

根據(jù)機(jī)理的不同，傳熱有三種基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。傳熱過程可依靠其中的一種或幾種方式同時(shí)進(jìn)行。

（一）熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱，是借助物質(zhì)的分子或原子振動以及自由電子的熱運(yùn)動來傳遞熱量的過程。當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部在傳熱方向上無質(zhì)點(diǎn)宏觀遷移的前提下，只要存在溫度差，就必然發(fā)生熱傳導(dǎo)?？梢姛醾鲗?dǎo)不僅發(fā)生在固體中，同時(shí)也是流體內(nèi)的一種傳熱方式。

在靜止流體內(nèi)部以及在作層流運(yùn)動的流體層中垂直于流動方向上的傳熱，是憑借流體分子的振動碰撞來實(shí)現(xiàn)的，換言之，這兩類傳熱過程也應(yīng)屬于導(dǎo)熱的范疇。很顯然，導(dǎo)熱過程的特點(diǎn)是：在傳熱過程中傳熱方向上無質(zhì)點(diǎn)塊的宏觀遷移。9/21/20237二、熱量傳遞的基本方式7/29/20237（二）熱對流

熱對流是利用流體質(zhì)點(diǎn)在傳熱方向上的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的過程，簡稱對流。根據(jù)造成流體質(zhì)點(diǎn)在傳熱方向上的相對運(yùn)動的原因不同，又可分為強(qiáng)制對流和自然對流。若相對運(yùn)動是由外力作用引起的，則稱為強(qiáng)制對流。如傳熱過程因泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器等對流體做功造成傳熱方向上質(zhì)點(diǎn)塊的宏觀遷移。若相對運(yùn)動是由于流體內(nèi)部各部分溫度的不同而產(chǎn)生密度的差異，使流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對運(yùn)動的，則稱為自然對流。9/21/20238（二）熱對流7/29/20238（三）熱輻射熱輻射是一種通過電磁波來傳遞熱量的方式。具體地說，物體先將熱能轉(zhuǎn)變成輻射能，以電磁波的形式在空中進(jìn)行傳送，當(dāng)遇到另一個(gè)能吸收輻射能的物體時(shí)，即被其部分或全部吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而?shí)現(xiàn)傳熱。根據(jù)赫爾－波爾茲曼定律：凡溫度高于絕對零度的物體均具有將其本身的能量以電磁波的方式輻射出去，同時(shí)有接受電磁波的能力，且物體的輻射能力大致與物體的絕對溫度的4次方成正比。9/21/20239（三）熱輻射7/29/20239因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。物體（固體、液體和氣體）都能將熱能以電磁波形式發(fā)射出去，而不需任何介質(zhì)。1、熱輻射不僅產(chǎn)生能量的傳遞，而且伴隨著能量的轉(zhuǎn)換。高溫物體輻射向低溫物體2、輻射傳熱是物體間相互輻射和吸收能量的結(jié)果。3、任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)生輻射能，但是只有物體的溫度差別較大時(shí)，輻射傳熱才成為最主要的傳熱方式。高溫物體輻射能低溫物體9/21/202310因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。物體（固體、三、工業(yè)換熱器1、混合式換熱器主要特點(diǎn)：冷熱兩種流體間的熱交換，是依靠熱流體和冷流體直接接觸和混合過程實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)點(diǎn)：傳熱速度快、效率高，設(shè)備簡單，是工業(yè)換熱器的首選類型。典型設(shè)備：如涼水塔、噴灑式冷卻塔、混合式冷凝器適用范圍：無價(jià)值的蒸氣冷凝，或其冷凝液不要求是純粹的物料等，允許冷熱兩流體直接接觸混合的場合。

廢蒸氣冷水熱水9/21/202311三、工業(yè)換熱器廢蒸氣冷水熱水7/29/2023112、間壁式換熱器主要特點(diǎn)：冷熱兩種流體被一固體間壁所隔開，在換熱過程中，兩種流體互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳給冷流體。以達(dá)到換熱的目的。優(yōu)點(diǎn)：傳熱速度較快，適用范圍廣，熱量的綜合利用和回收便利。缺點(diǎn)：造價(jià)高，流動阻力大，動力消耗大。典型設(shè)備：列管式換熱器、套管式換熱器。適用范圍；不許直接混合的兩種流體間的熱交換。9/21/2023122、間壁式換熱器7/29/202312圖4-2間壁式換熱器——列管換熱器。

9/21/202313圖4-2間壁式換熱器——列管換熱器。7/29/202313、中間載熱體式換熱器中間載熱體式換熱器，又稱熱媒式換熱器。其換熱原理是：將兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體（稱為熱媒）連接起來，載熱體在高溫流體換熱器中從熱流體吸收熱量后，帶至低溫流體換熱器傳給冷流體。如空調(diào)的制冷循環(huán)、太陽能供熱設(shè)備、熱管式換熱器等均屬此類。此類換熱過程廣泛應(yīng)用于核能工業(yè)、冷凍技術(shù)及工廠余熱利用中。9/21/2023143、中間載熱體式換熱器7/29/202314換熱器還可以按其他方式進(jìn)行分類，有關(guān)其他分類方法和換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等內(nèi)容，將在后文中詳細(xì)介紹。9/21/202315換熱器還可以按其他方式進(jìn)行分類，有關(guān)其他分類方法和換熱器的結(jié)四、傳熱速率和熱通量1、傳熱速率Q(rateofheattransfer)（熱流量rateofheatflow）指單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面的熱量。整個(gè)換熱器的傳熱速率表征了換熱器的生產(chǎn)能力，單位為W；q=Q/A2、熱通量q(heatflux)或熱流密度(densityofheatflowrate)指單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積縮傳遞的熱量。在一定的傳熱速率下，q越大，所需的傳熱面積越小。因此，熱通量是反映傳熱強(qiáng)度的指標(biāo)，又稱為熱流強(qiáng)度，單位為W/m2。9/21/202316四、傳熱速率和熱通量7/29/202316穩(wěn)態(tài)傳熱(steady-stateheattransfer)－－物體中各點(diǎn)溫度只隨位置變而不隨時(shí)間變化。Q=KA△tm=推動力/熱阻

K----總傳熱系數(shù)(overallheattransfercoefficient)，W/m2.K。其大小決定于兩流體的流動型態(tài)，流體性質(zhì)，設(shè)備尺寸大小。

△tm---推動力，冷熱流體的平均溫差。五、穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱六、兩流體通過間壁的傳熱過程－－對流、導(dǎo)熱、對流七、傳熱速率方程式應(yīng)用：設(shè)計(jì)計(jì)算與校核計(jì)算；強(qiáng)化傳熱的途徑9/21/202317穩(wěn)態(tài)傳熱(steady-stateheattransfe第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律（一）導(dǎo)熱的分類由熱傳導(dǎo)引起的傳熱速率稱為導(dǎo)熱速率，其與導(dǎo)熱體內(nèi)部的溫度分布情況有關(guān)。導(dǎo)熱體內(nèi)部在空間和時(shí)間上的溫度分布稱為溫度場。若溫度場內(nèi)各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化，則稱為不穩(wěn)定溫度場?？捎脭?shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

t=f(x,y,z,θ)9/21/202318第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律若溫度場內(nèi)各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化，式中t——溫度，℃；x、y、z——任一點(diǎn)的空間坐標(biāo)；θ——時(shí)間，s。顯然，不穩(wěn)定溫度場中的導(dǎo)熱為不穩(wěn)定導(dǎo)熱（又稱非定態(tài)導(dǎo)熱）。例如，從燃燒爐夾出的煤塊，內(nèi)外溫度隨時(shí)間變化，其導(dǎo)熱速率也隨時(shí)間變化。

9/21/202319式中7/29/202319若溫度場內(nèi)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間改變，則稱為穩(wěn)定溫度場。穩(wěn)定溫度場中的導(dǎo)熱即為穩(wěn)定導(dǎo)熱（又稱定態(tài)導(dǎo)熱）。可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：t=f(x,y,z)

