化工基礎(chǔ)理論第4章 傳熱過(guò)程

1、第4章 傳熱過(guò)程,4.1 化工生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程及常見換熱器,4.2 傳導(dǎo)傳熱,4.3 對(duì)流傳熱,4.4 間壁式熱交換的計(jì)算,4.5 換熱器的選擇及傳熱過(guò)程的強(qiáng)化,4.1 化工生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程及常見換熱器,1化工生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程,單元操作中的蒸發(fā)、精餾、干燥等過(guò)程也需要按一定速率供給熱量或移走熱量；設(shè)備和管道在高溫或低溫下運(yùn)行，盡量減少它們與外界的傳熱，就需要保溫；傳熱過(guò)程不但為化工生產(chǎn)過(guò)程提供了必要的溫度條件，保證了過(guò)程的熱量平衡，滿足了生產(chǎn)的要求，而且也是化學(xué)工業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)環(huán)境的重要措施。,系統(tǒng)內(nèi)由于溫度的差異使熱量從高溫向低溫轉(zhuǎn)移的過(guò)程稱之為熱量傳遞過(guò)程，簡(jiǎn)稱傳熱過(guò)程。,化工生產(chǎn)對(duì)

2、傳熱的要求有兩類，一是要求熱量的傳遞速率要高，目的是增大設(shè)備的傳熱強(qiáng)度、提高生產(chǎn)能力或減小設(shè)備尺寸、降低生產(chǎn)費(fèi)用；另一類則是要求盡量避免熱量傳遞，需要采用隔熱等方法減小傳熱速率。,傳熱過(guò)程也分為定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱兩種，換熱器傳熱面上各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的過(guò)程稱為定態(tài)傳熱，反之，稱為不定態(tài)傳熱。,換熱器的外形和管束如下圖所示.,換熱器的外形,換熱器的管束,工業(yè)上的傳熱過(guò)程中，冷流體和熱流體的接觸有三種方式。,直接接觸式 在某些傳熱過(guò)程中，熱氣體的直接水冷卻及熱水的直接空氣冷卻等。這種方式傳熱面積大，設(shè)備亦簡(jiǎn)單。,間壁式 冷、熱流體用間壁隔開來(lái)，通過(guò)間壁進(jìn)行換熱，其型式很多。,蓄熱式 使熱流體

3、流過(guò)換熱器，將器內(nèi)固體填充物加熱，然后停止熱流體，使冷流體流過(guò)蓄熱器內(nèi)已被熱流體加熱的固體填充物，如此周而復(fù)始，達(dá)到冷、熱流體之間的傳熱目的。,2傳熱基本方式,傳導(dǎo)傳熱 系統(tǒng)溫度較高部分的粒子因熱運(yùn)動(dòng)與相鄰的粒子碰撞將熱量傳遞給溫度較低粒子的過(guò)程稱為傳導(dǎo)傳熱，簡(jiǎn)稱熱傳導(dǎo)或?qū)?。其特點(diǎn)是，粒子只是在平衡位置附近振動(dòng)而不發(fā)生宏觀位移。,熱量傳遞的基本方式有傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱和輻射傳熱三種。,對(duì)流傳熱 流體中粒子發(fā)生相對(duì)宏觀位移和混合，將熱量由一處傳至另一處的過(guò)程。 因流體內(nèi)部各處溫度不同造成密度差異所引起的粒子宏觀位移，稱為自然對(duì)流；另一是由于外界機(jī)械能量的介入迫使其粒子宏觀位移，稱為強(qiáng)制對(duì)流。,

4、輻射傳熱 是熱量以電磁波傳遞的方式。當(dāng)物體受熱而引起內(nèi)部原子激發(fā)，熱能變?yōu)檩椛淠芤噪姶挪ㄐ问较蛑車臻g發(fā)射，射到另一物體時(shí)輻射能部分或全部被吸收又重新變?yōu)闊崮埽@種能量傳播過(guò)程稱為熱輻射。 其特點(diǎn)是不需要任何傳熱介質(zhì)，可在真空中傳遞。,實(shí)際生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程很少是以一種方式進(jìn)行，而是兩種或三種基本方式的聯(lián)合，如間壁式換熱就是熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)的串聯(lián)過(guò)程。,3間壁式換熱器,間壁式換熱器中，熱量自熱流體傳給冷流體的過(guò)程包括三個(gè)步驟：熱流體將熱量傳到壁面一側(cè)；熱量通過(guò)固體壁面的熱傳導(dǎo)；壁面的另一側(cè)將熱量傳給冷流體。即給熱一導(dǎo)熱一給熱的串聯(lián)過(guò)程。,依傳熱面的結(jié)構(gòu)可分為管式換熱器和板式換熱器。管式換熱器的傳熱

