化工原理-传热计算课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.4 传热计算,4.4.1 热量衡算热负荷的计算,若无相变，忽略热损失：,若热流体为饱和蒸汽冷凝，,T,1,T,2,T,s,若热流体为饱和蒸汽冷凝-冷却过程,：,Cool fluid,Hot fluid,4.4 传热计算4.4.1 热量衡算热负荷的计算若无相变,1,若取换热器中某一个微元面积dA作热量衡算，其中热流密度为q，则换热器的热量衡算微分形式为：,若取换热器中某一个微元面积dA作热量衡算，其中热,2,4.4.2传热速率方程式,设K不变，将上式沿整个换热器面A积分,：,式中：K总传热系数，W/m,2,K；t,m,平均温度差， ,传热基本方程式,传热速率方程与热量衡算式的关系：,.,工艺上能满足要求的换热器，必须,冷流体,2,热流体,1,金属壁,4.4.2传热速率方程式 设K不变，将上式沿整个换热,3,4.4.3平均温度差,(1)恒温差传热,t,m,=T-t,(2)变温差传热,(a)逆流和并流,a并流,b逆流,当t,1,/ t,2,Q,并,逆流与并流的比较1例：一列管换热器的管外为原油：12016,5,化工原理-传热计算课件,6,1,工艺上能满足要求的换热器，必然有,2.已知换热器的A，由Q,传,KAt,m,求出的A，必然有,1工艺上能满足要求的换热器，必然有2.已知换热器的A，由,7,逆流与并流的比较,t,2逆max,=T,1, t,2并max,T,2，,t,2 并, t,m并,若,Q相同，则A,逆,Q,并,逆流与并流的比较t2逆max=T1, t2并maxT2,8,(b),错流和折流的平均温度差,(b)错流和折流的平均温度差,9,列管式换热器设计时，应使,0.9。,列管换热器采用多管程的目的：提高管内的传热系数，提高K; 但却使t,m,降低。Q=KA t,m,未必提高。,错流和折流的平均温度差,列管式换热器设计时，应使0.9。列管换热器采用多管程的目,10,5-8 总传热系数,一、通过对流方式传热量,同理，冷流体被加热也有:,5-8 总传热系数一、通过对流方式传热量同理，冷流体被,11,化工原理-传热计算课件,12,化工原理-传热计算课件,13,三、污垢热阻,四、传热系数的大致数值范围,三、污垢热阻四、传热系数的大致数值范围,14,例 有一列管换热器，由252.5的钢管组成。CO,2,在管内流,动，冷水在管外流动。已知管外的,1,=2500W/m,2,K，管内的,2,=50W/m,2,K。（1）试求传热系数K；（2）若,1,增大一倍，其他,条件与前面相同，求传热系数增大的百分率；（3）若,2,增大一,倍，其他条件同（1），求传热系数增大的百分率。,=0.0004+0.00058+0.000062+0.000625+0.025,=0.0267 m,2,K/W,K=37.5 W/m,2,K,解：（1）求以外表面积为基准时的传热系数。取钢的导热系数=45W/mK，取冷水侧污垢热阻Rs1=0.5810,-3,m,2,K/W，,CO,2,侧污垢热阻Rs,2,=0.510,-3,m,2,K/W,可算得,例 有一列管换热器，由252.5的钢管组成。CO2在管内,15,（2）,1,增大一倍,即,1,=5000W/m,2,K时传热系数,=0.0002+0.00058+0.000062+0.000625+0.025=0.0265 m,2,K/W,=37.7W/m,2,K,K值增加的百分率,（3）,2,增大一倍,即,2,=100W/m,2,K时传热系数,=0.0004+0.00058+0.000062+0.000625+0.0125=0.0142 m,2,K/W,=70.4 W/m,2,K,K值增加的百分率,由本例可以清楚地看到，要提高K值，就要设法减小主要热阻项。,（2）1增大一倍,即1=5000W/m2K时传热系数=,16,关于总传热系数,K,的讨论：,(1)对于平壁或薄壁圆筒：有,A,1,A,2,A,m,则:,(2)污垢的影响,(3)若两侧流体的对流传热系数相差较大，如,1,2,则K,2,，即总传热系数接近较小的流体的对流传热系数。强化传热的途径必须提高,小,即降低热阻大的流体,的热阻,。,（4）K 获取：,通过,实验测定,。,从有关手册和专著中获得，如化工工艺设计手册,，,通过上述公式求算。,关于总传热系数K的讨论：(1)对于平壁或薄壁圆筒：有A1A,17,4.4.5,壁温的计算,若b很小，则 T,W,t,W,当,1, ,2,时, 则 T,w,T,结论：壁温接近较大一侧流体的温度,对于稳定传热过程,Q,4.4.5 壁温的计算若b很小，则 TWtW当1 ,18,例5-13 有一废热锅炉，由252.5锅炉钢管组成。