穩(wěn)定溫度場中溫度相同的點(diǎn)所組成的面稱為等溫面。當(dāng)穩(wěn)定溫度場中的溫度只沿空間某一方向變化時(shí)，稱為一維穩(wěn)定溫度場，此時(shí)的導(dǎo)熱稱為一維穩(wěn)定導(dǎo)熱。可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：t=f(x)9/21/202320若溫度場內(nèi)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間改變，則稱為穩(wěn)定溫度場。穩(wěn)定溫度（二）傅立葉定律導(dǎo)熱過程的導(dǎo)熱速率可借助傅立葉定律確定。傅立葉定律表明了導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱速率與導(dǎo)熱方向上溫度的變化率和垂直于導(dǎo)熱方向的導(dǎo)熱面積成正比。對一維穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，傅立葉定律可表述為

9/21/202321（二）傅立葉定律導(dǎo)熱過程的導(dǎo)熱速率可借助傅立葉定律確定。傅立上式中,稱為溫度梯度。由于導(dǎo)熱方向?yàn)闇囟认陆档姆较?，故需在右端加一?fù)號。若要將上式寫成等式，則需引入一比例系數(shù)λ，即

式中Q——導(dǎo)熱速率，指導(dǎo)熱體在單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量，J/s或W；

——比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)，J/s?m?℃或W/m?℃；A——導(dǎo)熱面積，m2。上式即為一維穩(wěn)定導(dǎo)熱過程的傅立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是一維穩(wěn)定導(dǎo)熱計(jì)算的基本公式。

9/21/202322上式中,稱為溫度梯度。由于導(dǎo)熱方向?yàn)闇囟认陆档亩?、?dǎo)熱系數(shù)將上式改寫為上式即為導(dǎo)熱系數(shù)的定義式。其表明導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。它是表征物質(zhì)導(dǎo)熱性能的一個(gè)物性參數(shù)，

越大，導(dǎo)熱性能越好。導(dǎo)熱性能的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度及壓強(qiáng)等有關(guān)。物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)測定。各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值差別極大，一般而言，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬次之，而氣體最小。9/21/202323二、導(dǎo)熱系數(shù)上式即為導(dǎo)熱系數(shù)的定義式。其表明導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上1．氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與液體和固體相比，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對導(dǎo)熱不利，但卻有利于保溫和絕熱。工業(yè)上所使用的保溫材料（如玻璃棉等）就是因?yàn)槠淇障吨杏写罅快o止的空氣，所以其導(dǎo)熱系數(shù)很小，適用于保溫隔熱。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而增大；這與溫度升高后氣體分子的熱運(yùn)動加劇，碰撞機(jī)會增多有關(guān)。而在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓強(qiáng)的變化很小，可以忽略不計(jì)，只有當(dāng)壓強(qiáng)很高（大于200MPa）或很低（小于2.7kPa）時(shí)，才應(yīng)考慮壓強(qiáng)的影響，此時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)隨壓強(qiáng)的升高而增大。

9/21/2023241．氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與液體和固體相比，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對導(dǎo)2．液體的導(dǎo)熱系數(shù)液體可分為金屬液體（液態(tài)金屬）和非金屬液體。液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比一般液體的高，其中熔融的純納具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，大多數(shù)金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而降低。在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，大多數(shù)非金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)亦隨溫度的升高而降低。通常純液體的導(dǎo)熱系數(shù)較其溶液的要大。液體的導(dǎo)熱系數(shù)基本上與壓強(qiáng)無關(guān)。9/21/2023252．液體的導(dǎo)熱系數(shù)液體可分為金屬液體（液態(tài)金屬）和非金屬液體3．固體的導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱性能與導(dǎo)電性能密切相關(guān)，一般而言，良好的導(dǎo)電體必然是良好的導(dǎo)熱體，反之亦然。在所有固體中，金屬的導(dǎo)熱性能最好。大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而降低，隨著純度的增加而增大，也即合金比純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)要低。非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)與其組成、結(jié)構(gòu)的緊密程度及溫度有關(guān)。大多數(shù)非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)隨密度增加而增大；在密度一定的前提下，其導(dǎo)熱系數(shù)與溫度呈線性關(guān)系，隨溫度升高而增大。應(yīng)予指出，在導(dǎo)熱過程中導(dǎo)熱體內(nèi)的溫度沿傳熱方向發(fā)生變化，其導(dǎo)熱系數(shù)也在變化，但在工程計(jì)算中，為簡便起見通常使用平均導(dǎo)熱系數(shù)。9/21/2023263．固體的導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱性能與導(dǎo)電性能密切相關(guān)，一般而言，良三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)1、單層平壁導(dǎo)熱如圖4-3所示，若平壁的面積A與厚度b相比很大，則從邊緣處的散熱可以忽略，壁內(nèi)溫度只沿垂直于壁面的x方向發(fā)生變化，即所有等溫面是垂直于x軸的平面，且壁面的溫度不隨時(shí)間變化，顯然為一維穩(wěn)定導(dǎo)熱。9/21/202327三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)1、單層平壁導(dǎo)熱7/29/202327由傅立葉定律

Qt1t2b9/21/202328由傅立葉定律Qt1t2b7/29/2023282、多層平壁熱傳導(dǎo)

在穩(wěn)定傳熱時(shí)，通過上述串聯(lián)平壁的導(dǎo)熱速率都是相等的。即

根據(jù)等比定律則有b1b2b3Qtt1t2t3t4x9/21/2023292、多層平壁熱傳導(dǎo)在穩(wěn)定傳熱時(shí)，通過上述串聯(lián)平壁的導(dǎo)熱速率化簡得若由三層平壁導(dǎo)熱向n層平壁推廣，其導(dǎo)熱速率方程式則為：式中下標(biāo)i為平壁的序號。注意△t－－壁面兩側(cè)的溫度之差9/21/202330化簡得7/29/202330四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

1、單層圓筒壁導(dǎo)熱化工生產(chǎn)中的導(dǎo)熱問題大多是圓筒壁中的導(dǎo)熱問題。它與平壁導(dǎo)熱的不同之處在于：溫度隨半徑而變；此時(shí)傅立葉定律應(yīng)改寫為圓筒壁的導(dǎo)熱面積隨半徑而變，A＝2πrL。

9/21/202331四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

1、單層圓筒壁導(dǎo)熱化工生產(chǎn)中的導(dǎo)熱問如圖所示，設(shè)圓筒壁的內(nèi)、外半徑分別為r1和r2長度為L；內(nèi)、外表面溫度分別為t1和t2，且t1>t2；管材導(dǎo)熱系數(shù)為λ。則由傅立葉定律有：因穩(wěn)定過程導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱速率為常數(shù)，若導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)可視為常數(shù)或可取平均值，則上式中僅包含溫度t和半徑r兩個(gè)變量。9/21/202332如圖所示，設(shè)圓筒壁的內(nèi)、外半徑分別為r1和r2長度為L；內(nèi)、將上式分離變量，并根據(jù)r=r1，t=t1；r=r2，t=t2的邊界條件積分。即：積分得：

式中即為圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻。上式即為單層圓筒壁的導(dǎo)熱速率方程式，該式也可以改寫成類似單層平壁的導(dǎo)熱速率計(jì)算式的形式。9/21/202333將上式分離變量，并根據(jù)r=r1，t=t1；r=r2，t=t22、多層圓筒壁導(dǎo)熱計(jì)算與多層平壁相似，對于多層圓筒壁，其導(dǎo)熱速率方程可以表示為：9/21/2023342、多層圓筒壁導(dǎo)熱計(jì)算與多層平壁相似，對于多層圓筒壁，其導(dǎo)熱【例4-1】在一φ60×3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料,里層為40mm的氧化鎂粉,平均導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.07W.m-1·K-1,外層為20mm的石棉層,其平均導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.15W.m-1·K-1.現(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁的溫度為500?,最外層表面溫度為80?,管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W.m-1·K-1.試求每米管長的熱損失及保溫層界面的溫度.(類似P139:例4-4)解(a)每米管長的熱損失

此處，9/21/202335【例4-1】在一φ60×3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料,9/21/2023367/29/202336【例4-2】某平壁燃燒爐是由一層耐火磚與一層普通磚砌成，兩層的厚度均為100mm，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.9W/（ｍ·℃）及0.7W/（ｍ·℃）。待操作穩(wěn)定后，測得爐壁的內(nèi)表面溫度為700℃,外表面溫度為130℃。為減少燃燒爐的熱損失，在普通磚的外表面增加一層厚度為40mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/（ｍ·℃）的保溫材料。操作穩(wěn)定后，又測得爐內(nèi)表面溫度為740℃,外表面溫度為90℃。設(shè)兩層材料的導(dǎo)熱系數(shù)不變。計(jì)算加保溫層后爐壁的熱損失比原來減少百分之幾？解：設(shè)單位面積爐壁的熱損失為q（q=Q/A），加保溫層前，是雙層平壁的熱傳導(dǎo)9/21/202337【例4-2】某平壁燃燒爐是由一層耐火磚與一層普通磚砌成，兩層加保溫層后，是三層平壁的熱傳導(dǎo)熱損失減少的百分?jǐn)?shù)