5、面是由管子做成的，包括套管式、列管式、蛇管式、噴淋式和翅片管式等；板式換熱器的傳熱面是由板材做成的，包括夾套式、螺紋板式、螺旋板式等。,圖41為簡(jiǎn)單的套管換熱器,把流體流經(jīng)管束稱為管程，該流體稱為管程流體；把流體流經(jīng)管間環(huán)隙稱為殼程，該流體稱為殼程流體。管程流體在管束內(nèi)來(lái)回流過(guò)幾次，就稱為與次數(shù)相同程數(shù)的換熱器。,圖42為單程列管式換熱器。,圖43為雙程列管式換熱器。,4.2 傳導(dǎo)傳熱,1.熱傳導(dǎo)基本方程傅里葉定律,當(dāng)均勻物體兩側(cè)有溫度差(t1一t2)時(shí)，熱量以傳導(dǎo)的方式, 由高溫向低溫傳遞。單位時(shí)間物體的導(dǎo)熱量dQd與導(dǎo)熱面積A和溫度梯度dtd呈正比。寫為等式：,如圖44所示，,上式稱為傅里

6、葉（Fourier）定律。定態(tài)傳熱時(shí)：,=,dtd溫度梯度，Km-1，表示傳熱方向上因距離而引起溫度變化的程度； A導(dǎo)熱面積，m2； 比例系數(shù)，熱導(dǎo)率，也稱為導(dǎo)熱系數(shù)，Wm-1K-1。,熱導(dǎo)率表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)參數(shù)，為物質(zhì)性質(zhì)之一。熱導(dǎo)率越大，物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)（溫度、濕度、壓強(qiáng)）等因素有關(guān)。金屬的熱導(dǎo)率大，非金屬固體材料的熱導(dǎo)率小，液體的熱導(dǎo)率更小，氣體的熱導(dǎo)率最小。,2間壁式換熱器壁面的熱傳導(dǎo),平面壁指間壁幾何結(jié)構(gòu)為平面的傳熱面，特點(diǎn)是沿傳熱方向?qū)崦娣eA不發(fā)生變化。,如圖45所示的單層平面壁，在定態(tài)傳熱條件下，其熱導(dǎo)率不隨時(shí)間發(fā)生變化，傳熱面的溫

7、度沿垂直于壁面的熱量傳遞方向變化、但不隨時(shí)間變化。,（1）平面壁的定態(tài)熱傳導(dǎo),=Q/=-A/,熱流量也可寫為：,=t/R,=,=,式中/A稱為熱阻，記作R, KW-1,圓筒壁面熱傳導(dǎo)的特點(diǎn)是傳熱面積A沿?zé)崃總鬟f方向而變化，即傳熱面積A隨圓筒的半徑而變化。,（2）圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo),如圖所示，熱量由管內(nèi)壁面向管外壁面定態(tài)傳導(dǎo)，考察厚度為dr的薄層，由博里葉定律得：,=-Adtd=-2rl,分離變量并積分：,整理得：,又可改寫為：,式中,為圓筒壁厚，,為半徑的對(duì)數(shù)平均值，,圓筒壁面的半徑較大且其厚度較薄時(shí)， 可以用算術(shù)平均值取代對(duì)數(shù)平均值計(jì)算圓筒壁的rm和Am。,如圖所示為三層不同材料組成的復(fù)合平

8、面壁。定態(tài)導(dǎo)熱時(shí)各分層的傳熱速率分別為：,第一層,（3）多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo),第二層,第三層,因A1=A2=A3=A, 定態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí), 上三式加和后得,可以看出，過(guò)程的總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總阻力為各層熱阻之和，即對(duì)多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，傳熱推動(dòng)力和傳熱阻力具有加和性。 由過(guò)程分析還可得到：,多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，各分層溫度降與該層的熱阻呈正比。,多層圓筒壁的熱流量式為：,對(duì)多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，無(wú)論多層平壁還是多層圓筒壁，各層熱流量均相等且等于總過(guò)程的熱流量。但對(duì)多層平壁，各層的面積熱流量相等，而多層圓筒壁各層的面積熱流量不相同。,或,各層交界面上的溫度求?。?或,或,解：由題意根據(jù)多層

