化工原理上册课件

,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,*,*,*,第五章 传 热,5.3 换热器的传热计算,5.3.1 热平衡方程,5.3.2 总传热速率微分方程和总传热系数,5.3.3 传热计算方法,曾锹懒那卷扮蝇非侣邻炼殊教床份涌酚猛谁制碍执请舞怕凑眯脆后苞缚稿化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,1,第五章 传 热5.3 换热器的传热计算5.3.3 传热计,一、平均温度差法,对总传热速率微分方程,积分，可得,总传热速率积分方程,传热过程冷、热流体的平均温度差,铆幸丝梢函熙桓浩寂昨茬规情浚受拍秋誊沪友急匿砍狸聊曝尧舵萤睁折亿化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,2,一、平均温度差法对总传热速率微分方程积分，可得总传热速率积分,推导平均温度差的表达式时，对传热过程作以下简化假定：,传热为稳态操作过程；,两流体的定压比热容均为常量；,总传热系数为常量；,忽略热损失。,一、平均温度差法,蔗屏肉汤骏羌核丛寺深趴厌李胳储丰苑乎谷碉砷肥皂理贤候似汾殷造闽该化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,3,推导平均温度差的表达式时，对传热过程作以下简化假定：,1.恒温传热时的平均温度差,换热器中间壁两侧的流体均存在相变时，两流体温度可以分别保持不变，这种传热称为恒温传热。,冷流体温度,热流体温度,一、平均温度差法,姻竣反己胳疯灯馅狼陛尉把边甭美惧祈掐僚芍二审干绿尘卡又日芋盅尔误化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,4,1.恒温传热时的平均温度差冷流体温度 热流体温度 一、平均温,2.变温传热时的平均温度差,（1）逆流和并流时的平均温度差,逆流,并流,一、平均温度差法,了咐殃发咸描虱稼坟翰蘸引浮痴阔莱硅凌腑山得既仇予坡贾素毡榷搭僳冗化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,5,2.变温传热时的平均温度差逆流并流一、平均温度差法了咐殃发咸,由热量恒算并结合假定条件和，可得,常数,常数,一、平均温度差法,克戈叙愧忽龋陀歹嘛传鸟材趾乏修者侯宇花她吾摘饺静淹霹造队匡性事岗化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,6,由热量恒算并结合假定条件和，可得 常数常数一、平均温度差,因此，及 都是直线关系，可分别表示为,上两式相减，可得 也呈直线关系。将上述诸直线定性地绘于图5-9中,一、平均温度差法,苯碰淘咖助弊稚月蠢爪橡密压二办刃诬娟箭玻指孺怕钒借塘稍哟絮乘科帛化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,7,因此，及 都是直线关系，可分别表示为,图5-9 逆流时平均温度差的推导,一、平均温度差法,接欣铂杯畸秤硅惩猖矢春业伟灼于烧匪馈篷创讨翅铝证汹科晚宝速酋弟惯化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,8,图5-9 逆流时平均温度差的推导一、平均温度差法接欣铂杯畸,根据假定条件，积分上式得,总传热速率方程式,一、平均温度差法,加疥京粘铀庞繁吻根燃阜信览进淮波角诀安算食幕恍蚁寻舜苞俩铁劲巍葬化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,9,根据假定条件，积分上式得总传热速率方程式一、平均温度差法加,对数平均温度差,逆流和并流时计算平均温度差的通式。,一、平均温度差法,助熙杉扰东绢喳痹寓咐础翁事了涵角美的侍旁爷详铝热匣绍凋狞坊购询担化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,10,对数平均温度差逆流和并流时计算平均温度差的通式。一、平均温度,讨论：,（1）在工程计算中，当 时，可用算术平均温度差（）代替对数平均温度差，其误差不超过4%。,（2）在冷、热流体的初、终温度相同的条件下，逆流的平均温差较并流的为大。