化工原理第四章-传热及传热设备课件

,盐城工学院,第四章 传热及传热设备,第四章 传热及传热设备,4.1,概述,4.2,热传导,4.3,对流传热,4.4,流体无相变的对流传热系数,4.5,流体有相变的对流传热系数,4.6,辐射传热,4.7,总传热速率和传热过程的计算,4.8,换热器,第四章 传热及传热设备 4.1 概述,4.1,概述,4.1.1,传热的基本方式,热传导,(,导热,),对流,辐射,4.1.2,冷热流体接触方式及设备,间壁式传热,混合式传热（直接接触式）,蓄热式传热,物体内部或两个直接接触的物体之间，分子振动、碰撞,流体质点的位移和混合,通过电磁波传递能量,4.1 概述4.1.1 传热的基本方式 热传导(导热),工业换热器,1,、混合式换热器,主要特点：,冷热两种流体间的热交换，,是依靠热流体和冷流体直接接触和混合过程实现的,。,优点：,传热速度快、效率高，设备简单，是工业换热器的首选类型。,典型设备：,如凉水塔、喷洒式冷却塔、混合式冷凝器,适用范围：,无价值的蒸气冷凝，或其冷凝液不要求是纯粹的物料等，允许冷热两流体直接接触混合场合。,废蒸气,冷水,热水,工业换热器废蒸气冷水热水,2,、间壁式换热器,主要特点：,冷热两种流体被一固体间壁所隔开，在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通过间壁传给冷流体。以达到换热的目的。,优点：,传热速度较快，适用范围广，热量的综合利用和回收便利。,缺点：,造价高，流动阻力大，动力消耗大。,典型设备：,列管式换热器,、,套管式换热器,。,适用范围：,不许直接混合的两种流体间的热交换。,2、间壁式换热器,单程列管式换热器,1 ,外壳,2,管束,3,、,4,接管,5,封头,6,管板,7,挡板,单程列管式换热器,套管式换热器,1,内管,2,外管,套管式换热器,3,、蓄热式换热器,简称蓄热器。,是借助蓄热体将热量由热流体传给冷流体的。在此类换热器中，热、冷流体交替进入，热流体将热量储存在蓄热体中，然后由冷流体取走，从而达到换热的目的。,优点：,结构简单，可耐高温。,缺点：,设备体积庞大，传热效率低且两流体有部分混合。,适用范围：,常用于高温气体热量的回收或冷却。,高温流体,低温流体,蓄热体,3、蓄热式换热器高温流体低温流体蓄热体,4,、中间载热体式换热器,又称热媒式换热器。,换热原理：,将两个间壁式换热器由在其中循环的载热体（称为热媒）连接起来，载热体在高温流体换热器中从热流体吸收热量后，带至低温流体换热器传给冷流体。,典型设备：,空调的制冷循环、太阳能供热设备、热管式换热器等。,适用范围：,核能工业、冷冻技术及工厂余热利用中。,4、中间载热体式换热器,4.1.3,传热速率,传热速率,(,热流量,),Q,：单位时间内的传热量。单位：,J/s,，,W,。,热流密度,(,热通量,) q,：单位时间内通过单位传热面积的热量。,单位：,W/m,2,。,关系：,q=Q/A,4.1.4,稳态传热与非稳态传热,稳态传热：物体中各点温度不随时间变化的热量传递过程。,非稳态传热：物体中各点温度随时间变化的热量传递过程。,4.1,概述,4.1.3 传热速率 传热速率(热流量) Q：单位时间内的传,热传导又称导热,，是物质借助分子和原子振动及自由电子运动进行热量传递的过程。,导热过程的特点是,：在传热过程中传热方向上无质点的宏观迁移。,导热,在固体、液体、气体中均可发生。,但严格而言，只有固体中传热才是纯粹的热传导。而流体即使处于静止状态，也会有因温差而引起的自然对流。所以，,在流体中对流与传导是同时发生的,。,4.2,热传导,热传导又称导热，是物质借助分子和原子振动及自由电,4.2,热传导,4.2.1,温度场和温度梯度,温度场：在某一瞬间，空间或物体内所有各点温度分布的总和。,即：,t = f (x,，,y,，,z,，,),t-,温度；,x,，,y,，,z-,空间坐标；,-,时间,温度梯度 ：,4.2.2,傅立叶定律（,Fouriers Law,）,单位时间内传导的热量,Q,与温度梯度,dt/dx,及垂直于热量方向的导热面积,A,成正比。