傳熱基本方程及傳熱計(jì)算

1、第三節(jié)傳熱基本方程及傳熱計(jì)算從傳熱基本方程或Q kA tm(tQ .m1kA傳熱推動(dòng)力傳熱熱阻4-11 )4-lla )可知,要強(qiáng)化傳熱過程主要應(yīng)著眼于增加推動(dòng)力與減少熱阻，也就就是設(shè)法增大tm或者增大傳熱面積A與傳熱系數(shù)K。在生產(chǎn)上，無論就是選用或設(shè)計(jì)一個(gè)新的換熱器還就是對(duì)已有的換熱器進(jìn)行查定，都就是建立在上述基本方程的基礎(chǔ)上的，傳熱計(jì)算則主要解決基本方程中的Q，A, K , tm及有關(guān)量的計(jì)算。傳熱基本方程就是傳熱章中最主要的方程式。、傳熱速率Q的計(jì)算冷、熱流體進(jìn)行熱交換時(shí)，當(dāng)熱損失忽略，則根據(jù)能量守恒原理，熱流體放出熱量 Qh，必等于冷流體所吸收的熱量Q c，即QnQc，稱之熱量衡算式。

2、1. 1.無相變化時(shí)熱負(fù)荷的計(jì)算(1) (i)比熱法Qmhcph T1 T2mcCpc 1211(式中Q 熱負(fù)荷或傳熱速率，J、s-1或W;mh，mc 熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg、s-1；Cpc，Cph 冷、熱流體的定壓比熱，取進(jìn)出口流體溫度的算術(shù)平均值下的比熱kJ、(kg、k)-1;T1，T2 熱流體進(jìn)、出口溫度，K ( C);t1，t2 冷流體的進(jìn)出口溫度，K ( C)。(2 )熱焓法(4 13 )Q m(11 I2)式中丨1 物料始態(tài)的焓,kJ、kg-1;丨2物料終態(tài)的焓,kJ、kg-1。2 有相變化時(shí)熱負(fù)荷計(jì)算(414 )Q Gr式中 G 發(fā)生相變化流體的質(zhì)量流量，kg、s-1;r液體

3、汽化(或蒸汽冷凝)潛熱,k J、kg-1。注意:在熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)，必須分清有相變化還就是無相變化，然后根據(jù)不同算式進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)蒸汽的冷凝、冷卻過程的熱負(fù)荷，要予以分別計(jì)算而后相加。當(dāng)要考慮熱損失時(shí)，則有：Qh Qc Q損通常在保溫良好的換熱器中可取 Q損(25%) Qh三、平均溫度差 的計(jì)算在間壁式換熱器中，的計(jì)算可分為以下幾種類型1.1 兩側(cè)均為恒溫下的傳熱兩側(cè)流體分別為蒸汽冷凝與液體沸騰時(shí) ，溫度不變，則：怙=T- t =常數(shù)2.2 側(cè)恒溫一側(cè)變溫下的傳熱可推得計(jì)算式為：tmT t1 T t2t1 t2lnTt2Int2(4-15 )式中 垢為進(jìn)出口處傳熱溫度差的對(duì)數(shù)平均值，溫差大的一端為

4、 乞,溫差小的一端為 t2 ,從而使上式中分子分母均為正值。ttit2當(dāng)tl / t2 2時(shí)，則:m2，即可用算術(shù)平均值。3.3 .兩側(cè)均為變溫下的穩(wěn)定傳熱 其計(jì)算式與式(4 15 )完全一致。4.4 復(fù)雜流動(dòng)時(shí) tm的計(jì)算(4-16)流體就是復(fù)雜錯(cuò)流與折流時(shí)，其tm的計(jì)算較為復(fù)雜，一般用下式計(jì)算 tm系tm逆 t式中怙逆為按逆流操作情況下的平均溫度差，t為校正系數(shù)，為P，R兩因數(shù)的函數(shù)，即：t=f(p，R)，對(duì)于各種換熱情況下的1值，可在有關(guān)手冊(cè)中查到。tm的計(jì)算要注意：(1) (1)計(jì)算通常用式(4-15)所示的對(duì)數(shù)平均溫度差，當(dāng)t1 / t22時(shí),可用算術(shù)平均值代替。(2) (2)為避免