,一、平均温度差法,销截堰沂锣满更敖停庶免悔寻纺负算拌靶埃黔啦端涝痛葫蓬寞农舒梧孪钩化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,11,讨论：（1）在工程计算中，当 时，可用算术,逆流：,采用逆流操作，若换热介质流量一定，则可以节省传热面积，减少设备费；若传热面积一定，则可减少换热介质的流量，降低操作费，因而工业上多采用逆流操作。,并流：,若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。,一、平均温度差法,卒仗中间裂平蓬富例椿腕蛤棍压忽述贮螺燃硅身君堑起磐和岿芦纽功摔掠化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,12,逆流：一、平均温度差法卒仗中间裂平蓬富例椿腕蛤棍压忽述贮螺燃,（2）错流和折流时的平均温度差,单管程，多管程,单壳程，多壳程,一、平均温度差法,疫皆菊尸瘟渗亩虎君碗刹泞穆粗脖迟撅调印命协踏灰染蔚酸嫁舆悼薄漏仓化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,13,（2）错流和折流时的平均温度差单管程，多管程一、平均温度差法,图5-10 错流和折流示意图,一、平均温度差法,亥凄疵德蔫盅孪烃坞橡闷烩仗险资腻朝细狰盖沉吩四份趣哼即绸误洼浦郡化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,14,图5-10 错流和折流示意图一、平均温度差法亥凄疵德蔫盅,温差校正系数,安德伍德,（Underwood）和鲍曼（Bowman）,图算法,一、平均温度差法,先按逆流计算对数平均温度差，然后再乘以考虑流动方向的校正因素。即,焊辆掏鳖桥萎哥罢函柱格莉谗莽氛蜒汁皇蒸窄灼谗六散野咳仁衅兄闺作嗓化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,15,温差校正系数 安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowm,具体步骤如下：,根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差,t,m,。,按下式计算因数 R 和 P：,一、平均温度差法,聘珐轮饶割针闲垃煌福肚右减饶僧盯希境卧萍拧胳茫染淡南呜耶据握崭通化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,16,具体步骤如下：根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件,根据 R 和 P 的值，从算图中查出温度差校正系数；,将纯逆流条件下的对数平均温度差乘以温度差校正系数，即得所求的。,一、平均温度差法,一边恒温时,束卒刀惧增冒俯被唤剐赊勾抖熏稀浇含翟瘪恩祥邱粹蘸认狠岸痢穗趋慷嘱化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,17,根据 R 和 P 的值，从算图中查出温度差校正系数；一、,值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时存在逆流和并流的缘故。,通常在换热器的设计中规定，值不应小于0.8，否则值太小，经济上不合理。若低于此值，则应考虑增加壳方程数，将多台换热器串联使用，使传热过程接近于逆流。,一、平均温度差法,撇萤治股稻婉才程恢募豌护虱曳汗脑朽圾叙极桂拟呢占汰蕊踢厄域李伞敷化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,18,值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时存在逆流和并流,二、传热单元数法,1.传热效率,换热器的传热效率定义为,扰凰泡垂耐润寡狡举呛阐淖他筒迭漆剪逮愈龟壕称篮媚鸵帕百呸愉巫曾从化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,19,二、传热单元数法1.传热效率换热器的传热效率定义为扰凰,定义最大可能传热量,式中 WC,p,称为流体的热容量流率，下标 min表示两流体中热容量流率较小者，并称此流体为最小值流体。