第四章-传热第4节ppt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,*,上一内容,下一内容,回主目录,返回,第四节 传热过程计算（,1,）,传热计算,设计计算,校核计算,根据生产任务的要求，确定换热器的,传热面积及换热器的其它有关尺寸，,以便设计或选用换热器。,判断一个换热器能否满足生产任务的,要求或预测生产过程中某些参数的变,化对换热器传热能力的影响。,依据：,热量恒算,与,传热速率方程,热负荷,将生产上要求的,相变化及无相变化,所需的换热称,为热负荷。,由热量衡算完成计算，即,一定工艺条件,下需要完成的换热,量(属于传热热力学部分)。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（1）传热计算 设计计算 校核计,第四节 传热过程计算（,2,）,传热速率,单位时间内,传递的热量,多少，由传热速率方程,计算(属于传热动力学部分传热机理)。,具体地讲,热负荷,由工艺条件决定，是对,换热器,能力提,出的换热要求，与具体换热器种类、型号无,关。,传热速率,是针对,某一台具体,的换热器而言，在一定操,作条件下的换热速率快慢，即换热器的换热能力。,两者,概念不同，但数值相等,。,热负荷与传热速率的关系,2024/11/14,第四节 传热过程计算（2）传热速率,第四节 传热过程计算（,3,）,稳定传热过程：,当不考虑操作过程的热损失，,根据热量守恒原则,即冷热流体的焓守恒,焓衡算：,Q=W,h,(I,h1,-I,h2,)=W,c,(I,c2,-I,c1,),热量衡算：,冷流体被加热(吸热),Q=W,c,c,pc,(t,2,-t,1,)+W,c,r,热流体被冷却(放热),Q=W,h,c,ph,(T,1,-T,2,)+W,h,R,W,h,、,W,c,热流体、,冷流体,流体的质量流量,(kg/h);,R、r,蒸汽冷凝潜热、液体沸腾潜热(查表)。,无相变：,Q=W,h,c,ph,(T,1,-T,2,)=W,c,c,pc,(t,2,-t,1,),一、热量衡算方程,2024/11/14,第四节 传热过程计算（3）稳定传热过程：当不考虑操作,第四节 传热过程计算（,4,）,稳定传热，以管式为例推导传热基本方程：,由,牛顿冷却定律、傅立叶导热定律及稳定传热的概念,dQ,o,=dQ,i,=,dQ,m,=,dQ,热,对,流,dQ,o,=,o,(T-T,W,),dS,o,dQ,i,=,i,(t,w,-t),dS,i,导热,dQ,m,=,(T,w,-t,w,),dS,m,两种流体,：,o,i,；,圆筒壁：,S,o,S,m,S,i,二、总传热速率算方程,2024/11/14,第四节 传热过程计算（4）稳定传热，以管式为例推导传,第四节 传热过程计算（,5,）,三式相加,并整理：,另一方面，对换热器，某局部,dS,上,热、冷两流体的温度,为,T、t，,温差为,(T-t),，,对应的传热速率为,dQ,，,dQ,(T-t)dS。,总传热速率算方程的推导：,2024/11/14,第四节 传热过程计算（5）三式相加,第四节 传热过程计算（,6,）,等式,与下式对比,2024/11/14,第四节 传热过程计算（6）等式与下式对比2023/1,第四节 传热过程计算（,7,）,将局部传热面,dS,、dS,o,、dS,m,、,dS,i,整个换热器的换热面,S,、S,o,、,S,m,、,S,i,对应的传热速率,dQ,Q,局部温差,(,T-t),两种流体的平均温差,t,m,Q=KSt,m,总传热速率方程，传热基本方程。,式中,：,K,传热总系数,W/m,2,与,的相同。,K,值与固体壁两侧流体的对,流传热系数,o,、,i,及管壁两侧的污垢均有关；,S,传热面积，即换热器的换热面；,t,m,冷、热流体的,平均温差,。,工艺要求的热负荷,必须在一个,确定的换热器,中完成，即必须符合换热,器的换热能力：,W,h,c,ph,(T,1,-T,2,)=W,cp,c,pc,(t,2-,t,1,)=,Q=KSt,m,即热力学与传热动力学,在传热上的完美结合。