,Q=-Adt/dx,-,导热系数，,W/mK,或,W/m,dt/dx,温度梯度，负值,(,温度降低的方向,),Q,热流量，热流方向与温度梯度的方向相反,4.2 热传导4.2.1 温度场和温度梯度 温度场：在某一,4.2.3,导热系数,上式即为导热系数的定义式。其表明导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热流密度。它是表征物质导热性能的一个物性参数，,越大，导热性能越好。,导热性能的大小与物质的组成、结构、温度及压强等有关。,物质的导热系数通常由实验测定。各种物质的导热系数数值差别极大，一般而言，,金属的导热系数最大，非金属次之，而气体最小。,工程上常见物质的导热系数可从有关手册中查得，本教材附录亦有部分摘录。,4.2.3 导热系数 上式即为导热系数的定义式,气体的导热系数,与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对导热不利，但却有利于保温和绝热。,气体的导热系数随着,温度的升高而增大,。而在相当大的压强范围内，气体的导热系数,随压强的变化很小,，可以忽略不计，只有当压强很高（,大于,200MPa,）或很低（,小于,2.7kPa,）时，才应考虑压强的影响，此时导热系数随压强的升高而增大。,气体的导热系数 与液体和固体相比，气体的导热系,液体的导热系数,液体可分为,金属液体（液态金属）和非金属液体,。,液态金属的导热系数比一般液体的高，大多数金属液体的导热系数,随温度的升高而降低,。,在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦,随温度的升高而降低,。通常纯液体的导热系数较其溶液的要大。液体的导热系数基本上,与压强无关,。,液体的导热系数 液体可分为金属液体（液态金属）和,固体的导热系数,在所有固体中，金属的导热性能最好。大多数金属的导热系数,随着温度的升高而降低，随着纯度的增加而增大,，也即合金比纯金属的导热系数要低。,非金属固体的导热系数与其组成、结构的紧密程度及温度有关。大多数非金属固体的导热系数,随密度增加而增大,；,随温度升高而增大。,应予指出，,在导热过程中导热体内的温度沿传热方向发生变化，其导热系数也在变化，但在工程计算中，为简便起见通常使用平均导热系数。,例：温度升高，气体的粘度,_,，导热系数,_,（变大，变小，不变）。,固体的导热系数 在所有固体中，金属的导热性能最,物质热导率的大致范围,物质种类 热导率,纯金属,1001400,金属合金,50500,液态金属,30300,非金属固体,0.05 50,非金属液体,0.55,绝热材料,0.051,气体,0.0050.5,物质热导率的大致范围,4.2.4,平壁的稳定热传导,t,t,1,O,t,2,Q,x,x dx,b,A,图,4-7,单层平壁热传导,假定壁的材质均匀，导热系数,不随温度变化，视为常数。一维稳定导热，即：,t = t,1,-t,2,为导热的推动力，,R=b/A,则为导热的热阻。,一、单层平壁,4.2,热传导,4.2.4 平壁的稳定热传导tt2Qx x dxA图4-7,4.2.4,平壁的稳定热传导,二、多层平壁,第一层,第二层,第三层,对于稳定导热过程：,因此,o,b1 b2 b3,t,t,1,t,2,t,3,t,4,图,4-8,多层平壁稳态热传导,4.2,热传导,4.2.4 平壁的稳定热传导二、多层平壁第一层第二层第三层对,例：厚度,b,不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知,b,1,b,2,b,3,，导热系数,1,2,3,，在稳定传热过程中，各层的热阻,R,之间的关系为,_,，各层导热速率,Q,之间的关系为,_,。,例：如图所示，各层的热阻,R,之间的关系为,_,。,例：穿过两层平壁的稳态热传导过程，已知各层温差为,t1,=25,，,t2,=51,，则第一、二层的热阻,R1,、,R2,的关系为,_,。,例：厚度b不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，,4.2.5,圆筒壁的稳定热传导,一、单层圆筒壁,r,dr,r,2,t,1,r,1,dt,t,2,t,图,4-9,单层平壁稳态热传导,圆筒壁与平壁不同点是其面随半径而变化。