（q1–q2）/q1=（2240-707）/2240=68.4%9/21/202338加保溫層后，是三層平壁的熱傳導(dǎo)熱損失減少的百分?jǐn)?shù)7/29【例4-3】某冷庫的墻壁由三層材料構(gòu)成，內(nèi)層為軟木，厚15mm，導(dǎo)熱系數(shù)0.043W/(m·℃)，中層為石棉板，厚40mm,導(dǎo)熱系數(shù)0.10W/(m·℃)，外層為混凝土，厚200mm,導(dǎo)熱系數(shù)1.3W/(m·℃)，測得內(nèi)墻表面為-18℃，外墻表面溫度為24℃，計(jì)算每平方米墻面的冷損失量；若將內(nèi)、中層材料互換而厚度不變，冷損失量將如何變化。解t1=18℃,t4=24℃,λ1=0.043W/(m·℃),λ2=0.10W/(m·℃),λ3=1.3W/(m·℃)9/21/202339【例4-3】某冷庫的墻壁由三層材料構(gòu)成，內(nèi)層為軟木，厚15mt1＝-18℃,t4=24℃,λ1′=0.10W/(m·℃),λ2′=0.043W/(m·℃),λ3=1.3W/(m·℃)互換材料后，由于導(dǎo)熱熱阻的增大，使得冷量損失減少。在使用多層材料保溫時(shí)要注意熱阻的分配。保溫時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)小的放在里層好

9/21/202340t1＝-18℃,t4=24℃,λ1′=0.10W/(m·℃Problem1P198:Exercisesno.4-4andno.4-6ThankYou!9/21/202341Problem1P198:ThankYou!7/29第三節(jié)對流傳熱一、對流傳熱的分析1、滯流內(nèi)層：流體呈滯流流動，沿壁面法向沒有質(zhì)點(diǎn)的移動和混合，即沒有對流傳熱，傳熱方式僅是熱傳導(dǎo)。因?yàn)橐后w導(dǎo)熱系數(shù)小，因此熱阻較大，溫度梯度大。2、緩沖層：流體流動介于滯流和湍流之間，熱傳導(dǎo)和對流傳熱同時(shí)起作用，熱阻較小。3、湍流主體：質(zhì)點(diǎn)劇烈運(yùn)動，完全混合，溫度基本均勻，無溫度梯度。因此，對流傳熱的熱阻主要集中在滯流內(nèi)層，減薄其厚度是強(qiáng)化傳熱過程的關(guān)鍵。9/21/202342第三節(jié)對流傳熱一、對流傳熱的分析7/29/202349/21/2023437/29/202343二、對流傳熱速率方程

(牛頓冷卻定律)由前面討論知，對流傳熱是一個(gè)復(fù)雜的過程影響因素很多，因此計(jì)算是只能用半理論半經(jīng)驗(yàn)的公式：對流傳熱速率＝對流傳熱推動力/阻力＝系數(shù)×推動力Q=αAΔtΔt——流體平均溫度與壁面平均溫度之差值℃α——對流傳熱系數(shù)(convectiveheat-transfercoefficient)或膜系數(shù)(filmcoefficient)W/m2℃，非物性常數(shù)流體與壁面間的平均溫度差為1℃，面積為1/m2的熱通量，對流傳熱系數(shù)越大，傳熱越劇烈。9/21/202344二、對流傳熱速率方程(牛頓冷卻定律)7/29/202344對流傳熱是流體在外界條件作用下，在一定幾何形狀、尺寸的設(shè)備中流動時(shí)與固體壁面之間的傳熱過程，因此影響h的主要因素是：1.流體的種類和相變化情況α氣體<α液體α有相變>α無相變

2.流體的物性對α影響較大的流體物性有導(dǎo)熱系數(shù)λ、粘度μ、比熱Cp、密度ρ及對自然對流影響較大的體積膨脹系數(shù)β。具體地：

λ↑、μ↓、Cp↑、ρ↑、β↑→α↑三、影響對流傳熱系數(shù)的因素9/21/202345對流傳熱是流體在外界條件作用下，在一定幾何形狀、尺寸的設(shè)備3.流體的溫度流體溫度對對流傳熱的影響表現(xiàn)在流體溫度與壁面溫度之差Δt，流體物性隨溫度變化程度及附加自然對流等方面的綜合影響。故計(jì)算中要修正溫度對物性的影響。在傳熱計(jì)算過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)用以確定物性所規(guī)定的溫度稱為定性溫度。4.流體的流動狀態(tài)流體呈湍流時(shí)，隨著Re的增加，滯流底層的厚度減薄，阻力降低，α增大。流體呈滯流時(shí)，流體在熱流方向上基本沒有混雜作用，故α較湍流時(shí)小。即：

α滯流<α湍流

5.流體流動的原因自然對流：由于流體內(nèi)部存在溫度差，因而各部分的流體密度不同，引起流體質(zhì)點(diǎn)的相對位移。強(qiáng)制對流：由于外來的作用，迫使流體流動。α自然對流<α強(qiáng)制對流9/21/2023463.流體的溫度流體溫度對對流傳熱的影響表現(xiàn)在流體溫度與壁面溫6.傳熱面的形狀、位置和大小傳熱壁面的幾何因素對流體沿壁面的流動狀態(tài)、速度分布和溫度分布都有較大影響，從而影響對流傳熱。如流體流過平板與管內(nèi)的流動就不同，在自然對流時(shí)垂直熱表面?zhèn)鹊牧黧w就比水平熱表面下面的流體自然對流條件要好。因此必須考慮傳熱面的特定幾何條件對傳熱的影響，一般采用對對流傳熱有決定性影響的特征尺寸作為計(jì)算依據(jù)，稱為定性尺寸。9/21/2023476.傳熱面的形狀、位置和大小7/29/2023471、流體無相變時(shí)各準(zhǔn)數(shù)的名稱、符號、意義如下：準(zhǔn)數(shù)式符號名稱意義Nu努寒爾特準(zhǔn)數(shù)(Nusselt)表示對流傳熱強(qiáng)弱程度的準(zhǔn)數(shù)Re雷諾準(zhǔn)數(shù)(Reynolds)反映流體流動湍動程度的準(zhǔn)數(shù)Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)(Prandtl)反映物性對傳熱影響的準(zhǔn)數(shù)Gr格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)(Grashof)反映自然對流強(qiáng)弱程度的準(zhǔn)數(shù)四、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式9/21/2023481、流體無相變時(shí)各準(zhǔn)數(shù)的名稱、符號、意義如下：準(zhǔn)數(shù)式符號名稱9/21/2023497/29/2023499/21/2023507/29/2023509/21/2023517/29/2023519/21/2023527/29/2023529/21/2023537/29/202353：準(zhǔn)數(shù)之間通常用指數(shù)方程表示：Nu=CRemPrnGri其中c,m,n,i都是針對不同的情況下具體條件而測得的，這些值測得后，即可計(jì)算出對流傳熱系數(shù)。自然對流Re=0Nu=CPrnGri強(qiáng)制對流Gr=0Nu=CRemPrn2、流體有相變化時(shí)對于蒸氣冷凝時(shí)Nu=f(Ga,Pr,KD)Ga=gl3ρ2/μ2伽利略準(zhǔn)數(shù)KD=r/CpΔt冷凝準(zhǔn)數(shù)一般情況下Nu=C(Ga,Pr,KD)n9/21/202354：2、流體有相變化時(shí)7/29/202354四、流體無相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1、流體無相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)①流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對流1）流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流a、低粘度（粘度小于2倍常溫下水的粘度）的流體Nu=0.023Re0.8Prn或α=0.023λ/l(luρ／μ)0.8(Cpμ／λ)n應(yīng)用范圍：Re>100000.7<Pr<160L/di>60；特征尺寸：l取管內(nèi)徑di定性溫度：流體進(jìn)出口主體溫度的算術(shù)平均值。其中n與熱流方向有關(guān)，流體被加熱時(shí)，n=0.4被冷卻時(shí)n=0.3.9/21/202355四、流體無相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式7/29/2023b、高粘度液體Nu=0.027Re0.8Pr0.33(μ／μw)0.14μ:液體在主體平均溫度下的粘度μw：液體在壁溫下的粘度其中（μ/μw）0.14一項(xiàng)是考慮熱流方向影響的校正項(xiàng)。在工程計(jì)算時(shí)，液體加熱(μ/μw）0.14=1.05，液體被冷卻時(shí)（μ/μw）0.14=0.959/21/202356b、高粘度液體7/29/202356由于滯流內(nèi)層的厚度粘度隨熱流方向的不同而不同，液體被加熱是，滯流內(nèi)層的溫度比主體溫度高，又粘度反比于溫度，因此滯流內(nèi)層厚度減薄，致使對流傳熱系數(shù)增大。液體被冷卻上，情況相反，對于液體Pr>1即Pr0.4>Pr0.3.因此加熱時(shí)n=0.4。