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（7）将局部传热面整个换热器的换,第四节 传热过程计算（,8,）,1、总传热系数,K,的确定：,在,Q=KSt,m,中：,K,的物理意义,：,K=Q/S,t,m,单位传热面(,S=1m,2,),、单位平均温差,(,t,m,=1C,),的传热速率。,K,值的大小标志,换热器的换热能力,大小及,换热过程,的,换,热能力，是评价换热器的重要参数之一，,是换热器计算的基,础数据；,1/,K,可以表示传热过程的总热阻。,K,值的单位:,K,值的来源,：,经验数据(查表)；,公式计算；,实验测定：,Q=KSt,m,=W,h,c,ph,(T,1,-T,2,)=W,c,c,pc,(t,2,-t,1,),三、总传热系数,K,2024/11/14,第四节 传热过程计算（8）1、总传热系数K的确定：在,第四节 传热过程计算（,9,）,又,S=2rL=dL;,且,S,o,S,m,S,i,但,S,o,:S,m,:S,i,=d,o,:d,m,:d,i,需要确定一个,计算的基准,。,1,),以,S,o,为基准对应,K,o,：S=S,o,;,2,),或以,S,i,为基准对应,K,i,：,S=S,i,;,3,),或以,S,m,为基准对应,K,m,：,S=S,m,;,即,K,o,S,o,=K,m,S,m,=K,i,S,i,；,取以,S,o,为基准得：,2,、,K,值,计算公式的推导：,2024/11/14,第四节 传热过程计算（9）又 S=2rL=dL,第四节 传热过程计算（,10,）,根据热阻的概念，,1/,K,即为,为传热,总热阻，,其中,1/,0,、,1/,i,分别为固体壁两侧流体的,热对流,热阻、,b/,为,固体壁,热,阻；,总热阻为各部分热阻之和。,实际生产中应考虑到固体表面,结垢,，增大了传热总热阻，,因此应将,污垢热阻,在总热阻中的影响：,Q,o,i,R,so,R,si,总热阻,流体,1,热阻,污垢,1,热阻,流体,2,热阻,污垢,2,热阻,固体壁,热阻,2024/11/14,第四节 传热过程计算（10）根据热阻的,第四节 传热过程计算（,11,）,3、K,值讨论,新管,R,s0,=R,si,=0，,还原为：,薄壁管,d,0,d,m,d,i,，,则可以不考虑,K,与,S,的对应关系:,金属管的,较大，,且管壁及污垢热阻忽略,：,若,i,o，,则：,结论：,K,值与,值较小的值接,近，,而且比,小的更小一些。,说明,：,总热阻,1/,K,由,热阻较大,一侧,1/,o,对流传热控制。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（11）3、K值讨论新管Rs0=,第四节 传热过程计算（,12,）,传热速率方程,Q=KS,t,m,中:,t,m,是冷热流体间的,平均温差，又称为传热的推动力。,根据参与换热的两种流体的状态变化及壁面温度变,化情况，可将传热按温差变化分为以下情况：,传热,恒温传热:,壁两侧均为相变化,变温传热,一侧变温：壁面一侧,有相变化；另一测无,相变化。,双测变温：两侧均无,相变化。,四、传热平均温差,t,m,2024/11/14,第四节 传热过程计算（12）传热速率方,第四节 传热过程计算（,13,）,t,入口,T,1,=T,2,=T,S,t,1,=t,2,=t,s,S,，,出口,1、恒温传热温差：,t,m,=T,s,-t,s,传热壁两侧流体均发生相变化：,一侧为饱和蒸汽冷凝；,一侧为饱和液体沸腾。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（13）t入口T1=T2=TS,第四节 传热过程计算（,14,）,2、变温传热温差,对数平均温差,：,一侧发生相变化，另一侧无相变化；,t,t,1,=t,2,=t,s,T,1,T,2,入口,S,，,出口,T,1,=T,2,=T,S,t,2,t,1,S,，,出口,入口,t,2024/11/14,第四节 传热过程计算（14）2、变温传热温差对数,第四节 传热过程计算（,15,）,壁,两侧都无相变化：,2024/11/14,第四节 传热过程计算（15）壁两侧都无相变化：2,第四节 传热过程计算（,16,）,以并流为例推导：对数平均温差,在,dS,传热面上，冷流体温差为,d,t,、,热流体,的温差为,dT,热流体,:,dQ,放,=-,W,h,c,ph,dT=dQ,=,冷流体,:,dQ,吸,=,W,c,c,pc,dt=dQ,=,传热速率,=K(T-t)dS=dQ,即,热负荷与传热速率相等。