在半径,r,处取一厚度为,dr,的薄层，若圆筒的长度为,L,，则半径为,r,处的传热面积为,A=2rL,。即：,分离变量得,积分：,4.2,热传导,4.2.5 圆筒壁的稳定热传导一、单层圆筒壁 r,4.2.5,圆筒壁的稳定热传导,一、单层圆筒壁,进行公式转换,b-,圆筒壁的厚度，,b= r,2,- r,1,，,m,；,A,m,-,对数平均面积， 。当,A2/A160,；,210,-3,Pa.s,特性尺寸：,管内径,d,i,定性温度：,流体进，出口温度的算术平均值,一、流体在圆形直管内作强制湍流,4.4 流体无相变的对流传热系数4.4.1 流体在圆形直管内,2.,高粘度流体,液体被加热时,液体被冷却时,对于气体，不管是加热或冷却，皆取,1,。,使用范围：,Re,10,4,；,0.7,Pr,16700,；,L/d,i,60,；,210,-3,Pa.s,特性尺寸：,管内径,d,i,定性温度：,流体进，出口温度的算术平均值；,w,-t,w,工程简化：,2.高粘度流体 液体被加热时 液体被冷却时 对于气体，不管是,3.,短管,管子入口处扰动较大，所以,较高。乘以校正系数,=1+(di/L),0.7,使用范围：,Re,10,4,；,0.7,Pr,120,；,L/d,i,60,；,210,-3,Pa.s,4.,弯管,流体在弯管内流动时，由于离心力的作用，扰动增大，其值较直管的大一些。,乘以弯管校正系数,R,=1+1.77d,i,/R,其中：,R-,弯管的曲率半径，,m,。,3.短管 管子入口处扰动较大，所以较高。乘以校正系数=1,二、流体在圆形直管内过渡区范围,流体在过渡区范围内，即当,Re=2300,10000,之间时，在用湍流公式计算出,值后再乘以校正系数,f,。,三、流体在圆形直管内作强制层流,使用范围：,Re100,特性尺寸：,管内径,d,i,定性温度：,流体进，出口温度的算术平均值；,w,-t,w,二、流体在圆形直管内过渡区范围 流体在过渡区范围内，即当Re,4.4.2,流体在,管束外,作强制对流,流体在管外垂直流过：流体垂直流过单管，垂直流过管束,直列,错列,管束：,流体在错列管束间通过时受到管束的阻挡，湍动程度增大,Nu=CRe,m,Pr,n,C,、,m,、,n,由实验确定。,4.4.2 流体在管束外作强制对流 流体在管外垂直流过：流体,4.4.3,大空间自然对流传热,管道、设备表面与周围大气之间的传热。,Nu= f (Gr,，,Pr),Nu=c(Gr,，,Pr),n,c,、,n,通过实验确定。,P254,表,4-10,4.4.3 大空间自然对流传热 管道、设备表面与周围大气之间,例,常压下，空气以,15m/s,的流速在长为,4m,，,60,3.5mm,的钢管中流动，温度由,150,升到,250,。试求管壁对空气的对流传热系数。,解：此题为空气在圆形直管内作强制对流,定性温度,t=,（,150+250,）,/2=200,查,200,时空气的物性数据（附录）如下,:,Cp=1.02610,3,J/kg. =0.03928W/m. =26.010,-6,N.s/m,2,=0.746kg/m,3,Re=22800 Pr=0.68,特性尺寸,d=0.060-20.0035=0.053m,l/d=4/0.053=75.560,空气被加热,k=0.4,Nu=0.023Re,0.8,Pr,0.4,=0.023(22800),0.8,(0.68),0.4,=60.4,=44.8W/m,例 常压下，空气以15m/s的流速在长为4m，603.,4.5,流体有相变时的对流传热系数,4.5.1,蒸汽冷凝时的对流传热,饱和蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将冷凝成液滴并释,放出气化潜热，这就是蒸汽冷凝传热。,滴状,膜状,工业上，无法实现滴状冷凝，采用膜状冷凝。