2）流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制滯流a.自然對流可以忽略Nu=1.86Re0.33Pr0.33(di/L)0.33(μ/μw)0.14應(yīng)用范圍：Re<2000,L/di>60,RePrdi/L>10特征尺寸：di定性溫度：平均溫度（μw除外）9/21/202357由于滯流內(nèi)層的厚度粘度隨熱流方向的不同而不同，液體被加熱是，3)流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對流于過渡狀態(tài)當(dāng)Re=2300~10000α先按湍流時(shí)計(jì)算然后再用式φ＝1－600000/Re1.8求出校正系數(shù)。φ<14）流體在彎管內(nèi)強(qiáng)制對流在彎管內(nèi)，由于離心力的作用，擾動加劇，較直管時(shí)大α`＝α(1+1.77d/R)α`:彎管α：直管R：曲率半徑5)流體在非圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對流計(jì)算當(dāng)量直徑，再用上面公式。9/21/2023583)流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對流于過渡狀態(tài)7/29/202359/21/2023597/29/2023592、流體在管外強(qiáng)制對流1）流體在管束外強(qiáng)制垂直流動2）流體在換熱器的管間流動二、液體有相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)1、蒸氣冷凝膜狀冷凝；若冷凝液能夠潤濕壁面，則在壁面上形成一層完整的液膜，故稱為膜狀冷凝。滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕壁面，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此種冷凝稱為滴狀冷凝。工業(yè)上遇到的大多是膜狀冷凝，因此冷凝器的設(shè)計(jì)總是按膜狀冷凝來處理，下面介紹純凈的飽和蒸氣膜狀冷凝的傳熱系數(shù)的計(jì)算方法。9/21/2023602、流體在管外強(qiáng)制對流7/29/2023602、液體的沸騰大容器沸騰：將加熱面浸沒在液體中，液體在壁面處受熱沸騰，稱大容器沸騰。管內(nèi)沸騰：使液體在管內(nèi)流動時(shí)受熱沸騰，稱管內(nèi)沸騰。實(shí)驗(yàn)表明，大容器內(nèi)液體飽和沸騰的情況隨溫度差Δt=tw-ts而變。下面以常壓下水在大容器中沸騰傳熱為例，分析沸騰溫度差Δt對傳熱系數(shù)和熱通量q的影響。臨界點(diǎn)c：由泡狀沸騰向膜狀沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。α泡狀沸騰>α膜狀沸騰,因此應(yīng)控制在泡狀區(qū)域內(nèi),其它液體在不同壓強(qiáng)下的沸騰曲線與水的相類似，僅臨界點(diǎn)的數(shù)值不同。25°C5°C沸騰溫差Δt°C熱通量q傳熱系數(shù)α9/21/2023612、液體的沸騰25°C5°C沸騰溫差Δt°C熱通量q傳熱系3影響沸騰傳熱的因素(1)液體物性液體的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度、表面張力等對沸騰傳熱都有影響。一般α隨k、ρ的增大、μ和σ的減少而增大。(2)溫度差△t溫差△t＝tw-ts是影響沸騰傳熱的重要因素。在核狀沸騰區(qū)：α＝a(△t)n。式中a和n是根據(jù)液體種類、操作壓強(qiáng)和壁面性質(zhì)而定的常數(shù)，一般n＝2～3。(3)操作壓強(qiáng)提高操作壓強(qiáng)即相當(dāng)于提高了液體的飽和溫度，使液體的表面張力和粘度下降，有利于汽泡的形成和脫離，使沸騰傳熱增強(qiáng)，在同樣的△t下能得到更高的α。(4)加熱壁面加熱面的材料不同，光潔度不同，則形成汽化核心的條件不同，對沸騰傳熱有顯著影響。通常新的清潔加熱面α較高，當(dāng)壁面被油脂沾污后，會使h急劇下降；壁面愈粗糙，汽化核心愈多，有利于沸騰傳熱。此外加熱面的布置對沸騰傳熱也有明顯影響，如在水平管束外沸騰時(shí)，其上升汽泡會覆蓋上方管的一部分加熱面，導(dǎo)致管的平均α下降。9/21/2023623影響沸騰傳熱的因素(1)液體物性液體的導(dǎo)熱系數(shù)、α值的大致范圍一般情況下，α值的大致范圍如下：空氣自然對流，5~25W/m.K；空氣強(qiáng)制對流，30~300W/m.K；水蒸汽冷凝，1000~8000W/m.K；水沸騰，1500~30000W/m.K；9/21/202363α值的大致范圍一般情況下，α值的大致范圍如下：7/29/20應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意的問題對應(yīng)各種不同情況下的對流傳熱的具體函數(shù)關(guān)系是由實(shí)驗(yàn)確定的，在整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果及使用方程式中應(yīng)注意以下問題：1.應(yīng)用范圍關(guān)聯(lián)式中Re、Pr、Gr等準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值范圍等。2.定性溫度各準(zhǔn)數(shù)中決定物性參數(shù)的溫度，有3種表示方法：取t=(t1+t2)/2或T=(T1+T2)/2為定性溫度取壁面平均溫度t=(tw+Tw)/2為定性溫度取流體和壁面的平均溫度t=(tw+t)/2或t=(Tw+T)/2為定性溫度壁溫多為未知數(shù)，需用試差法，故工程上多用第一種方法3.特征尺寸無量綱準(zhǔn)數(shù)Nu、Re等中所包含的傳熱面尺寸稱為特征尺寸l。通常選取對流體流動和傳熱發(fā)生主要影響的尺寸作為特征尺寸。9/21/202364應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意的問題對應(yīng)各種不同情況下的對流傳熱的具體9/21/2023657/29/202365【例4-4】一套管換熱器，管套為Φ89×3.5mm鋼管，內(nèi)管為Φ25×2.5mm鋼管，管長為2m，環(huán)隙中為p=100kPa的飽和水蒸汽冷凝，冷卻水在內(nèi)管中流過，進(jìn)口溫度為15℃，出口為35℃。冷卻水流速為0.4m/s，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動定性溫度查得25℃時(shí)水的物性數(shù)據(jù)（見附錄）如下：9/21/202366【例4-4】一套管換熱器，管套為Φ89×3.5mm鋼管，內(nèi)可按p143式(4-18)計(jì)算，水被加熱，校正系數(shù)過渡流9/21/202367可按p143式(4-18)計(jì)算，水被加熱，校正系數(shù)過渡流【例4-5】空氣以4m/s的流速通過一Φ75.5×3.75mm的鋼管，管長20m?？諝馊肟跍囟葹?05K，出口溫度為341K，試計(jì)算：1）空氣與管壁間的對流傳熱系數(shù)。2）如空氣流速增加一倍，其它的條件均不變，對流傳熱系數(shù)又為多少？解：此題為無相變時(shí)流體在管內(nèi)作強(qiáng)制流動時(shí)對流傳熱系數(shù)，故首先判斷流動類型，再選用對應(yīng)關(guān)聯(lián)式計(jì)算：9/21/202368【例4-5】空氣以4m/s的流速通過一Φ75.5×39/21/2023697/29/2023699/21/2023707/29/202370Problem2P199:Exercisesno.4-9andno.4-11