管外为沸,腾的水，压力为2570kN/m,2,(表压)。管内走合成转化气，温度,由575,o,C下降到472,o,C。已知转化气一侧,2,=300W/m,2,K，水侧,1,=10000W/m,2,K。若忽略污垢热阻，试求平均壁温T,w,及t,w,.,解：（1）求总传热系数,以管外表面A,1,为基准,=0.0001+0.000062+0.004167,=0.00433,=231 W/m,2,K,例5-13 有一废热锅炉，由252.5锅炉钢管组成。管外,19,（2）求平均温度差,在2570kN/m,2,(表压)下，水的饱和温度由查表用内插法,求得为226.4,o,C，故,o,C,（3）求传热量,Q=KA,1,=231297.1 A,1,=68630A,1,（4）求管内壁温度Tw及管外壁温度tw,，T为热流体温度，取进、出口温度的平均值，即,o,C,（2）求平均温度差 oC（3）求传热量Q=KA1 =231,20,代入式中得,管外壁温度,o,C,由此可见，由于水沸腾一侧的对流传热系数比另一侧的大得多，,故内壁温度接近水的温度。同时，由于管壁的热阻也很小，故,管外壁温度比较接近于内壁温度。若预先不知,1,和,2,之值，,则在计算时，先须假设一壁面温度以求得两侧的对流传热系数,1,和,2,，以及总传热系数K，然后加以验证。,代入式中得 管外壁温度 oC 由此可见，由于水沸腾一侧的对流,21,4.4.6换热器的计算,(1)设计型,任务：将一定流量的热流体自给定的温度T,1,冷却至T,2,条件：换热器的形式，冷流体的进口温度t,1,求：传热面积A,方法：,(1)计算换热器的热负荷,(2),选择操作参数，计算,t,m,(3),计算,1,、,2,和,K,(4,)计算,A,操作参数的选择：,(a),流向的选择,：,(b)流速的选择,：uKA,设备费,，,但p,阻,操作费,故需要优化计算。,t,m,逆, t,m并,4.4.6换热器的计算(1)设计型任务：将一定流量的热流体自,22,(2).操作型问题,已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷、热流体的流量及进口温度、流动方式，求冷、热流体的出口温度,已知A、热流体的流量及进、出口温度，冷流体的进口温度，求冷流体的流量及出口温度,解题思路,（1） 试差法； （2）传热单元数法。,(2).操作型问题已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷、热流,23,平均温度差的推导,平均温度差的推导,24,.某气体冷却器总传热面积为20m,2,，用以将流量为1.4kg/s的某种,气体从50冷却到35。使用的冷却水温度为25，与气体作逆流流动。换热器的传热系数约为230W/m,2,.，气体的平均比热为1.0kJ/(kg.)。试求冷却水用量及出口水温。,解：,试差得t,2,=48.4,例题,.某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg,25,.有一逆流操作的换热器，热流体为空气，,1,100W/m,2,，冷却水走管内， ,2,2000W/m,2,。已测得冷热流体进出口温度为t,1,=20、t,2,=85，T,1,=100、T,2,=70，管壁的热阻可忽略。当水的流量增加一倍时，试求：,（1）水和空气的出口温度？（2）传热速率Q比原来的Q增加多少？,解,：（1）原工况,(a),.有一逆流操作的换热器，热流体为空气，1100W/m2,26,(b),联立(a)、(b)解得： T,2,=59.8 ， t,2,=63.8,(2)新旧两种工况的传热量之比,(b)联立(a)、(b)解得： T2=59.8 ， t2,27,2.某气体冷却器总传热面积为20m,2,，用以将流量为1.4kg/s的某种,气体从50冷却到35。使用的冷却水温度为25，与气体作逆流流动。换热器的传热系数约为230W/m,2,.，气体的平均比热为1.0kJ/(kg.)。试求冷却水用量及出口水温。,解：,试差得t,2,=48.4,2.某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg,28,例：已知A2m,2,，管程走热水，流量为1500kg/h，进口温度为80，出口温度为50 ；冷水走壳程，进口温度为15，出口温度为30 。两流体逆流流动，求K？,解：热负荷,返回,例：已知A2m2，管程走热水，流量为1500kg/h，进口,29,