,推导,t,m,中必须有以下假定：,(1)稳定传热过程；,(2),冷热流体的热容是常数(可以取平均值)；,(3)总传热系数是常数，即,K,值不变；,(4)换热器的热损失可忽略,。,传热平均温差公式推导：,2024/11/14,第四节 传热过程计算（16）以并流为例推导：对数平均温差在,第四节 传热过程计算（,17,）,两式相减：,将上式数学变形：,2024/11/14,第四节 传热过程计算（17）两式相减：将上式数学变形,第四节 传热过程计算（,18,）,积分：,对整个换热器热量衡算：,Q,放,W,h,c,ph,(T,1,-T,2,),Q,吸,W,c,c,pc,(t,2,-t,1,),数学变形：,两式相加,得：,2024/11/14,第四节 传热过程计算（18）积分：对整个换热器热量衡,第四节 传热过程计算（,19,）,对于逆流,同样可证：,对数平均温度差,2024/11/14,第四节 传热过程计算（19）对于逆流对数平均温,第四节 传热过程计算（,20,）,根据流程画出,温度面积曲线,并标出换热器的进出,口温度；,两端差值大者脚标为,1，,小者脚标为2；,流体一侧有相变化，或两侧均有相变化，,t,m,值与,逆流、并流流程无关；,并流与逆流传热的比较练习题,原油加热某溶液：,原油的,T,1,=250,，,T,2,=150,；,溶液的,t,1,=80,，,t,2,=140,；,求:,并、逆流的,t,m,值,。,五、并流与逆流时的,t,m,讨论,2024/11/14,第四节 传热过程计算（20）根据流程画出温度面积,第四节 传热过程计算（,21,）,解：,1,）逆流：,T,1,=250,T,2,=150,t,2,=140,t,1,=80,t,1,=110,;t,2,=70,2）,并流：,T,1,=250,T,2,=150,t,1,=80,t,2,=140,t,1,=170,；,t,2,=10,逆流时也可以用,平均温差计算。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（21）解：1）逆流：T1=2,第四节 传热过程计算（,22,）,(1)流体流动方向对传热,t,m,的影响：,当两侧进出口温度一致时，,结论：,t,m,逆,t,m,并,因此，对于逆流和并流，由,Q=KS,t,m,当,Q、K,相同，,S,逆,Q,并,，采用逆流换热器的传热能力大。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（22）(1)流体流动方向对传热,第四节 传热过程计算（,23,）,例：工艺条件,热流体的,W,h、,c,ph、,c,pc、,T,1、,T,2,一定，需要多少冷却水,W,c,完成任,务？,Q=W,h,c,ph,(T,1,-T,2,)=,W,c,c,pc,(,t,2,-t,1,),t,1,由当地的气候条件决定；,t,2,由生产任务决定。,若目的是为了冷却：,(,t,2,-t,1,),值大者，,W,c,则少，即载热体用量少，逆流,好于并流；此外逆流操作时冷热流体间的温差均匀的优点。,结论：,载热体用量,逆流用量T,2,;,并流不可以。,若目的是为了加热,:(,t,2,-t,1,)、,T,1,一定,采用逆流流程,T,2,值可以更低,；,则,W,h,用量少，即可节约热流体用量，逆,流较好；,总之，逆流操作可以节省载热体用量。,此外逆流操作时，冷、热流体间的温差均匀的优点。,2024/11/14,第四节 传热过程计算（23）例：工艺条件热流体的W,第四节 传热过程计算（,24,）,确定流体的流向，可考虑以下因素