ThankYou!9/21/202371Problem2P199:ThankYou!7/29第四節(jié)傳熱計(jì)算一、熱量衡算換熱器的熱負(fù)荷計(jì)算：1、焓差法：Q=qm熱(H1-H2)=qm冷(h2-h1)--焓值查附錄2、顯熱法：無相變化時(shí)Q=qm熱c熱(T1-T2)=qm冷c冷(t2-t1)cpr,cpl---為常數(shù)或平均溫度下的比熱。此法應(yīng)用非常廣泛。Q=qmcp△t弄清△t的含義。3、潛熱法：此法用于載熱體在熱交換中發(fā)生相的變化

Q=qm熱r熱=qm冷r冷9/21/202372第四節(jié)傳熱計(jì)算7/29/202372二、傳熱速率方程

Q=KAΔtm=____【熱量衡算式】如120℃蒸汽變成40℃水所放出的熱量是多少？Q=αAΔt注意各符號的含義9/21/202373【熱量衡算式】如120℃蒸汽變成40℃水所放出的熱量是多1·傳熱速率---換熱器本身在一定條件下的換熱能力，是換熱器本身的特性。2·熱負(fù)荷----換熱器中單位時(shí)間內(nèi)冷熱流體交換的熱量，由生產(chǎn)上的要求決定，是生產(chǎn)上對換熱器換熱能力的要求。3·關(guān)系：生產(chǎn)上一般傳熱速率大于或等于熱負(fù)荷。傳熱速率與熱負(fù)荷的概念及關(guān)系（難點(diǎn)）[討論]

①若熱損失在熱流體一邊，并沒有通過傳熱面，則Q=Ql=Qr-Qs②若熱損失在冷流體一邊，即把熱量傳給冷流體后損失的,則Q=Qr=Ql+Qs

[注意]掌握規(guī)律，此處易出錯。[應(yīng)用]求載熱體的用量或流體的溫度。9/21/2023741·傳熱速率---換熱器本身在一定條件下的換熱能力，是換熱器三、傳熱溫度差的計(jì)算在間壁式換熱器中，按照參加熱交換的兩種流體，在沿著換熱器的傳熱面流動時(shí)，各點(diǎn)溫度變化的情況，可將傳熱過程分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種。(一)恒溫傳熱與變溫傳熱1、恒溫傳熱—蒸發(fā)(溶液沸騰和蒸汽冷凝)由于恒溫傳熱時(shí)，冷熱兩種流體的溫度都維持不變，所以兩流體間的傳熱溫度差亦為定值。即Δtm=T-t2、變溫傳熱間壁一邊流體變溫而另一邊流體恒溫間壁兩側(cè)流體變溫

9/21/202375三、傳熱溫度差的計(jì)算7/29/202375（二）平均溫度差Δtm的計(jì)算逆流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊分別以相反的方向運(yùn)動。

并流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊以相同的方向流動。

錯流：參加熱交換的兩種流體在間壁的兩邊，呈垂直方向流動稱為錯流。折流：參加熱交換的兩種流體在間壁兩邊，其中之一只沿一個(gè)方向流動，此稱為簡單折流，若兩流體均作折流，或既有折流又有錯流的稱為復(fù)雜折流。9/21/202376（二）平均溫度差Δtm的計(jì)算7/29/202376并流逆流錯流折流9/21/202377并流逆流錯流折流7/29/2023779/21/2023787/29/202378t1Tt2T1t2t1T2一側(cè)流體變溫：逆流與并流一樣

9/21/202379t1Tt2T1t2t1T2一側(cè)流體變溫：逆流與并流一樣7/2定態(tài)操作的換熱器內(nèi)冷、熱流體的溫度沿傳熱面是變化的。即隨傳熱過程的進(jìn)行，冷流體溫度逐漸上升而熱流體溫度逐漸下降，所以換熱器內(nèi)各截面上的總推動力(T-t)亦是變化的。因此，要計(jì)算換熱器的總熱流量Q，或計(jì)算傳遞一定熱流量Q所需要的傳熱面積A，必須對下式積分1、傳熱過程的積分表達(dá)式9/21/202380定態(tài)操作的換熱器內(nèi)冷、熱流體的溫度沿傳熱面是變化的。即隨傳熱假定（1）傳熱系數(shù)K=常數(shù)，即在整個(gè)傳熱面上保持不變。（2）cp1,cp2為常量，不隨T變化。（3）熱損失不計(jì)。2、操作線與推動力的變化規(guī)律現(xiàn)以套管換熱器中冷、熱流體逆流操作且無相變?yōu)槔M(jìn)行積分9/21/202381假定（1）傳熱系數(shù)K=常數(shù)，即在整個(gè)傳熱面上保持不變。（2）換熱器內(nèi)冷、熱流體溫度隨傳熱面的變化為：現(xiàn)建立換熱器的操作線方程：在冷流體入口端和任意截面作熱量衡算，則9/21/202382換熱器內(nèi)冷、熱流體溫度隨傳熱面的變化為：現(xiàn)建立換熱器的操作線∴

T～t關(guān)系為一直線關(guān)系，線上的每一點(diǎn)代表換熱器某一截面上冷、熱流體的溫度，該直線稱之為換熱器的操作線。在T-t坐標(biāo)中作出該直線，如下圖AB直線所示。作對角線，由圖可以看出，總推動力剛好等于操作線和對角線間的垂直距離，即，兩直線間的垂直距離必亦隨橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)呈直線變化，在此的變化亦為直線。9/21/202383∴

T～t關(guān)系為一直線關(guān)系，線上的每一點(diǎn)代表換熱器某一截面3、傳熱基本方程式將

代入

又整個(gè)換熱器作熱量衡算可得：

9/21/2023843、傳熱基本方程式將代入又整個(gè)換熱器作熱量衡算可得：74、對數(shù)平均推動力

1）若換熱器兩端溫差有一為零時(shí)，則對數(shù)平均溫差必為零。這就意味著傳遞相應(yīng)的熱流量，需要無限大的傳遞面9/21/2023854、對數(shù)平均推動力1）若換熱器兩端溫差有一為零時(shí)，則對數(shù)平2）若3）并流（無相變）在冷、熱流體進(jìn)出口溫度相同的條件下，并（逆）流操作兩端推動力相差較大（小），所以9/21/2023862）若3）并流（無相變）在冷、熱流體進(jìn)出口溫度相同的條件下例如4）一側(cè)有相變操作線為一水平線9/21/202387例如4）一側(cè)有相變操作線為一水平線7/29/2023875）兩側(cè)均有相變（操作線縮為一個(gè)點(diǎn)）9/21/2023885）兩側(cè)均有相變（操作線縮為一個(gè)點(diǎn)）7/29/2023886)對于錯流和折流時(shí)的平均溫度差：Δtm=φΔtΔtm逆φΔt<1,一般φΔt不宜小于0.8，否則使Δtm過小，很不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)參數(shù)R、P查p160圖4-25可知φΔt9/21/2023896)對于錯流和折流時(shí)的平均溫度差：7/29/202389。

。7)·變溫傳熱時(shí)流體流動方向的選擇①從平均溫差考慮----逆流節(jié)省傳熱面積②從載熱體用量考慮---逆流節(jié)省冷卻劑或加熱劑用量。③并流特點(diǎn)---冷流體溫度不高于某溫度或熱流體不低于某溫度9/21/2023907)·變溫傳熱時(shí)流體流動方向的選擇①從平均溫差考慮---【討論題】用90℃熱水將流量為1000kg/h的原油從20℃加熱到70℃，原油比熱為2.0kJ/kg.k。試計(jì)算逆流與并流操作所需的加熱劑用量。分析：熱流體出口溫度未知----求qmr----必知T2-----討論逆并流極限值

并流T2≥t2

逆流T2≥t19/21/202391【討論題】用90℃熱水將流量為1000kg/h的原油從20℃Problem3P199:Exercisesno.4-16,no.4-18andno.4-19ThankYou!9/21/202392Problem3P199:ThankYou!7/29四、傳熱系數(shù)

由傳熱基本方程有W/m2?℃可知，傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于在傳熱溫差為1℃時(shí)的傳熱通量。傳熱系數(shù)是評價(jià)換熱器傳熱性能的重要參數(shù)，也是對傳熱設(shè)備進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)。影響傳熱系數(shù)K值的因素很多，主要有換熱器的類型、流體的種類和性質(zhì)以及操作條件等。9/21/202393四、傳熱系數(shù)由傳熱基本方程有7/29/202393(一)傳熱系數(shù)的確定方法在換熱器的工藝計(jì)算過程中，傳熱系數(shù)K的來源主要有以下三個(gè)方面：1、現(xiàn)場測定