5、不同操作條件下的計(jì)算錯(cuò)誤，最好用圖示出流動(dòng)方向并注明溫度：T1逆流 亠T2上2 t1(3) 當(dāng)冷、熱流體操作溫度一定時(shí)，tm逆總大于tm并。當(dāng)要求傳熱速率一定時(shí)，逆流所需 的設(shè)備投資費(fèi)用及操作費(fèi)用均少于并流，故工業(yè)生產(chǎn)的換熱設(shè)備一般采用逆流操作。四、總傳熱系數(shù)K的確定總傳熱系數(shù)K值有三個(gè)來源：一就是選取經(jīng)驗(yàn)值；二就是實(shí)驗(yàn)測(cè)定值；三就是計(jì)算。1.1 .換熱器中總傳熱系數(shù)數(shù)值的大致范圍換熱器中總傳熱系數(shù) K值，可參瞧天津大學(xué)編化工原理上冊(cè) ，P239表4-2及譚天恩等 三人編化工原理上冊(cè)P232表5-3。K值變化范圍很大，選取K值時(shí)應(yīng)注意換熱器型式及冷熱介質(zhì)均符合要求。2 . 2.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定總傳熱系

6、數(shù)根據(jù)傳熱速率方程式 Q KA tm,當(dāng)傳熱量Q、傳熱面積A及平均溫度差tm為已知時(shí),則可測(cè)出某換熱設(shè)備在該工藝條件下的K值。3. 3.總傳熱系數(shù)的計(jì)算兩流體通過間壁的傳熱過程就是由熱流體對(duì)管壁對(duì)流一管壁熱傳導(dǎo)一管壁對(duì)冷流體的對(duì)流所構(gòu)成的串聯(lián)傳熱過程，利用串聯(lián)熱阻的關(guān)系，即可導(dǎo)出總傳熱系數(shù) K的計(jì)算式。若以傳熱管外表面積A0 A0dL為基準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的總傳熱系數(shù) K0為:k 1K1 A0b A01di同理,若以傳熱管內(nèi)表面積 A Aid i L為基準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的總傳熱系數(shù) Ki為:若以傳熱管壁的平均面積Kib Ai0 A01 b di 1 diidm0 d0Am AmdmL為基準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的總傳熱系

7、數(shù)(4-18)K m為Km11 Am b 1 Am1 do b do 1i Ai0 A01丄dm b 丄如i di0 d 0由此可見，所取基準(zhǔn)傳熱面積不同,K值也不同，即K Km Ki 當(dāng)傳熱面積為平壁時(shí)，則:A0 A Am,此時(shí)的總傳熱系數(shù) K為:(4-19)(4-20)(4-17)當(dāng)壁阻b較/0 /i小的多時(shí)7可忽略不計(jì)，此時(shí)K為:注意:(1)總傳熱系數(shù)與傳熱面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所選基準(zhǔn)面積不同 手冊(cè)中所列的K值，無特殊說明，均視為以管外表面為基準(zhǔn)的(4-21)，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同。 K值。(2) 管壁薄或管徑較大時(shí)，可近似取A0 AAm,即圓筒壁視為平壁計(jì)算。(3) 總傳熱系數(shù)K值比兩側(cè)流體中a值小者還小。QK0A0 tm0A0tm當(dāng)0i時(shí)，壁阻可忽略不計(jì)時(shí)，則K 0且當(dāng)i0時(shí)，壁阻可忽略不計(jì)時(shí)，則K i且Q K i Ai t m i A tm由此可知，總熱阻就是由熱阻大的那一側(cè)的對(duì)流傳熱所控制的 ，即兩個(gè)對(duì)流傳熱系數(shù)相差 較大時(shí)，要提高K值，關(guān)鍵在于提高a較小的；若兩側(cè)a相差不大時(shí)，則必須同時(shí)提高兩側(cè)的a 值，才能提高K值。五、污垢熱阻污垢的存在，將增大傳熱阻力，污垢熱阻一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其數(shù)值范圍可參瞧天津大學(xué)編 化工原理上冊(cè)附錄二十二及譚天恩等三人編化工原理上冊(cè)表5-2。對(duì)傳熱面按平壁處理時(shí)，其總的熱阻為：RdiRd。(4