,一、蒸汽冷凝方式,4.5 流体有相变时的对流传热系数4.5.1 蒸汽冷凝时的对,二、蒸汽在水平管外冷凝,r-,蒸汽气化热，取饱和温度,t,s,下的数值，,J/Kg,；,-,冷凝液的密度，,kg/m,3,-,冷凝液的导热系数，,W/(m.K),-,冷凝液 的黏度，,Pa.s,t-,饱和温度,t,s,与壁面温度,t,w,之差，,t=t,s,-t,w,n-,水平管束在垂直列上的管子数，若为单根水平管，则,n=1,。,定性温度：膜温，,t=(t,s,+t,w,),/2,特性尺寸：管外径,d,0,。,二、蒸汽在水平管外冷凝r-蒸汽气化热，取饱和温度ts下的数,三、影响蒸汽冷凝传热的因素,液膜两侧温差,液膜呈滞流：,t,冷凝速率,。,凝液物性,蒸气的流向与速度,蒸气中不凝性气体含量的影响,p,不凝性气体含量冷凝时形成“气膜” ,。,蒸气过热,冷凝壁面的影响,除前述壁面的水平、垂直放置及上、下管排位置外，水平管,d,、壁面粗糙度或有氧化层均使膜厚,a,。,对于冷凝而言，温差仍为,t,S,-t,W,；虽然，过热蒸气的温度高，但蒸气的比热较小。,p,r,，设备耐压要求越高。,三、影响蒸汽冷凝传热的因素 液膜两侧温差 液膜呈滞流：t,4.5.1,液体沸腾时的对流传热,沸腾：液体加热时，在液体内部伴有由液相变成气相产生气泡的过程。沸腾传热的对流传热系数远远大于单相传热的对流传热系数。,沸腾：,管内沸腾；大容器饱和沸腾,t,图,4-32,常压下水沸腾时,与,t,的关系, ,自然对流 核状沸腾 膜状沸腾,A,B,C,D,实验表明：,t,可分为几个阶段：,自然对流,核状沸腾,(,泡状沸腾,),膜状沸腾,4.5.1 液体沸腾时的对流传热 沸腾：液体加热时，在液体内,例：液体沸腾给热操作应控制在,_,阶段，工业蒸汽冷凝器应在,_,冷凝条件下设计。,例：液体沸腾给热操作应控制在_阶段，工,4.6,辐射传热,4.6.1,基本概念,Q,N,Q,R,Q,D,Q,A,图,4-28,辐射能的反射、吸收和透过,设投射到某物体上辐射能,Q,，物体吸收,Q,A,；反射,Q,R,；,Q,D,透过。,Q= Q,A,+Q,R,+Q,D,令,A=Q,A,/Q R=Q,R,/Q D=Q,D,/Q,则：,A+R+D=1,A=1,，,R=D=0,黑体,R=1,，,A=D=0,绝对白体、镜体,D=1,，,透热体,4.6 辐射传热4.6.1 基本概念QNQRQDQA图4-2,4.6.2,Stefan-Boltzmann,定律（四方定律）,辐射能力,E,：物体在一定,T,下，单位面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，,W/m,2,。,C,0,：黑体辐射系数,C,0,=5.67W/m,2,.K,4,表示了,黑体的辐射能力与其表面,T,的关系,E,0,T,4,4.6.2 Stefan-Boltzmann定律（四方定律）,例：判断下列的哪一种说法是错误的：,A.,黑度反映了实际物体接近黑体的程度；,B.,在一定温度下，辐射能力越大的物质，其黑度越大；,C.,黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；,D.,相同温度下，物质的吸收率,A,与黑度,在数值上相等，则,A,与,物理意义相同；,例：判断下列的哪一种说法是错误的：,4.7,总传热速率和传热过程计算,热流体通过间壁与冷流体进行热量交换的传热过程分为三步进行：,图,4-34,流体通过间壁的热量交换,（,1,）热流体以对流传热方式将热量传给固体壁面；,（,2,）热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面；,（,3,）冷流体以对流传热方式将间壁传来的热量带走。,图中还示出了沿热量传递方向从热流体到冷流体的温度分布情况。,4.7 总传热速率和传热过程计算 热流体通过间壁与冷流体,4.7.1,热量衡算方程,热量衡算方程,反映了冷、热流体在传热过程中温度变化的相,互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽略热损失，,单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所吸收的热量。