9、平壁熱流量公式，得：,求耐火磚與保溫磚的交界面溫度t2,=806.8,求保溫磚與石棉板的交界面溫度t3,=806.8,例41 硫酸生產(chǎn)中SO2氣體是在沸騰爐中焙燒硫鐵礦而得到的，若沸騰爐的爐壁是由23cm厚的耐火磚（實(shí)際各區(qū)段的磚規(guī)格略有差異）、23cm厚的保溫磚（粘土輕磚）、5cm厚的石棉板及10cm厚的鋼殼組成。操作穩(wěn)定后，測(cè)得爐內(nèi)壁面溫度t1為900，外壁面溫度t5為80。試求每平方米爐壁面由熱傳導(dǎo)所散失的熱量，并求爐壁各層材料間交界面的溫度為多少？已知：耐火磚,，保溫磚,石棉磚,鋼殼,保溫磚與石棉板的交界面溫度t3,=317.5,石棉板與鋼殼的交界面溫度t4,=81.1,計(jì)算結(jié)果表明，

10、各分層熱阻越大則溫度降越大，沸騰爐壁主要溫度降在保溫磚和石棉板層。,例42 A型分子篩制備中使用的間歇釜式反應(yīng)器，反應(yīng)釜的釜壁為5mm厚的不銹鋼板(,)，粘附內(nèi)壁的污垢層厚lmm(,)，釜夾套中通入0.12MPa飽和水蒸氣(t1105)進(jìn)行加熱，釜垢層內(nèi)壁面溫度t3為90，試計(jì)算釜壁的面積熱流量，并與無(wú)污垢層(設(shè)內(nèi)壁面溫度不變)作比較。,解：,=7579Wm-2,無(wú)污垢層時(shí)：,=48 000 Wm-2,計(jì)算結(jié)果表明，污垢層雖薄，但因其熱導(dǎo)率很小，對(duì)傳熱影響很大，熱阻主要集中在污垢層中。,4.3 對(duì)流傳熱,1.對(duì)流傳熱機(jī)理,對(duì)流傳熱是流體流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的熱量傳遞. 工業(yè)過(guò)程的流動(dòng)多為湍流狀態(tài)，湍

11、流流動(dòng)時(shí)，流體主體中質(zhì)點(diǎn)充分?jǐn)_動(dòng)與混合，所以在與流體流動(dòng)方向垂直的截面上，流體主體區(qū)的溫度差很小。,由于壁面的約束和流體內(nèi)部的摩擦作用，在緊靠壁面處總存在滯流底層，故主要熱阻及溫度差都集中在滯流底層。,如圖為熱流體與壁面對(duì)流傳熱及壁面與冷流體的對(duì)流傳熱，工程上將湍流主體和過(guò)渡區(qū)的熱阻予以虛擬，折合為相當(dāng)厚度為t的滯流底層熱阻，流體與壁面之間的溫度變化可認(rèn)為全部發(fā)生在厚度為t的一個(gè)膜層內(nèi)，通常將這一存在溫度梯度的區(qū)域稱為傳熱邊界層。傳熱邊界層以外，溫度是一致的、沒(méi)有熱阻.,式中流體的熱導(dǎo)率，,t傳熱邊界層厚度，m；,T對(duì)流傳熱溫度差，,或,實(shí)際上對(duì)流傳熱過(guò)程：,該式稱為牛頓（Newton）冷卻定

12、律或給熱方程，h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，或稱為對(duì)流傳熱系數(shù)，亦稱給熱系數(shù)，單位為,將湍流狀態(tài)復(fù)雜的對(duì)流傳熱歸結(jié)為通過(guò)傳熱邊界層的熱傳導(dǎo)，用熱傳導(dǎo)基本方程來(lái)描述對(duì)流傳熱過(guò)程,2.對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素及其求取,影響h的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：,影響h的主要因素可用下式表示：,流體的種類和性質(zhì) 液體、氣體、蒸氣，其密度、比熱容、粘度等不同。,流體的流動(dòng)形態(tài) 滯流、過(guò)渡流或湍流時(shí)h各不相同。,傳熱壁面的形狀、排列方式和尺寸,流體的對(duì)流狀態(tài) 強(qiáng)制對(duì)流較自然對(duì)流時(shí)h為大。,工程上采用量綱分析的方法，將影響h諸多因素歸納為較少的幾個(gè)量綱為一的特征數(shù)群，確定這些特征數(shù)在不同情況下的相互聯(lián)系，從而得到經(jīng)驗(yàn)性的關(guān)

