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4.3.6热负荷的计算,设换热器中两流体无相变,kJ/h,1.流体无相变换热,则,流体的平均定压比热容，,热流体温度，,冷流体温度，,液体食品,热水,设冷凝液在饱和温度下离开换热器,kJ/h,饱和蒸气的汽化热,2.饱和蒸气冷凝,冷凝液饱和温度,冷凝水,则,(1)冷凝液为饱和液体,液体食品,蒸汽,4.3.6热负荷的计算,设冷凝液的温度低于饱和温度,kJ/h,(2)冷凝液为过冷液体,则,热流体释放的潜热,热流体释放的显热,液体食品,蒸汽,冷凝水,4.3.6热负荷的计算,4.3.7总传热速率微分方程,仿照牛顿冷却定律,1.传热基本方程,在间壁上取任一微元面积dS，设通过该微元面积的传热速率为dQ,传热基本方程,热流体温度,冷流体温度,对于管式换热器,令,2.管式换热器总传热速率方程,一、总传热速率微分方程,管内表面积，,管外表面积，,平均表面积，,基于管内表面积的总传热系数，,基于管外表面积的总传热系数，,基于平均表面积的总传热系数，,则,比较得,平均直径,管内径,管外径,管式换热器总传热速率方程,一、总传热速率微分方程,对于圆管,对数平均直径,注意,工程计算多以外表面为基准,除非特别说明，K均为基于外表面积的总传热系数,一、总传热速率微分方程,二、总传热系数,冷、热流体通过间壁换热的机理,1.总传热系数的计算,(1)总传热系数计算公式,对流传导对流,对于稳态传热,间壁厚度,二、总传热系数,整理得,根据串联热阻叠加原理,管内对流热阻,管外对流热阻,管壁导热热阻,二、总传热系数,得,或,故,二、总传热系数,由,比较得,同理得,二、总传热系数,通常，总传热系数以外表面为基准,总传热系数计算式,故,或,总传热热阻,二、总传热系数,(2)污垢热阻的影响,工程案例,山东临淄浩源精细化工有限公司对叔丁基苯酚精馏塔的塔顶冷凝器使用中结垢问题,管壳式换热器,二、总传热系数,换热器在实际操作中，传热表面上常有污垢积存，对传热产生附加热阻污垢热阻。,则,管壁内侧表面的污垢热阻，,管壁外侧表面的污垢热阻，,设,总传热系数计算式,由手册查出,二、总传热系数,或,讨论,若传热壁为平壁(或薄管壁),二、总传热系数,管外对流传热控制,若,管内对流传热控制,若,若管壁热阻和污垢热阻可忽略,若,管内外侧对流传热控制,二、总传热系数,若,污垢热阻控制,强化传热关键减慢污垢形成速率或及时清除污垢,示例,磁化防垢技术,变频共振防垢除垢技术,多相流防垢除垢技术,软化水防垢技术,二、总传热系数,工程案例,山东临淄浩源精细化工有限公司对叔丁基苯酚精馏塔的塔顶冷凝器使用中结垢问题,解决途径,清理垢层,讨论,为清理污垢，易结垢的流体流径如何选择？,采用软化水防垢技术,二、总传热系数,2.总传热系数的获取途径,推荐值,K的获取途径,根据公式计算,通过实验测定,由书籍查取,推荐书籍,1)周明霞等.机械工程手册(通用设备卷第四篇换热器).北京:机械工业出版社,1997,2)德意志联邦共和国工程师协会工艺与化学工程学会编,化工部第六设计院译.传热手册.北京:化工出版社,1983,3)化工机械手册编辑委员会.化工机械手册.天津:天津大学出版社,1991,一、总传热速率方程,设,冷、热流体平均温度差,则,进行传热计算关键计算平均温度差法。,总传热速率方程,二、平均温度差法,1.平均温度差的计算,对于恒温传热,换热器中间壁两侧的流体均发生相变时，两流体温度可分别保持不变恒温传热。,(1)恒温传热的平均温度差,则,对于变温传热,换热器中间壁两侧流体温度发生变化变温传热。,(2)变温传热的平均温度差,冷、热流体相互流向,逆流,并流,错流,折流,二、平均温度差法,逆流时的温度差变化,热流体,冷流体,逆流和并流的平均温度差,二、平均温度差法,并流时的温度差变化,热流体,冷流体,二、平均温度差法,传热为稳态过程,两流体的定压比热容为常量或可取换热器进、出口温度下的平均值,总传热系数K为常量,忽略热损失,以逆流为例推导的表达式,假设,二、平均温度差法,由,故,直线关系,二、平均温度差法,令,相减得,直线关系,故,逆流时平均温度差的推导,二、平均温度差法,直线斜率为,由,则,积分,得,二、平均温度差法,则,令,对数平均温度差,则,二、平均温度差法,总传热速率计算式,注意,对逆流和并流均可适用,计算时以换热器两端温度差中数值较大者作为,若,则,二、平均温度差法,算术平均温度差,练习题目,思考题,作业题:9、13、15,1.换热器的热负荷如何计算？2.总传热系数的定义和计算公式如何？3.如何分析换热器传热过程的控制因素？4.何为平均温度差法，如何计算对数平均温度差？,
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