第五章第二節(jié)化工原理 譚天恩

1、第三節(jié)第三節(jié) 兩流體間的熱量傳遞兩流體間的熱量傳遞 一、兩流體通過(guò)間壁傳熱的分析一、兩流體通過(guò)間壁傳熱的分析載熱體：載熱體：要把冷流體加熱或熱流體冷卻必須用另一種流體 供給熱量或取走熱量，這種流體叫做載熱體。工業(yè)上傳熱過(guò)程可以分為三種：（1）直接接觸式（混合式）：）直接接觸式（混合式）：通過(guò)冷、熱兩流體的直接混合 來(lái)進(jìn)行 熱量交換。（2）蓄熱式）蓄熱式 (蓄熱器蓄熱器)：由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成，使冷、熱 流體交替通過(guò)換熱器的同一蓄熱室。（3）間壁式：）間壁式：冷、熱流體由固體間壁隔開(kāi)，傳熱面積固定，熱 量傳遞為-導(dǎo)熱-對(duì)流的串聯(lián)過(guò)程。冷溶液進(jìn) 冷溶液出 熱溶液進(jìn)熱溶液出套管換熱器中熱量傳遞過(guò)

2、程包括三個(gè)環(huán)節(jié)：（1）熱流體 固體壁面一側(cè)（2）固體壁面一側(cè) 另一側(cè)（3）固體壁面另一側(cè) 冷流體Q1Q2Q3對(duì)流對(duì)流熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)對(duì)流對(duì)流v傳熱的熱阻基本上集中在很薄的層流底層 內(nèi)，溫度降也主要集中在層流底層中。RtQ間壁兩側(cè)流體熱交換過(guò)程的分析間壁兩側(cè)流體熱交換過(guò)程的分析 t1 t2 T1T2間壁兩側(cè)流體熱交換過(guò)程的分析間壁兩側(cè)流體熱交換過(guò)程的分析 二、傳熱速率和傳熱系數(shù)二、傳熱速率和傳熱系數(shù)1、給熱系數(shù)和傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)和傳熱系數(shù)11111)(1dATTTTdAdQww）（mwwdAbtTdQ）（222221)(3dAttttdAdQww）（熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)對(duì)流對(duì)流對(duì)流對(duì)流221111dAtt

3、dAbtTdATTdQwmwww總熱阻總推動(dòng)力221111dAdAbdAtTdQm)(tTKdAdQ2211111dAdAbdAKdAm式中2211111dAdAbdAKdAmK為傳熱系數(shù)為傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) 22111111dAdAbdAKdAm212111111dAdAdAdAbKm)(11dlddA對(duì)圓管)(22dlddA)(dlddAmm212111111ddddbKm)(11tTdAKdQmtAKQ11dm為d1和d2的對(duì)數(shù)平均值總熱阻內(nèi)內(nèi)側(cè)熱阻壁阻外外側(cè)熱阻總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) 以管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)22112111dAdAbdAKdAm221212111mdAdAbdAdAK)

4、(11dlddA對(duì)圓管)(22dlddA)(dlddAmm)(22tTdAKdQmtAKQ22dm為d1和d2的對(duì)數(shù)平均值總熱阻內(nèi)內(nèi)側(cè)熱阻壁阻外外側(cè)熱阻總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) 以管外表面積為基準(zhǔn)221212111mddbddK2221211212111smsRddbddRddK污垢熱阻污垢熱阻 管壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻分別用Rs1和Rs2表示，以管外表面積為基準(zhǔn)時(shí)，總熱阻為21211221dddAdAqqKK（5-17）（5-11c）Rs單位為 m2K W-1污垢熱阻的大致數(shù)值 流 體 種 類(lèi)污垢熱阻m2/W流體種類(lèi)污垢熱阻m2/W水(u1m/s, t50) 蒸氣 海水0.0001 有機(jī)蒸汽 0

5、.0002 河水0.0006 水蒸氣(不含油)0.0001 井水0.00058 水蒸氣廢氣(含油)0.0002 蒸餾水0.0001 制冷劑蒸汽(含油)0.0004鍋爐給水0.00026氣體 未處理的涼水塔用水0.00058 空氣0.0003 經(jīng)處理的涼水塔用水0.00026壓縮氣體0.0004 多泥沙的水0.0006 天然氣0.002鹽水0.0004 焦?fàn)t氣0.002污垢熱阻的大致數(shù)值污垢熱阻的大致數(shù)值流體種類(lèi)傳熱系數(shù)K W/(m2K)水氣體1260水水8001800水煤油350左右水有機(jī)溶劑280850氣體氣體1235飽和水蒸氣水14004700飽和水蒸氣氣體30300飽和水蒸氣油60350