,对于整个换热器，其热量的衡算式为,图,4-35,为一稳态逆流操作的套管式换,热器，热流体走管内，冷流体走环隙。,式中,Q,为整个换热器的传热速率，或称为换热器的热负荷，,W,；下标,1,和,2,分别表示流体的进口和出口。,图,4-35,套管换热器的传热过程,Q=q,mh,c,ph,(T,1,-T,2,)=q,mc,c,pc,(t,2,-t,1,),4.7.1 热量衡算方程热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过,4.7.1,热量衡算方程,对于换热器的一个微元段，传热面积为,dA,，冷热流体之间的热量传递满足,式中,q,m,为冷热流体质量流率，,kg/s,；,dH,表示单位质量流体焓值增量，,kJ/kg,；,dQ,为微元传热面积,dA,上的传热速率，,W,。下标,h,和,c,分别表示热流体和冷流体。,如果在换热器中存在热损失，则在换热器中的传热速率为,式中,Q,h,为热流体对环境的散热量，,W,；,Q,C,为冷流体对环境的散,热量，,W,。,dQ=q,mh,dH,h,=q,mc,dH,c,Q=q,mh,(H,h1,-H,h2,)-Q,h,=q,mc,(H,c2,-H,c1,)- Q,c,4.7.1 热量衡算方程对于换热器的一个微元段，传热面积为d,4.7.2,传热速率方程,如,前图,4-35,所示，在换热器中，任取一微元段,d,l,，对应于间壁的微元传热面积,dA,o,，热流体对冷流体传递热量的传热速率可表示为,微分传热速率方程,式中,K,表示局部传热系数，,W/,（,m,2,）；,t,h,、,t,c,分别为热流体和冷流体的局部平均温度，。,4.7.2 传热速率方程 如前图4-35所示，在换热器中，任,4.7.2,传热速率方程,由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为,式中,R=1/KA,为换热器的总传热热阻，,/W,。,式中,K,表示总平均传热系数，简称总传热系数或传热系数，,W/,（,m,2,）；,A,为换热器的总传热面积；,Dt,m,表示冷热流体的平均传热温差，。,对于整个换热器，传热速率方程可写为,4.7.2 传热速率方程由传热热阻的概念，传热速率方程还可以,4.7.3,总传热系数计算,1.,总传热系数的计算,图,4-35,套管换热器的传热,如图,4-35,所示，设两流体通过间壁进行换热。在换热器中任取一微元段,d,l,，间壁内、外侧的传热面积分别为,dA,i,和,dA,o,。壁面的导热系数为,l,，壁厚为,b,。内、外侧流体的温度分别为,T,和,t,，对流传热系数分别为,a,i,和,a,o,。间壁内侧、外侧的温度分别为,T,w,和,t,w,。,据牛顿冷却定律和傅立叶定律,内,侧,间,壁,外,侧,4.7.3 总传热系数计算 1.总传热系数的计算 图4-35,在稳态条件下,式中,Q,为换热器总传热面积上的传热速率，,W,；,(,T-t),为传热的总推动力，。,4.7.3,总传热系数计算,Q,1,=Q,2,=Q,3,=Q,与传热基本方程式,Q=KAt,m,比较得,在稳态条件下 式中Q为换热器总传热面积上的传热速率，W；(T,传热面为圆筒壁时，,A,1,A,2,A,m,，这时总传热系数,K,则随所取的传热面不同而异。,对应于,A=,A,2,=,A,i,的总传热系数,K,i,4.7.3,总传热系数计算,对应于,A=,A,1,=,A,o,的总传热系数,K,o,传热面为圆筒壁时，A1A2Am，这时总传热系数K则随所取,对于内、外径分别为,d,i,和,d,o,，长为,L,的圆管，总传热系数,K,o,还可以表示为,式中,d,m,表示管壁的平均直径，,m,。在工程上，一般以圆管外表面作为传热过程中传热面积的计算基准。,对于厚度为,b,的平壁，由于内、外侧的传热面积相等，其总传热系数,K,可表示为,4.7.3,总传热系数计算,(4-42),(4-40),对于内、外径分别为di和do，长为L的圆管，总传热系数Ko还,2.,污垢热阻,如果间壁内、外两侧的污垢热阻分别用,R,si,和,R,so,表示，则根据串联热阻的叠加原理，总传热热阻可以表示为,工业上常见流体污垢热阻的大致范围为,0.9,10,-4,17.6,10,-4,m,2,K/W,。