13、聯(lián)公式。,（1）流體無(wú)相變過(guò)程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求取,描述對(duì)流傳熱過(guò)程的特征數(shù)關(guān)系為：,各特征數(shù)的含義如下表4-1所示,當(dāng)流體被加熱時(shí)，m0.4；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，m0.3。,長(zhǎng)徑比 Ld50，適用于低粘度流體,且過(guò)程中無(wú)相變化。,適用范圍：,化工生產(chǎn)中液體在間壁式換熱器圓形管內(nèi)進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，h的關(guān)聯(lián)式為,例4-4 在一單程換熱器中用120的蒸汽將常壓空氣從20加熱到80,管束為38mm3mm,蒸汽走殼程,空氣走管程,其流速為14ms-1.求管壁對(duì)空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù).,解: 空氣的定性溫度為t定=(20+80)/2=50,查50下空氣的物性數(shù)據(jù),Cp=1017Jkg-1K-1,=1.9610-5P

14、as,=1093kgm-3,=2.8310-2Wm-1K-1,d=0.032m,u=14ms-1,得,計(jì)算結(jié)果表明:空氣在管內(nèi)流動(dòng)Re10000, 160Pr0.6, 必然符合下式的條件,液體通過(guò)固體壁面被加熱的對(duì)流傳熱過(guò)程中，若伴有液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過(guò)程稱為液體沸騰，又稱沸騰傳熱。液體沸騰的情況因固體壁面溫度tw與液體飽和溫度ts之間的差值而變化，圖 49為水的沸騰曲線：,（2）流體有相變過(guò)程的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),化工生產(chǎn)中多見的相變給熱是液體受熱沸騰和飽和水蒸氣的冷凝。,液體的沸騰,圖4-9 水的沸騰曲線,當(dāng)溫差較小時(shí)，加熱面上的液體僅產(chǎn)生自然對(duì)流在液體表面蒸發(fā)，如圖中A

15、B段曲線；當(dāng)t逐漸增高時(shí)，由于氣泡的產(chǎn)生、脫離和上升對(duì)液體劇烈擾動(dòng)，此段情況稱為泡核沸騰；,工業(yè)生產(chǎn)中, 總是設(shè)法維持在泡狀沸騰下操作。,繼續(xù)增大t時(shí)，產(chǎn)生的氣泡大大增多且產(chǎn)生的速度大于脫離加熱表面的速度，形成一層不穩(wěn)定的水蒸氣膜，氣膜的附加熱阻使q和h均急劇下降，傳熱面幾乎全部被氣膜覆蓋稱為膜狀沸騰。,飽和水蒸氣與溫度較低的固體壁面接觸時(shí)，水蒸氣放出熱量并在壁面上冷凝成液體。表面張力的作用而形成許多液滴沿壁面落下，此種冷凝稱為滴狀冷凝。若水蒸氣和壁面潔凈，冷凝液在壁面形成一層完整的液膜，稱為膜狀冷凝。,水蒸氣冷凝,滴狀冷凝的給熱系數(shù)比膜狀冷凝的給熱系數(shù)可高出數(shù)倍乃至數(shù)十倍，故工業(yè)中遇到的大多

16、是膜狀冷凝。,表42 常見流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大致范圍,4.4 問(wèn)壁式熱交換的計(jì)算,1傳熱總方程,如圖410，傳熱過(guò)程是熱流體給熱間壁導(dǎo)熱冷流體給熱的串聯(lián)過(guò)程。,換熱器內(nèi)進(jìn)行的大都是定態(tài)傳熱過(guò)程：,或,間壁式換熱器的傳熱總方程，適用于傳熱面為等溫面的間壁式熱交換過(guò)程。 說(shuō)明定態(tài)傳熱總過(guò)程的推動(dòng)力和阻力亦具加和性,令,，則傳熱總方程為：,式中K傳熱系數(shù)稱總傳熱系數(shù)，,2. 傳熱系數(shù)K,K是衡量換熱器性能的重要指標(biāo)之一。其大小主要取決于流體的物性、傳熱過(guò)程的操作條件及換熱器的類型等。,表43化工中常見傳熱過(guò)程的K值范圍,當(dāng)換熱器的間壁為單層平面壁時(shí)，因A1=A2=A，則傳熱系數(shù)為：,若換熱器的傳熱面