對于已有換熱器，傳熱系數(shù)K可通過現(xiàn)場測定法來確定。具體方法是：(1)現(xiàn)場測定有關(guān)的數(shù)據(jù)（如流體的流量和進(jìn)出口溫度等）；(2)根據(jù)測定數(shù)據(jù)求得傳熱速率Q、傳熱溫度差Δtm和傳熱面積A；(3)由傳熱基本方程計(jì)算K值。

9/21/202394(一)傳熱系數(shù)的確定方法在換熱器的工藝計(jì)算過程中，傳熱系數(shù)K2、公式計(jì)算

在換熱器結(jié)構(gòu)確定的前提下，傳熱系數(shù)K可用公式計(jì)算確定。計(jì)算公式可應(yīng)用串聯(lián)熱阻疊加原理導(dǎo)出。(1)K計(jì)算公式的推導(dǎo)過程

9/21/2023952、公式計(jì)算在換熱器結(jié)構(gòu)確定的前提下，傳熱系數(shù)K可用公式計(jì)按上圖的機(jī)理分析可知，熱、冷流體通過間壁的傳熱是一個(gè)“對流-傳導(dǎo)-對流”的串聯(lián)過程。各區(qū)域的傳熱速率如下：（1）熱流體對壁面的對流傳熱（2）壁面內(nèi)的導(dǎo)熱（3）壁面到冷流體的對流傳熱9/21/202396按上圖的機(jī)理分析可知，熱、冷流體通過間壁的傳熱是一個(gè)“對流-對于穩(wěn)定傳熱過程，各串聯(lián)環(huán)節(jié)速率應(yīng)相等。即上式中的Δt對變溫傳熱過程而言，隨位置的變化而變化，為計(jì)算簡便起見，應(yīng)將其替換為整個(gè)換熱器的平均值Δtm。再聯(lián)合傳熱基本方程式，則有9/21/202397對于穩(wěn)定傳熱過程，各串聯(lián)環(huán)節(jié)速率應(yīng)相等。即7/29/2023消去Δtm可得當(dāng)A取Ao時(shí)，則有：若傳熱壁面為平壁或薄管壁9/21/202398消去Δtm可得當(dāng)A取Ao時(shí)，則有：若傳熱壁面為平壁或薄管2、污垢熱阻的影響換熱器在使用過程中，傳熱壁面會逐漸形成污垢（如水加熱器中的水垢、壓縮氣冷卻器中的油垢等），對傳熱造成附加熱阻，該熱阻稱為污垢熱阻。因污垢的組織結(jié)構(gòu)較為疏松，內(nèi)部存有靜止流體，導(dǎo)熱性能差，所以，通常污垢熱阻比起壁面的熱阻來要大得多，因而在傳熱計(jì)算中應(yīng)考慮污垢熱阻的影響。影響污垢熱阻的因素很多，主要有流體的性質(zhì)、傳熱壁面的材料、操作條件、清洗周期等。由于污垢熱阻的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)難以準(zhǔn)確地估計(jì)，因此通常選用經(jīng)驗(yàn)值，表4-4列出了一些常見流體的污垢熱阻Rd的經(jīng)驗(yàn)值，可供參考.9/21/2023992、污垢熱阻的影響換熱器在使用過程中，傳熱壁面會逐漸形成污垢表4-4常見流體的污垢熱阻R

d流體Rdm2?℃/kW流體Rdm2?℃/kW水（>50℃）水蒸汽蒸餾水0.09優(yōu)質(zhì)不含油0.052海水0.09劣質(zhì)不含油0.09清凈的河水0.21液體未處理的涼水塔用水0.58鹽水0.172已處理的涼水塔用水0.26有機(jī)物0.172已處理的鍋爐用水0.26熔鹽0.086硬水、井水0.58植物油0.52氣體燃料油0.172～0.52空氣0.26～0.53重油0.86溶劑蒸汽0.172焦油1.729/21/2023100表4-4常見流體的污垢熱阻Rd流體Rdm2?℃/k若固體壁為金屬材料，污垢忽略時(shí)，則：1/K=1/αi+1/αo

當(dāng)兩個(gè)膜系數(shù)相差很大時(shí)，則K與膜系數(shù)小的α接近，即總熱阻總是由熱阻大的那一側(cè)對流傳熱所控制。若提高K，關(guān)鍵是提高膜系數(shù)小的那一側(cè)或同時(shí)提高。【例4-5】【例4-5】一空氣冷卻器，空氣橫向流過管外壁，對流傳熱系數(shù)ao=100W/（m2·℃）。冷卻水在管內(nèi)流動，ai=6000W/（m2·℃）。冷卻水管為Φ25×2.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/（m·℃）。試求（1）在該狀況下的總傳熱系數(shù)；（2）若將管外空氣一側(cè)的對流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳熱系數(shù)有何變化；（3）若將管內(nèi)冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳熱系數(shù)又有何變化。9/21/2023101若固體壁為金屬材料，污垢忽略時(shí)，則：1/K=1/αi+解（1）以管外壁為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為(忽略污垢熱阻)由以上計(jì)算可以看出管壁的熱阻很小，可忽略不計(jì)。（2）若將管外空氣一側(cè)的對流傳熱系數(shù)ao提高一倍，則總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)增加了97.1%。9/21/2023102解（1）以管外壁為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為(忽略污垢熱阻)由以上（3）若將管內(nèi)冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)ai提高一倍，則總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)只增加了1.6%。

討論：由上述計(jì)算可以看出，強(qiáng)化空氣側(cè)的對流傳熱所提高的總傳熱系數(shù)遠(yuǎn)較強(qiáng)化冷卻水側(cè)的對流傳熱的效果顯著。因此，要提高一個(gè)具體傳熱過程的總傳熱系數(shù)，必須首先比較傳熱過程各個(gè)環(huán)節(jié)上的分熱阻，對分熱阻最大的環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，這樣才能使總傳熱系數(shù)顯著提高。結(jié)論:傳熱系數(shù)總是由膜系數(shù)小的那一側(cè)流體控制。為了提高傳熱系數(shù)，設(shè)法提高小的膜系數(shù)。9/21/2023103（3）若將管內(nèi)冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)ai提高一倍，則總傳熱（三）選取經(jīng)驗(yàn)值

在換熱器的工藝設(shè)計(jì)過程中，由于換熱器的尺寸未知，因此傳熱系數(shù)K無法通過實(shí)測或計(jì)算公式來確定。此時(shí)，K值通常借助工具手冊選取。教材中列出了列管換熱器對于不同流體在不同情況下的傳熱系數(shù)的大致范圍，可供參考。9/21/2023104（三）選取經(jīng)驗(yàn)值在換熱器的工藝設(shè)計(jì)過程中，由于換熱器的尺寸表4-5列管換熱器中K值的大致范圍熱流體冷流體傳熱系數(shù)KW/m2?℃水水850～1700輕油水340～910重油水60～280氣體水17～280水蒸汽冷凝水1420～4250水蒸汽冷凝氣體30～300低沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓）水455～1140高沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（減壓）水60～170水蒸汽冷凝水沸騰2000～4250水蒸汽冷凝輕油沸騰455～1020水蒸汽冷凝重油沸騰140～4259/21/2023105表4-5列管換熱器中K值的大致范圍熱流體冷流體傳熱系數(shù)K五、壁溫計(jì)算原則上可以由三個(gè)方程解三個(gè)未知數(shù)Q、Tw、tw由此式可知，在傳熱過程中熱阻大的環(huán)節(jié)其溫差也必然大。金屬壁的熱阻通?？梢院雎裕碩W=tW，于是此式表明，傳熱面兩側(cè)溫差之比等于兩側(cè)熱阻之比，壁溫必接近于熱阻較小或給熱系數(shù)較大的流體溫度。9/21/2023106五、壁溫計(jì)算原則上可以由三個(gè)方程解三個(gè)未知數(shù)Q、Tw、[思考題]在列管式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，分析其傳熱過程？求①傳熱管壁溫接近哪種流體溫度？②傳熱系數(shù)接近哪種流體的膜系數(shù)？9/21/2023107[思考題]7/29/2023107[例4-6]在列管換熱器中，兩流體進(jìn)行換熱。若已知管內(nèi)、外流體的平均溫度分別為170℃和135℃；管內(nèi)、外流體的對流傳熱系數(shù)分別為12000W/(m2·℃)及1100W/(m2·℃)，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為0.0002及0.0005m2·℃/W。試估算管壁平均溫度。假設(shè)管壁熱傳導(dǎo)熱阻可忽略。解：管壁的平均溫度可由下式計(jì)算，即：9/21/2023108[例4-6]在列管換熱器中，兩流體進(jìn)行換熱。若已知管內(nèi)、外流