6、飽和水蒸氣沸騰油290870三、傳熱溫差與熱量衡算三、傳熱溫差與熱量衡算)()(12222111ttcmTTcmQpsps)()(12222111ttcmTTcmrmQpsspss蒸汽的飽和溫度sT飽和蒸汽冷凝潛熱rmpsstKAttcmrmQ)(12221無(wú)熱損失：Q吸=Q放傳熱溫差與熱量衡算傳熱溫差與熱量衡算傳熱溫差與熱量衡算傳熱溫差與熱量衡算要確定傳熱面積，需對(duì)要確定傳熱面積，需對(duì)dQ=K（T-t）dA進(jìn)行積分進(jìn)行積分)/(1)/(1)/(1)/(122112211pspspspscmcmdtdTcmdtcmdTdQ221111pspscmcmmmtTddAtTK)()(mtTddQtT

7、ddtdTm)()()(，于是為常數(shù)；又如前述，dtcmdTcmdQpsps2211代入傳熱速率式（5-13），得到令（5-18a）（5-19）（5-20）（5-18）QttQtTtTQttTTm2112211221)()()()(21)(0ttAttddAmKttTmtTddAtTK）寫(xiě)成將總溫差（或)()(21lnttmKA分離變量積分)()(12222111ttcmTTcmQpsps)(1222ttQcmps2111TTQcmps因?yàn)樗裕?-21）（5-22）（5-22a）（5-19a）替。時(shí)，可用算術(shù)平均值代平均溫度差，當(dāng)為換熱器的進(jìn)出口對(duì)數(shù)2/21ttmtKAQ)/ln(2121t

8、ttttm)/ln(2121ttttKAQ再代入（5-21），對(duì)Q解得即式中（5-23a）（5-23）（5-24）21lnttmKA（5-21）四、平均溫度差四、平均溫度差tm的計(jì)算的計(jì)算mttTt)(tTKAQ1、恒溫差傳熱、恒溫差傳熱2、變溫差傳熱、變溫差傳熱平均溫度差平均溫度差tm的計(jì)算的計(jì)算（1）逆流和并流時(shí)的）逆流和并流時(shí)的tm平均溫度差平均溫度差tm的計(jì)算的計(jì)算211tTt2121lntttttm122tTt221tttm即當(dāng)t1 /t22，則可用算術(shù)平均值代替當(dāng)t1 =t221tttm逆流時(shí)的逆流時(shí)的tm111tTt222tTt2121lntttttm并流時(shí)的并流時(shí)的tm逆,mm

9、tt：逆流時(shí)的平均溫度差逆,mt（2）錯(cuò)流、折流時(shí)的）錯(cuò)流、折流時(shí)的tm),(流型RPf1221ttTTR冷流體溫升熱流體溫降1112tTttP兩流體初溫差冷流體溫升五、傳熱效率五、傳熱效率-傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法 傳熱效率傳熱效率-傳熱單元數(shù)法傳熱單元數(shù)法mtKAQ對(duì)于操作型問(wèn)題，可用傳熱效率-傳熱單元數(shù)法（-NTU法）解決)()(11minmaxtTcmQps 傳熱效率定義為實(shí)際傳熱速率Q和理論上可能的最大傳熱速率Qmax之比。)()(12222111ttcmTTcmQpsps（一）傳熱效率（一）傳熱效率 （5-39）。、便可算出后，求得，則由若能知2211minmax)()(tTQtT

10、cmQQps112111112111max)()(tTTTtTcmTTcmQQpsps111211221222max)()(tTtttTcmttcmQQpsps2211pspscmcm若2211pspscmcm若11pscmKdAtTdTdAtTKdtcmdTcmdQpsps)(2211表示而言的傳熱單元數(shù)，用其積分式稱(chēng)為對(duì)熱流體1NTU（二）傳熱單元數(shù)（二）傳熱單元數(shù) 210111TTApscmKdAtTdTNTU對(duì)微元傳熱面dA的熱量衡算和傳熱速率方程為對(duì)于熱流體，上式可改寫(xiě)為22122psmcmKAtttNTU表示時(shí)，則積分式為用平均推動(dòng)力為常數(shù)及推動(dòng)力當(dāng)mttT )(K（5-40）11211psmcmKAtTTNTU（5-41）同理，對(duì)于冷流體倍。當(dāng)于平均溫度差的多少或熱流體的溫度變化相所需放出熱量倍數(shù)。為熱流體每下降平均溫度差的傳熱速率代表：CCcmKAps11/傳熱單元數(shù)的意義11RRRCNTUCCNTU1exp1exp1maxmin/pspsRRcmcmCC熱容流量比，式中（三）傳熱單元數(shù)和傳熱單元數(shù)的關(guān)系（三）傳熱單元數(shù)和傳熱單元數(shù)的關(guān)系 對(duì)逆流換熱器RRCCNTU11exp12221205、圖 對(duì)并流換熱器PRtTTTRTTttcmcmCpspsR1121211222111LMTD法與法與