17、為單層圓筒壁面時(shí)，若A1A2A，即傳熱系數(shù)與傳熱面積對(duì)應(yīng)時(shí)：,若無(wú)特殊說(shuō)明，均為基于管外表面積的K2，其計(jì)算式為：,若間壁為多層平面壁以及間壁兩側(cè)有污垢積存時(shí)，傳熱系數(shù)為：,式中,分別表示壁面兩側(cè)污垢熱阻系數(shù)， m2KW-1,例45 某有機(jī)物生產(chǎn)中使用的攪拌式全混流反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1.0m，釜壁銅板厚8mm（=50Wm-1K-1）若釜內(nèi)壁面結(jié)有垢層厚2mm（Rh1=0.002 W-1m2K）夾套中用115的飽和水蒸氣進(jìn)行加熱（h19000 Wm-2K-1），釜內(nèi)有機(jī)物溫度為80（h2250 Wm-2K-1）。試求該條件下的面積熱流量和各熱阻的百分率。,解：因反應(yīng)釜內(nèi)徑1.0 m與外徑1.16 m

18、相差不大，可近似地當(dāng)作平面壁來(lái)處理.取傳熱面積為,時(shí)：,求得,代入式（422）計(jì)算，得 K=159 W-1m2K,W-1m2K,W-1m2K,W-1m2K,W-1m2K,傳熱總阻力為：,W-1K,反應(yīng)釜的面積熱流為,kWm-2,計(jì)算結(jié)果表明，主要熱阻在垢層和有機(jī)物這一側(cè)，其中垢層熱阻占總熱阻的31.9%,有機(jī)物熱阻占63.8%；而蒸汽冷凝及金屬釜壁的熱阻只占總熱阻的1.75%和2.55%。,例46 某列管換熱器的管束由25mmX2.5mm的鋼管（=45 Wm-1K-1）組成，熱空氣流經(jīng)管程，冷卻水在管外和空氣逆流流動(dòng)。已知管內(nèi)空氣側(cè)的 h1為 50 Wm-2K-1，管外水側(cè)的 h2為 1000

19、 Wm-2K-1，試求基于管外表面的傳熱系數(shù) K2和基于內(nèi)表面的傳熱系數(shù)K1，并比較K2A2和K1A1。,解：,按圓管公式計(jì)算時(shí),代入已知數(shù)據(jù)計(jì)算 得,計(jì)算結(jié)果表明，選取不同的傳熱表面，計(jì)算所得K值不同。,若以內(nèi)表面為參考 得,對(duì)一根管取單位長(zhǎng)度有：,表明，K值接近熱阻大一側(cè)的h值，K受h小的一側(cè)流體所控制。欲提高K值，應(yīng)從h小的一側(cè)入手。,例4-7 在上例中，如果管壁熱阻可忽略。為提高傳熱系數(shù)，在其它條件不變前提下，將h1、h2提高一倍的效果如何？,解: (1)將h1提高一倍,(2)將h2提高一倍,增加92.7%,增加1.56%,3傳熱過(guò)程的平均溫度差,冷、熱流體溫度差沿?fù)Q熱器壁面的分布情況

20、，決定了整個(gè)換熱過(guò)程的溫度差。,（1）定態(tài)恒溫傳熱 定態(tài)恒溫傳熱是指換熱器間壁兩側(cè)冷、熱兩流體溫度在壁面的任何位置、任何時(shí)間都不變化，即兩流體的溫度差沿?fù)Q熱面處處相等，恒定不變。,（2）定態(tài)變溫傳熱 定態(tài)變溫傳熱時(shí)，換熱器間壁一側(cè)流體或兩側(cè)流體的溫度沿傳熱面的不同位置發(fā)生變化，兩流體間的溫度差t沿?fù)Q熱器壁面位置也變化，且與兩流體相對(duì)流向有關(guān)。,圖分別為逆流和并流傳熱時(shí)t隨換熱器壁面位置的變化圖,工業(yè)上冷、熱流體在換熱器內(nèi)的相對(duì)流向主要有逆流和并流。,當(dāng),用算術(shù)平均值,例 48 硫酸生產(chǎn)中 SO2的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，用轉(zhuǎn)化氣在外部列管換熱器中預(yù)熱 SO2氣體。若轉(zhuǎn)化氣溫度由440降至320，SO2氣體由

