傳熱5-6.ppt

1、4.4.1 熱量衡算,4.4 傳熱計(jì)算,首先對(duì)生產(chǎn)要求進(jìn)行熱量衡算，也就是對(duì)傳熱任務(wù)或換熱器的熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。,冷熱兩流體均無相變化時(shí)：,一側(cè)有相變時(shí)（假設(shè)熱流體冷凝）：,若冷凝液出口溫度低于飽和溫度ts時(shí)：,推導(dǎo)平均溫度差的表達(dá)式時(shí)，對(duì)傳熱過程作以下簡化假定： 傳熱為穩(wěn)態(tài)操作過程； 兩流體的定壓比熱容均為常量； 總傳熱系數(shù)為常量； 忽略熱損失。,4.4.2 傳熱溫度差,1.恒溫傳熱時(shí)的平均溫度差 換熱器中間壁兩側(cè)的流體均存在相變時(shí)，兩流體溫度可以分別保持不變，這種傳熱稱為恒溫傳熱。,冷流體溫度,熱流體溫度,4.4.2 傳熱溫度差,2.變溫傳熱時(shí)的平均溫度差 （1）逆流和并流時(shí)的平均溫度差,逆

2、流,并流,4.4.2 傳熱溫度差,由熱量恒算并結(jié)合假定條件和，可得,常數(shù),常數(shù),4.4.2 傳熱溫度差,因此， 及 都是直線關(guān)系，可分別表示為,上兩式相減，可得 也呈直線關(guān)系。,根據(jù)假定條件，積分上式得,總傳熱速率方程式,4.4.2 傳熱溫度差,對(duì)數(shù)平均溫度差,逆流和并流時(shí)計(jì)算平均溫度差的通式。,討論：,（1）在工程計(jì)算中，當(dāng) 時(shí)，可用算術(shù)平均溫度差（ ）代替對(duì)數(shù)平均溫度差，其誤差不超過4%。,（2）在冷、熱流體的初、終溫度相同的條件下，逆流的平均溫差較并流的為大。 若換熱介質(zhì)流量一定，則可以節(jié)省傳熱面積，減少設(shè)備費(fèi)；若傳熱面積一定，則可減少換熱介質(zhì)的流量，降低操作費(fèi)，因而工業(yè)上多采用逆流操作

3、。,4.4.2 傳熱溫度差,（3）并流用于流體的溫度有所限制的地方。比如：加熱時(shí)必須避免溫度高于某一限制，冷卻時(shí)必須避免溫度低于某一限制，流體粘度比較大的時(shí)候。,（2）錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差,單管程，多管程 單殼程，多殼程,溫差校正系數(shù),安德伍德（Underwood）和鮑曼（Bowman）圖算法,先按逆流計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫度差，然后再乘以考慮流動(dòng)方向的校正因素。即,4.4.2 傳熱溫度差,具體步驟如下：,根據(jù)冷、熱流體的進(jìn)、出口溫度，算出純逆流條件下的對(duì)數(shù)平均溫度差tm。,按下式計(jì)算因數(shù) R 和 P：,4.4.2 傳熱溫度差,根據(jù) R 和 P 的值，從算圖中查出溫度差校正系數(shù)；,將純逆流條件下的

4、對(duì)數(shù)平均溫度差乘以溫度差校正系數(shù)，即得所求的。,一邊恒溫時(shí),4.4.2 傳熱溫度差,值恒小于1，這是由于各種復(fù)雜流動(dòng)中同時(shí)存在逆流和并流的緣故。,通常在換熱器的設(shè)計(jì)中規(guī)定， 值不應(yīng)小于0.8，否則值太小，經(jīng)濟(jì)上不合理。若低于此值，則應(yīng)考慮增加殼方程數(shù)，將多臺(tái)換熱器串聯(lián)使用，使傳熱過程接近于逆流。,冷、熱流體通過間壁換熱的傳熱機(jī)理為對(duì)流-傳導(dǎo)-對(duì)流的串聯(lián)過程，對(duì)穩(wěn)態(tài)傳熱過程，各串聯(lián)環(huán)節(jié)的傳熱速率必然相等，即,或,4.3.3 總傳熱系數(shù),根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原理，可得,上式兩邊均除以,4.3.3 總傳熱系數(shù),令,則,同理可得,總傳熱速率微分方程,總傳熱速率微分方程,總傳熱速率微分方程,4.3.3 總傳

5、熱系數(shù),基于管內(nèi)表面積的 局部總傳熱系數(shù),基于平均表面積的 局部總傳熱系數(shù),基于管外表面積的 局部總傳熱系數(shù),4.3.3 總傳熱系數(shù),顯然有,管內(nèi)徑,管外徑,平均管徑,工程上大多以外表面積為基準(zhǔn)，故后面討論中，除非特別說明，都是基于外表面積的總傳熱系數(shù)。,4.3.3 總傳熱系數(shù),總傳熱系數(shù)K表示單位傳熱面積，冷、熱流體單位傳熱溫差下的傳熱速率，它反映了傳熱過程的強(qiáng)度。 K是評(píng)價(jià)換熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，也是對(duì)換熱器進(jìn)行傳熱計(jì)算的依據(jù)。 K的數(shù)值取決于流體的物性、傳熱過程的操作條件及換熱器的類型等，可通過計(jì)算、實(shí)驗(yàn)測(cè)定或查閱相關(guān)手冊(cè)得到。,4.3.3 總傳熱系數(shù),1.總傳熱系數(shù)的計(jì)算、設(shè)計(jì)中應(yīng)考

6、慮污垢熱阻的影響,管壁外表面污垢熱阻,管壁內(nèi)表面污垢熱阻,總傳熱系數(shù)計(jì)算式,4.3.4 污垢熱阻,提高總傳熱系數(shù)途徑的分析,總熱阻=管內(nèi)熱阻+管內(nèi)垢阻+壁阻+管外垢阻+管外熱阻,壁阻,總熱阻,管內(nèi)熱阻,管內(nèi)垢阻,管外垢阻,管外熱阻,4.3.4 污垢熱阻,4.3.4 污垢熱阻,若傳熱面為平壁或薄管壁,當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻均可忽略時(shí),若,管壁內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱控制,若,管壁內(nèi)、外側(cè)對(duì)流傳熱控制,相當(dāng),若管壁兩側(cè)對(duì)流傳熱熱阻很小，而污垢熱阻很大,污垢熱阻控制,若,管壁外側(cè)對(duì)流傳熱控制,欲提高 值，強(qiáng)化傳熱，最有效的辦法是減小控制熱阻。,值總是接近且永遠(yuǎn)小于 中的小者。 當(dāng)兩側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)相差較大時(shí)， 近似等于 中小者。,4.3.4 污垢熱阻,結(jié)論：,4.4.5 壁溫的計(jì)算,壁溫永遠(yuǎn)接近且小于對(duì)流傳熱系數(shù)比較大的一側(cè)的溫度，若1 2，則壁溫t=(T+t)/2. 計(jì)算方法：試