,4.7.3,总传热系数计算,(4-41),2.污垢热阻 如果间壁内、外两侧的污垢热阻分别用R,3.,换热器中总传热系数的范围,在进行换热器的传热计算时，通常需要先估计传热系数。表,4-7,列出了常见的列管式换热器中传热系数经验值的大致范围,。,热 流 体,冷 流 体,总传热系数,K,，,W/,（,m,2,）,水,水,850,1700,轻油,水,340,910,重油,水,60,280,气体,水,17,280,水蒸气冷凝,水,1420,4250,水蒸气冷凝,气体,30,300,低沸点烃类蒸汽冷凝（常压）,水,455,1140,高沸点烃类蒸汽冷凝（减压）,水,60,170,水蒸气冷凝,水沸腾,2000,4250,水蒸气冷凝,轻油沸腾,455,1020,水蒸气冷凝,重油沸腾,140,425,表,4-7,列管式换热器中总传热系数的大致范围,4.7.3,总传热系数计算,3.换热器中总传热系数的范围 在进行换热器的传热计算,例：冷热流体进行对流传热，冷流体一侧的对流传热系数,1,为,100W/m,2,.k,，热流体一侧的对流传热系数,2,等于,1000W/m2.k,，总传热系数,K,接近哪一侧的对流传热系数,值？要提高,K,，应提高哪一侧的,值,?,例：冷热流体进行对流传热，冷流体一侧的对流传热系数1为10,1.,恒温差传热,在换热器中，间壁两侧的流体均存在相变时，两流体温度分别保持不变，这种传热称为恒温差传热。在恒温差传热中，由于两流体的温差处处相等，传热过程的平均温差即是发生相变两流体的饱和温度之差。,2.,变温差传热,若间壁传热过程中有一侧流体没有相变，则流体的温度沿流动方向是变化的，传热温差也随流体流动的位置发生变化，这种情况下的传热称为变温差传热。在变温差传热时，传热过程平均温差的计算方法与流体的流动排布型式有关。,4.7.4,传热过程的平均温度差,1.恒温差传热 在换热器中，间壁两侧的流体均存在相变时，,以逆流传热过程为例，设热流体的进、出口温度分别为,T,1,和,T,2,；冷流体的进、出口温度分别为,t,1,和,t,2,。假定：,（,1,）冷、热流体的比热容,c,pc,、,c,ph,在整个传热面上都是常量；,（,2,）总传热系数,K,在整个传热面上不变；,（,3,）换热器无散热损失。,4.7.4,传热过程的平均温度差,T,2,T,1,t,1,t,2,T,2,T,1,t,1,t,2,T,2,t,1,T,1,t,2,T,1,t,1,T,2,t,2,(a),逆流,(b),并流,并流,逆流,错流,折流,以逆流传热过程为例，设热流体的进、出口温度分别为T1和T,4.7.4,传热过程的平均温度差,t,1,t,2,T,2,T,1,dA,T,2,t,1,t,2,O,t,T,1,t,2,t,1,dQ,t=T-t,Q,图,4-36,平均温度差计算,取传热面积为,dA,的微元段为研究对象，列出,dA,段内热量衡算微分式：,dQ= q,mh,c,ph,dT= q,mc,c,pc,dt,q,mh,c,ph,=,常数,Q,与热、冷流体的温度呈直线关系,q,mh,c,ph,=,常数,Q,与冷、热流体之间的温度差,t=T-t,必然也呈直线关系,，其斜率为：,传热基本方程式：,dQ=Kt dA,4.7.4 传热过程的平均温度差 t1t2T2T1dAT2t,4.7.4,传热过程的平均温度差,传热系数,K,值视为常数，积分得：,移项，令：,则：,-,对数平均温度差,4.7.4 传热过程的平均温度差 传热系数K值视为常数，积分,讨论：,1,）,t,m,虽是从逆流推导来的，但对并流和单侧传热也适用；,4,）当,t,1,t,2,时,，,2,）习惯上将较大温差记为,t,1,，较小温差记为,t,2,；,3,）当,t,1,/t,2,2,时，,t,m,可用算术平均值代替；,4.7.4,传热过程的平均温度差,t,m,= (t,1,+t,2,)/2,讨论： 1） tm虽是从逆流推导来的，但对并流和单侧传热也,2,错流和折流时的传热温差,如图所示，按照冷、热流体之间的相对流动方向，流体之间作垂直交叉的流动，称为,错流,；如一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复地折流，使两侧流体间并流和逆流交替出现，这种情况称为,简单折流,。