解得：計(jì)算結(jié)果表明，管壁溫度接近于熱阻小的那一側(cè)流體的流體溫度。

9/21/20231097/29/2023109六、傳熱計(jì)算---設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算（一）設(shè)計(jì)型計(jì)算的命題方式將一定流量Gr的熱流體自給定溫度T1冷卻至指定溫度T2。設(shè)計(jì)條件：可供使用的冷卻介質(zhì)溫度，即冷流體的進(jìn)口溫度t1。設(shè)計(jì)任務(wù)：計(jì)算目的：確定經(jīng)濟(jì)上合理的傳熱面積A及換熱器其它有關(guān)尺寸。設(shè)計(jì)型計(jì)算中參數(shù)的選擇9/21/2023110六、傳熱計(jì)算---設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算（一）設(shè)計(jì)型計(jì)算的命2.作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計(jì)算平均推動力△tm

（1）選擇流體的流向，即決定采用逆流、并流還是其它復(fù)雜流動方式。（2）選擇冷卻介質(zhì)的出口溫度t2。(熱量衡算式計(jì)算出口溫度)3．計(jì)算冷、熱流體與管壁的對流傳熱系數(shù)α和總傳熱系數(shù)K。為求得K，須計(jì)算兩側(cè)的對流傳熱系數(shù)α，故設(shè)計(jì)者必須決定（1）冷、熱流體何者走管內(nèi)，何者走管外（殼程）（2）選擇適當(dāng)?shù)牧魉伲唬?）選定適當(dāng)?shù)奈酃笩嶙琛?．由傳熱基本方程，計(jì)算傳熱面積A。設(shè)計(jì)必須做到經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上可行，也即最優(yōu)設(shè)計(jì)。1．由傳熱任務(wù)計(jì)算換熱器的熱流量（熱負(fù)荷)9/21/20231112.作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計(jì)算平均推動力△tm3．【例4-7】P169例4-19有一套管式換熱器，在管徑為Φ38×2mm的內(nèi)管中有流速為1.5m/s的水從25℃加熱到55℃，在內(nèi)管與外套管的環(huán)隙中在壓力為140kPa的飽和水蒸汽冷凝放熱，其對流傳熱系數(shù)αo=104W/m2.K。水側(cè)及水蒸汽冷凝側(cè)的污垢熱阻各取10-4m2.K/W，管壁熱阻忽略不計(jì)。試求水蒸汽消耗量和所需傳熱面積。9/21/2023112【例4-7】P169例4-19有一套管式換熱器，在管徑為分析：1、水蒸汽消耗量----熱量衡算Qr=Ql+Qs熱流體－－相變化(潛熱法)；冷流體－－溫差法2.傳熱面積(套管長)----傳熱基本方程依據(jù)Q=KA△tm

①求傳熱速率（熱負(fù)荷）－－冷流體水在管內(nèi)，Q=Ql②求平均推動力－－一流體變溫，逆流③求傳熱系數(shù)－－定基準(zhǔn)----管內(nèi)水的膜系數(shù)未知----求膜系數(shù)----按步驟進(jìn)行定性溫度---查物性特性尺寸L=di(若水在管間環(huán)隙內(nèi)流動L=de=Di-do)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re－－判斷流型選公式計(jì)算比較膜系數(shù)的大小，確定基準(zhǔn)。④求傳熱面積（管長）若考慮熱損失為5%，則再計(jì)算蒸汽消耗量和傳熱面積。9/21/2023113分析：7/29/2023113分析：若考慮熱損失為5%，則1、水蒸汽消耗量----熱量衡算Qr=Ql+Qs2.傳熱面積(套管長)----傳熱基本方程依據(jù)Q=KA△tm

①求傳熱速率（熱負(fù)荷）－－冷流體水在管內(nèi)，Q=Ql=1.69×105W(不變)②求平均推動力－－△tm=69.2K(不變)③求傳熱系數(shù)－－K0=2277W/m2.K(不變)④求傳熱面積（管長）A0=1.09m2(不變)Qmh=1.69×105/0.95=1.78×105W9/21/2023114分析：若考慮熱損失為5%，則2.傳熱面積(套管長)----傳(二)換熱器的操作型計(jì)算例如，判斷一個(gè)現(xiàn)有換熱器對指定的生產(chǎn)任務(wù)是否適用(校核計(jì)算)?；蛘哳A(yù)測某些參數(shù)的變化對換熱器傳熱能力的影響等。第一類命題給定條件：換熱器的傳熱面積以及有關(guān)尺寸，冷、熱流體的物理性質(zhì)，冷、熱流體的流量和進(jìn)口溫度以及流體的流動方式。計(jì)算目的：冷、熱流體的出口溫度t2、T2。計(jì)算方法：逆流時(shí)，傳熱聯(lián)式9/21/2023115(二)換熱器的操作型計(jì)算例如，判斷一個(gè)現(xiàn)有換熱器對指定的生產(chǎn)第二類命題給定條件：換熱器的傳熱面積以及有關(guān)尺寸，冷、熱流體的物理性質(zhì)，熱流體的流量和進(jìn)、出口溫度，冷流體的進(jìn)口溫度以及流動方式。計(jì)算目的：所需冷流體的流量qm及出口溫度t2。計(jì)算方法：由非線性方程，必須試差迭代求得t2。由傳熱聯(lián)式：9/21/2023116第二類命題給定條件：換熱器的傳熱面積以及有關(guān)尺寸，冷、熱流體得：求得9/21/2023117得：求得7/29/2023117【例4-8】在一傳熱面積為15.8的m2的逆流套管換熱器中，用油加熱冷水。油的流量為2.85kg/s、進(jìn)口溫度為110℃；水的流量為0.667kg/s、進(jìn)口溫度為35℃。油和水的平均比熱分別為1.9及4.18kJ/(kg.℃)。換熱器的總傳熱系數(shù)為320W/（m2·℃）。試求水的出口溫度及傳熱量9/21/2023118【例4-8】在一傳熱面積為15.8的m2的逆流套管換熱器中，分析：方法－－對數(shù)平均溫度差法(LMTD法)①水的出口溫度t2－－熱量衡算Qr=Ql+QsqmrCpr(T1-T2)=qmlCpl(t2-t1)2.85×1.9×(110－T2)=0.667×4.18×(t2－35)(110－T2)/(t2－35)=0.515110－T2=0.515(t2－35)②Q=KA△tm=320×15.8×[(110－t2)－(T2－35)]/ln(110－t2)/(T2－35)2.85×1900×(110－T2)=320×15.8×[(110－T2)－(t2－35)]/ln(110－t2)/(T2－35)ln(110－t2)/(T2－35)=320×15.8×(0.515－1)/2.85×1900×0.515=-0.8793(T2－35)/(110－t2)=2.409t2=90.8℃?zhèn)鳠崃縌=qmlCpl(t2-t1)=0.667×4.18×(90.8－35)=155.6kW9/21/2023119分析：方法－－對數(shù)平均溫度差法(LMTD法)7/29/202Problem4P199:Exercisesno.4-20andno.4-24ThankYou!9/21/2023120Problem4P199:ThankYou!7/29習(xí)題課小結(jié)一、前提條件：穩(wěn)態(tài)傳熱二、熱量衡算式當(dāng)Q損失=0時(shí)Q’=

qmrCpr(T1-T2)

=

qmlCpl(t2-t1)

=

qmR

=Q

工藝熱負(fù)荷放熱速率

吸熱速率

相變熱

傳熱速率

（吸或放）9/21/2023121習(xí)題課小結(jié)一、前提條件：穩(wěn)態(tài)傳熱Q’=

qmrCpr(三、傳熱速率方程Q=系數(shù)×傳熱面積×傳熱溫度差=(λ/b)A△t導(dǎo)熱

園筒壁時(shí)A=Am單層=αA△t給熱對流=KA△tm

總傳熱9/21/2023122三、傳熱速率方程Q=系數(shù)×傳熱面積×傳熱溫度差=(λ/b)四、α、K及△tm注意應(yīng)用條件單層平壁，圓筒壁厚度不大時(shí)注意并流、逆流時(shí)△t1及△t2

