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Q kA tm(4 11)或tQh /kA11a)可知， 要強(qiáng)化傳熱過程主要應(yīng)著眼于增加推動(dòng)力和減少熱阻，也就是 設(shè)法增大t m或者增大傳熱面積A和傳熱系數(shù)K。在生產(chǎn)上，無論是選用或設(shè)計(jì)一個(gè)新的換熱器還是對(duì)已有的換熱器進(jìn) 行查定，都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。傳熱基本方程是傳熱章中最主要的 方程式。一、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 之熱量衡算式1 1.1 1.(1 1)Q m(IiI2)傳熱推

2、動(dòng)力傳熱熱阻QC，即QnQC，稱o無相變化時(shí)熱負(fù)荷的計(jì)算(1(1)比熱法(4-124-12)式中QmihCphTimcCpct2T2tiQ熱負(fù)荷或傳熱速率，或 熱、冷流體的質(zhì)量流量，Cp C,C ph冷、熱流體的定壓比熱, 值下的比熱， k kJ. .()-1;T1，T2熱流體進(jìn)、出口溫度，K(t1，t2冷流體的進(jìn)出口溫度，K( (2)熱焓法mh,mc取進(jìn)出口流體溫度的算術(shù)平均C)C)；0 0。式中l(wèi)l物料始態(tài)的焓,12物料終態(tài)的焓,2.有相變化時(shí)熱負(fù)荷計(jì)算Q Gr（4 14）式中G發(fā)生相變化流體的質(zhì)量流量，；r 液體汽化（或蒸汽冷凝）潛熱，k kJ.kg.kg-1。注意：在熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)，必須

3、分清有相變化還是無相變化，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：QhQcQ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tm的計(jì)算在間壁式換熱器中，tm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和液體沸騰時(shí)，溫度不變，則: =常數(shù)2.2.一側(cè)恒溫一側(cè)變溫下的傳熱可推得計(jì)算式為：（4-164-16）式中 .逆- 為按逆流操作情況下的平均溫度差-1k kJ.kg.kg；k kJ.kg.kg-1。tm=Tt ttmTtiTt2In JTt2tlt2In丄t2(4 15）式中 tm

4、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 小的一端為t2，從而使上式中分子分母均為正值。ttit2當(dāng)ti/t22時(shí)，貝y：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（415）完全一致。4.4.復(fù)雜流動(dòng)時(shí) tm的計(jì)算流體是復(fù)雜錯(cuò)流和折流時(shí)，其tl，溫差tmtm的計(jì)算較為復(fù)雜，一般用下式計(jì)算:tm 系tm 逆 tt為校正系數(shù)，為 P P, R R 兩因數(shù)的函數(shù)，即：t=f=f( P,P, R)R)，對(duì)于各種換熱情況下的t值，可在有關(guān)手冊(cè)中查到。tm的計(jì)算要注意：(1)(1 1) ?計(jì)算通常用式(4-154-15 )所示的對(duì)數(shù)平均溫度差，當(dāng)t1/t22時(shí)，可用算

5、術(shù)平均值代替。(2)( 2 2)為避免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-12 _t1t2(3 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。T2四、總傳熱系數(shù)K K 的確定總傳熱系數(shù)三是計(jì)算。1.1.?換熱器中總傳熱系數(shù) K K 值，可參看天津大學(xué)編化工原理上冊(cè)，P239P239K K 值有三個(gè)來源：一是選取經(jīng)驗(yàn)值；二是實(shí)驗(yàn)測(cè)定值;換熱器中總傳熱系數(shù)數(shù)值的大致范圍表 4-24-2 及譚天恩等三人編化工原理上冊(cè)P P232232 表 5-35-3。

6、K值變化范圍很大，選取 K 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 2.2 2 .現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定總傳熱系數(shù)根據(jù)傳熱速率方程式QKA tm，當(dāng)傳熱量 Q Q 傳熱面積 A 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3 3.3 3.總傳熱系數(shù)的計(jì)算K K 值。兩流體通過間壁的傳熱過程是由熱流體對(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 K 的計(jì)算式。若以傳熱管外表面積AAoKodoL 為基準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的總傳熱系數(shù) K K0為:_1_丄 4 4丄iAiAm 0_ 1_1 魚 b 直丄ididm 0(4-1

7、7(4-17 )當(dāng)i0時(shí)，壁阻可忽略不計(jì)時(shí)，則Ki且1K _i1 bA1AiAm0AQ1_b 魚丄魚dm0d0(4-20(4-20 )(4-214-21 )注意：(1 1)總傳熱系數(shù)和傳熱面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所選基準(zhǔn)面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同。手冊(cè)中所列的K K 值，無特殊說明，均視為以管外表面K K 值。管壁薄或管徑較大時(shí)，可近似取 A。A Am，即圓筒壁視為平壁 總傳熱系數(shù)K K 值比兩側(cè)流體中a值小者還小。當(dāng)0i時(shí)，壁阻可忽略不計(jì)時(shí)，則K0且Q K0A0tm 0A0tm同理，若以傳熱管內(nèi)表面積K Ki為：AiAdiL 為基準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的總傳熱系數(shù)(4-184-18 )若以傳熱管壁的平均面

8、積AmAmKmdmL 為基準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的總傳熱系數(shù) K Km為1TX_bTX7AT 一1_0A01 dmidib 丄直0d0(4-19(4-19 )由此可見， 所取基準(zhǔn)傳熱面積不同, 當(dāng)傳熱面積為平壁時(shí)，貝y：A0AiK K 值也不同，即 KoKm Ki。Am，此時(shí)的總傳熱系數(shù) K K 為：11 b_1當(dāng)壁阻/較/0/i小的多時(shí),/可忽略不計(jì)，此時(shí) K K 為:K 幾為基準(zhǔn)的(2 2) 計(jì)算。(3 3)(4 4)Q KiAitm iA tm由此可知，總熱阻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 K 值，關(guān)鍵在于提高a較小的；若兩側(cè)a相差不大時(shí)，貝y必須同時(shí)提咼兩側(cè)的a值，才能提咼K 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 圍可參看天津大學(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 5-25-2。對(duì)傳熱面按平壁處理時(shí)，b其總的熱阻為:Rdi -i(4-194-19 )