,4.7.4,传热过程的平均温度差,错流,折流,2错流和折流时的传热温差 如图所示，按照冷、热流体,通常采用图算法，分三步：,先按逆流计算对数平均温差,t,m,逆,；,求出平均温差校正系数,t,；,查图,t,计算平均传热温差：,平均温差校正系数,t,1,，这是由于在列管式换热器内增设,了折流挡板及采用多管程，使得换热的冷、热流体在换热器内呈折,流或错流，导致实际平均传热温差低于纯逆流时的,t,m,逆,。,4.7.4,传热过程的平均温度差,t,m,=,t,t,m,逆,t,=f(RP),R=(T,1,-T,2,)/(t,2,-t,1,) =,热流体的温降,/,冷流体的温升,P=(t,2,-t,1,)/ (T,1,- t,1,) =,冷流体的温升,/,两流体的最初温差,通常采用图算法，分三步： 先按逆流计算对数平均温差tm,3.,不同流动排布型式的比较,进出口温度条件相同时，逆流的平均温差最大，并流的平均温差最小，对于其他的流动排布型式，其平均温差介于两者之间。,在实际的换热器中应尽量采用逆流流动，而避免并流流动。但是在一些特殊场合下仍采用并流流动，以满足特定的生产工艺需要。,采用折流和其他复杂流动的目的是为了提高传热系数，然而其代价是减小了平均传热温差。,4.7.4,传热过程的平均温度差,3.不同流动排布型式的比较 进出口温度条件相同时，逆流的,例,:,一列管式换热器，由,25*2.5mm,的钢管组成。管内为,CO,2,，流量为,6000kg/h,，由,55,冷却到,30,。管外为冷却水，流量为,2700kg/h,，进口温度为,20,。,CO,2,与冷却水呈逆流流动。已知水侧的对流传热系数为,3000W/m,2,K,，,CO,2,侧的对流传热系数为,40 W/m,2,K,。取,CO,2,侧污垢热阻,R,1,=0.53*10,-3,m,2,K/W,，取水侧污垢热阻,R,2,=0.21*10,-3,m,2,K/W,。试求总传热系数,K,o,（,K,2,）,。,解,:,查钢的导热系数,=45W/mK,例:一列管式换热器，由25*2.5mm的钢管组成。管内为C,例：列管,换热器由若干根长为,3m,、直径为,252.5mm,的钢管组成。要求将流率为,1.50kg/s,的苯从,355K,冷却到,306K,，,288K,的水在管内与苯逆流流动。已知水侧和苯侧的传热系数分别为,850,和,1700W/(m,2,K),，污垢热阻可忽略。若维持水出口温度不超过,319K,，试求所需的管数。取苯的比热,C,P,为,1.9kJ/(kgK),，密度,为,880kg/m,3,，管壁导热系数,w,为,45W/(mK),。,解：苯侧传热量,K,o,= 471.575W,m,-2,K,-1,A,o,=,n,d,o,l,=n,0.025,3= 11.40m,2,n=48.42,49,根,例：列管换热器由若干根长为3m、直径为252.5mm的钢,例：某车间需要安装一台换热器，将流量为,8.3310,-3,m,3,/s,、,NaCl,水溶液由,18,预热到,58,。加热剂为,130,的饱和蒸汽。该车间现有一台两管程列管式换热器，其规格为,252mm,；长度为,3m,；总管数,72,根。试问现有的换热器能否满足传热任务？蒸汽冷凝宜走壳程，,NaCl,水溶液走管程。操作条件下，,NaCl,溶液的物性参数为：密度,为,1100kg/m,3,，导热系数,=0.58 W/(m ),，比热,C,P,为,3.77kJ/(kg ),，钢的导热系数,w,为,46.5W/(m ),，黏度,1.510,-3,Pa.s,蒸汽的对流传热系数为,10000W / (m,2, ),污垢热阻总和为,0.0003 (m,2, ) / W,。,例：某车间需要安装一台换热器，将流量为8.3310-3m3,4.8,换热器,4.8 换热器,固定管板式换热器,固定管板式换热器,浮头式换热器,浮头式换热器,浮头式换热器,浮头式换热器,U,型管换热器,U型管换热器,填料函式换热器,填料函式换热器,