9/21/2023123四、α、K及△tm注意應(yīng)用條件單層平壁，圓筒壁厚度不大時(shí)【例4-9】P2004-29有一單管程的列管換熱器，其規(guī)格如下：管徑Φ25×2.5mm，管長3m，管數(shù)37根。今采用此換熱器冷凝并冷卻CS2的飽和蒸汽，自飽和溫度46℃冷卻到10℃。CS2在管外冷凝，其流量為300kg/h，比汽化熱為350kJ/kg。冷卻水在管內(nèi)，進(jìn)口溫度為5℃，出口溫度為32℃。逆流流動。已知CS2的冷凝和冷卻的總傳熱系數(shù)分別為K1＝291W/m2.K和K2＝174W/m2.K。試問些換熱器是否合用？（均以內(nèi)表面積計(jì)算）9/21/2023124【例4-9】P2004-29有一單管程的列管換熱器，其解：由于飽和蒸汽經(jīng)過冷凝與冷卻兩個(gè)過程，故要分別進(jìn)行計(jì)算9/21/2023125解：由于飽和蒸汽經(jīng)過冷凝與冷卻兩個(gè)過程，故要分別進(jìn)行計(jì)算7

冷凝過程：查(5+32)/=18.5℃下水的比熱容cp=4.184kJ/kg.K或按常溫

根據(jù)熱量衡算得：聯(lián)立求解，得t1=7.4℃?zhèn)鳠崦娣e冷卻過程：根據(jù)熱量衡算得：查(46+10)/=28℃下CS2的比熱容cp=1.0kJ/kg.K即：9/21/2023126冷凝過程：查(5+32)/=18.5℃下水的比熱容cp=傳熱面積換熱器本身的面積：故該換熱器可以滿足要求。冷卻面積A2

冷凝面積A1

9/21/2023127傳熱面積換熱器本身的面積：故該換熱器可以滿足要求。冷卻面【例4-10】某車間需將流量為30m3/h、濃度為10%的NaOH水溶液由20℃預(yù)熱至60℃，然后送入壓強(qiáng)為19.62kPa(表壓)的反應(yīng)器內(nèi)，兩液面間垂直距離為5m。加熱介質(zhì)為127℃的飽和蒸汽，堿液管全部采用直徑為φ76×3mm的鋼管。當(dāng)閥門全開時(shí)，管路、換熱器及所有局部阻力的當(dāng)量長度之和為330m。摩擦系數(shù)取0.02。該車間庫存一臺兩管程列管換熱器，其規(guī)格為：列管尺寸φ25×2mm；長度為3m；總管數(shù)72根。堿液離心泵的特性曲線見圖。試計(jì)算：1、庫存換熱器能否滿足傳熱任務(wù)？2、離心式堿液泵能否滿足輸送任務(wù)？若能，再求軸功率；3、當(dāng)堿液泵在上述管路上達(dá)到最大輸送量時(shí)，求堿液的出口溫度。在操作條件下，NaOH水溶液的物性常數(shù)為，密度1100kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.58W/m·℃,比熱容為3.77kJ/kg·℃,粘度為1.5mPa·s,Pr=0.7,蒸汽冷凝系數(shù)為10000W/m2·℃,鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為46.5W/m·℃,污垢熱阻總各為0.0003m2·℃/W，忽略熱損失。9/21/2023128【例4-10】某車間需將流量為30m3/h、濃度為10%的N分析：該題為換熱器傳熱性能及泵性能核算的綜合題?，F(xiàn)分別計(jì)算如下：1.庫存換熱器傳熱能力核算，換熱器的傳熱速率為：Q=KA△tm①面積AO=πndOl=3.14×72×0.025×3=16.4m2

②傳熱推動力逆流△tm=〖(T－t1)－(T－t2)〗/ln(T－t1)/(T－t2)=(60－20)/ln(127－20)/(127－60)=85.45K校正系數(shù)：說明無法查圖，則按逆流計(jì)算結(jié)果表示9/21/2023129分析：該題為換熱器傳熱性能及泵性能核算的綜合題。現(xiàn)分別計(jì)算如③求傳熱系數(shù)－－水的膜系數(shù)未知－－先求u=qv/A=30×4/3.14×0.0212×(72/2)×3600=0.668m/sRe=duρ/μ=0.021×0.668×1100/1.5×10-3=10290α=0.023Re0.8Prn

=0.023×(0.58/0.021)×(10290)0.8×9.70.4=25561/Ko=do/αidi+bdo/λdm+1/αo＋R垢Ko=1/(1/10000＋0.003×25/46.5×23＋25/21×2556＋0.0003)=1069④Q=KA△tm=1069×16.4×85.45=1498kW任務(wù)要求的傳熱速率(熱負(fù)荷)為Q=qmlCpl(t2-t1)=(30×1100/3600)×3.77×(60－20)=1382kW所以換熱器能夠完成傳熱任務(wù)。9/21/2023130③求傳熱系數(shù)－－水的膜系數(shù)未知－－先求u=qv/A=2、堿液式離心泵的核算當(dāng)qv=30m3/h時(shí)，由泵的特性曲線讀得，泵能提供的壓頭H=35m，相應(yīng)的效率為48%。溶液在輸送管路中的流速u=30×4/3600×3.14×0.072=2.166m/s取堿液槽液面為0－0截面，并作為基準(zhǔn)面，高位槽液面為2－2截面，則輸送任務(wù)所需的壓頭：z0+u02/2g＋p0/ρg＋He=z2＋u22/2g＋p2/ρg＋∑HfHe=5＋19.62×1000/1100×9.81＋0.02×(330/0.07)×2.1662/2×9.81=29.4mH.>He，該泵可完成輸送任務(wù)。此時(shí)要求的功率為：Pe=Heqvρg/η=29.4×30×1100×9.81/0.48×3600=5.5kW實(shí)際泵所消耗的軸功率為：Pe’=5.5×35/29.4=6.55Kw9/21/20231312、堿液式離心泵的核算當(dāng)qv=30m3/h時(shí)，由泵的3、最大輸送量時(shí)堿液的出口溫度為確定泵在上述管路上的最大輸送量，要作出管路特性曲線，以決定泵的工作點(diǎn)。He=6.82＋0.02×(330/0.07)(qv/3600×0.785×0.07)2/2×9.81=6.82＋0.025qv2根據(jù)上式計(jì)算出相對應(yīng)的H與qv值并列表，再繪出管路特性曲線，該線與泵的特性曲線的交點(diǎn)為泵的工作點(diǎn)，qv/m3/h1319.626.23232.739.3H4038.536.43433.2He/m11.0616.424.03433.645.5得qv=32m3/h,H=34m,η=40%9/21/20231323、最大輸送量時(shí)堿液的出口溫度為確定泵在上述管路上的在泵的最大質(zhì)量流量下，傳熱速率為：Q’=q’mlCpl(t2’-t1)=KO’AO△tm’將已知數(shù)據(jù)代入得：ln[(T－t1)/(T－t2’)]=KO’AO/q’mlCpl=ln[(127－20)/(127－t2’)]=1096×16.4/9.78×3770=0.4875t2’=61.3℃當(dāng)流量增加時(shí)，冷流體被加熱的程度提高，原因是在原流量下并沒有充分發(fā)揮換熱器的作用。在最大流量下，列管換熱器的有關(guān)參數(shù)值計(jì)算結(jié)果如下：ui=0.7132m/s,Rei=10980,αi=2692W/m2·K,KO’=1096W/m2·K泵的最大質(zhì)量流量：qm=32×1100÷3600=9.78kg/s9/21/2023133在泵的最大質(zhì)量流量下，傳熱速率為：在最大流量下，列管換熱器的【例4-11】在并流換熱器中,用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為15℃和40℃,油的進(jìn)、出口溫度分別為150℃和100℃。現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至80℃,設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變,若原換熱器的管長為1m,求將此換熱器的管長增加多少米才能滿足要求。換熱器的熱損失可忽略。解：原平均溫度差Δt1=150-15=135K,Δt2=100-40=60KΔtm=（135-60）/ln（135/60）=92.5K由熱量衡算Q=qmhCph（T1-T2）=qmcCpc（t2-t1）qmhCph/qmcCpc=（t2-t1）/（T1-T2）=（40-15）/（150-100）=0.59/21/2023134