21、220被加熱至280，試求流傳熱和逆流傳熱的平均溫度差，并作比較，選定推動(dòng)力較大的傳熱流向（設(shè)兩氣體進(jìn)出口溫度在并、逆流時(shí)相同）,解:,t1=T1-t1=220,t2=T2-t2=40,t1 /t2 =5.52,并流傳熱時(shí),對(duì)數(shù)平均值,算術(shù)平均值,只能采用對(duì)數(shù)平均值,逆流傳熱,誤差為,t1=T1-t2=160,t2=T2-t1=100,t1 /t2 =1.62,對(duì)數(shù)平均值,算術(shù)平均值,誤差為,采用對(duì)數(shù)平均值和算術(shù)平均值均可,在相同情況下，逆流傳熱的平均溫度差大于并流傳熱的平均溫度差，這意味著采用逆流傳熱要比并流傳熱相應(yīng)減少傳熱面積或載熱體使用量。,4熱負(fù)荷及熱量衡算,生產(chǎn)工藝對(duì)換熱器換熱能力的

22、要求稱為換熱器的工藝熱負(fù)荷L。 通過(guò)熱負(fù)荷的計(jì)算，可以確定換熱器所應(yīng)具有的傳熱速率，再依據(jù)此傳熱速率可計(jì)算換熱器所需的傳熱面積等。,計(jì)算結(jié)果表明:,（1）熱負(fù)荷,熱負(fù)荷的計(jì)算根據(jù)工藝特點(diǎn)有兩種情況： 流體在傳熱中只有相變的場(chǎng)合,式中 qm流體的質(zhì)量流量，kgs-1； L流體的相變熱kJkg-1,流體在傳熱中僅有溫度變化不發(fā)生相變的場(chǎng)合,L=qmcp(t2-t1),式中 cp流體的比定壓熱容，kJkg-1K-1； t1,t2流體傳熱前后的溫度，K；,若換熱器中兩種流體無(wú)相變化，且流體的比定壓熱容不隨溫度變化或可取平均溫度下的比定壓熱容時(shí)：,式中: L換熱器的熱負(fù)荷，kJs-1；,分別指熱、冷流體

23、的比定壓熱容，kJkg-1K-1；,分別指熱流體的進(jìn)、出口溫度和冷流體的進(jìn)、出口溫度，K。,若換熱器中的熱流體有相變，如飽和水蒸氣的冷凝時(shí)：,（2）熱量衡算,例49 在列管換熱器中，水以0.8ms-1的流速流過(guò)內(nèi)徑為25mm，長(zhǎng)為5m的管束。若管內(nèi)壁面平均溫度為50，水的進(jìn)口溫度為20，試求水的出口溫度。設(shè)管壁對(duì)水的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 1850 Wm-2K-1，熱損失可以忽略。,解：設(shè)水的出口溫度為t2，密度取=1000kgm-3，比定壓熱容取cp=4.187 kJkg-1K-1,換熱器的一根管子傳熱面積Ai和流通面積Si；分別為：,根據(jù)熱量衡算和對(duì)流熱流量方程有：,由,，即上二式相等，代入已

24、知數(shù)據(jù)求解可得：水的出口溫度t230.9。,4.5 換熱器的選擇及傳熱過(guò)程的強(qiáng)化,1換熱器的選擇,冷、熱流體的流量、進(jìn)出口溫度、操作壓力等； 冷、熱流體的物性參數(shù)； 冷、熱流體的工藝特點(diǎn)、腐蝕性、懸浮物含量等。,換熱器的選擇，是在換熱器系列化標(biāo)準(zhǔn)中確定合適的換熱器類型和規(guī)格的過(guò)程。,換熱器的選擇首先要考慮以下事項(xiàng)。,（1）了解換熱任務(wù)，掌握基本數(shù)據(jù)及特點(diǎn)。,（2）確定選用換熱器的型式，決定流體的流動(dòng)空間。如選定列管換熱器，對(duì)換熱流體流動(dòng)空間可按下列原則確定。,不潔流體或易結(jié)垢、沉淀、結(jié)晶的流體走管程； 需提高流速以增大對(duì)流傳熱系數(shù)的流體走管程； 腐蝕性流體走管程，以免腐蝕殼體和管束； 壓力高的流體走管程，管子耐壓性好； 飽和蒸氣宜走管程，便于排出冷凝液； 粘度大或流量較小的流體宜走殼程，可在低 Re（Re100）達(dá)到湍流； 需冷卻的流體一般選殼程，便于散熱。,流體定性溫度，查取或計(jì)算定性溫度下有關(guān)物性數(shù)據(jù)； 由傳熱任務(wù)計(jì)