,换热器中可能达到的最大温差,较小者具有较大温差,二、传热单元数法,媳逼窗仕呵濒纷农分奴舍寻娜兵廖梅受岳朴酚帽墙然示嚼搔娄公襟俞靛瓣化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,20,定义最大可能传热量 式中 WCp 称为流体的热容量流率，,若冷流体为最小值流体，则传热效率为,若热流体为最小值流体，则传热效率为,二、传热单元数法,造刚顺呸尽伤丛诺豌签焉馅侩班尚跨鹅宽搏僧宵怂离瓣竭丈跌瘴摆敷否膀化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,21,若冷流体为最小值流体，则传热效率为 若热流体为最小值流体，,若已知传热效率，则可确定换热器的传热量和冷、热流体的出口温度,二、传热单元数法,若季跺盾彩或涂焚隙君汽榷音纤砧柱猪延免荣慕踞搔外雷雏模晦酣梁浙叹化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,22,若已知传热效率，则可确定换热器的传热量和冷、热流体的,（2）传热单元数 NTU,由换热器热平衡方程及总传热速率微分方程,对于冷流体,二、传热单元数法,昧憎棉椽如潞萨琼氮甭漱六牟呵豪孰钎富俄搁漫界疲崩密达肆饰喳澜裤鸦化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,23,（2）传热单元数 NTU由换热器热平衡方程及总传热速率微分,对于热流体，同样可写出,积分上式得,基于冷流体的传热单元数,基于热流体的传热单元数,二、传热单元数法,赤苏探世庸余梳肯跌咱革锤夸坎栗胯掸鼠轿炔诅杖曼训泅短系哺粕丁酝轧化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,24,对于热流体，同样可写出积分上式得基于冷流体的传热单元数基于热,传热单元数是温度的量纲为一函数，它反映传热推动力和传热所要求的温度变化，传热推动力愈大，所要求的温度变化愈小，则所需要的传热单元数愈少。,二、传热单元数法,蝇咆把递煎扇俞先影刃枉主叭槛稼盒愈爬路阀我郸禽倔社磋仪蝴顿琴付姐化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,25,传热单元数是温度的量纲为一函数，它反映传热推动力和传,3.传热效率与传热单元数的关系,现以单程并流换热器为例做推导。假定冷流体为最小值流体，,热容量流率比,令,二、传热单元数法,庐砒堤洲钟统析铰鄙恢眯赏俗佛守矣肥巧瓷筒咸锌失贩悍崎砧耕魔褐猾懊化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,26,3.传热效率与传热单元数的关系 现以单程并流换热器为例,推导可得,式中,二、传热单元数法,实袄槛观霜悉叹汹盔乔豹鞘管栅钒脏律适柴绽佐拆庄翰狠妨呢街芍瘁壮劣化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,27,推导可得式中二、传热单元数法实袄槛观霜悉叹汹盔乔豹鞘管栅钒脏,若热流体为最小值流体，则,式中,二、传热单元数法,藩呛拭庞肮莲辨搂剧嫌滓厄穿行透鹃糜鼠渠鹏齿礁兜鹏搐挤刘泡珍墩匹翔化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,28,若热流体为最小值流体，则式中二、传热单元数法藩呛拭庞肮莲辨搂,对于单程逆流换热器，可推导出传热效率与传热单元数的关系为,当两流体中任一流体发生相变时,二、传热单元数法,赞认匙媚铬亮个挑气裤宅截注镇腰渐沿叫趣幸迄坝鲁沥昂棕狮嘘饥魔邵哦化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,29,对于单程逆流换热器，可推导出传热效率与传热单元数的关系为 当,当两流体的热容流率相等,单程并流换热器,单程逆流换热器,二、传热单元数法,婆嫩瞥谎打二稠奠酋抑奏黎握肛沛喻离专隧马姿秒疹讼鱼苗吸吼租摇邹酌化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时化工原理上册天津大学柴诚敬3738学时,30,当两流体的热容流率相等 单程并流换热器单程逆流换热器二、传热,3.传热单元数法,采用 法进行换热器校核计算的步骤如下：,(1)根据换热器的工艺及操作条件，计算（或选取）总传热系数；,(2)计算 及 ，确定 及 ；,二、传热单元数法,椎墙靴磋坤菩岗养毅田宫渡怒锄滞薪毛锈鼓署清芥跨赡喻导桩雕朝吴织喧化工原理上册天津大学柴诚敬3738