化工基礎(chǔ)-傳熱

第四章傳熱過程第一節(jié)概述第二節(jié)傳導(dǎo)傳熱第三節(jié)對(duì)流傳熱第四節(jié)熱交換的計(jì)算第五節(jié)熱交換器2023/9/17第四章傳熱過程2第一節(jié)概述一、化工生產(chǎn)中的傳熱過程1、化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)要控制適宜的溫度范圍：（1）放熱反應(yīng)的熱量要通過換熱移除。（2）吸熱反應(yīng)需提供足夠的熱量。（3）反應(yīng)原料要預(yù)熱，產(chǎn)物要冷卻。2、很多化工單元操作是在換熱條件下進(jìn)行的：蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥、精餾等。3、節(jié)約能源，合理使用能源：（1）熱流體保溫、低溫條件的保持。（2）生產(chǎn)中余熱、廢熱的有效利用。2023/9/17第四章傳熱過程3二、傳熱的基本方式1、傳導(dǎo)傳熱：物體溫度較高的分子因熱而振動(dòng)，并與相鄰分子碰撞，而將能量傳遞給相鄰分子，順序地將熱量從高溫向低溫部分傳遞。

特點(diǎn)：沒有分子的宏觀相對(duì)位移。2、對(duì)流傳熱：由于流體質(zhì)點(diǎn)變動(dòng)位置并相互碰撞，能量較大的質(zhì)點(diǎn)與能量較低的質(zhì)點(diǎn)相互混合，使熱量從高溫向低溫傳遞。

自然對(duì)流：溫度差，密度差，自然移動(dòng)。

強(qiáng)制對(duì)流：外力(攪拌等)使流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)位移。2023/9/17第四章傳熱過程43、輻射傳熱：熱物體以波的形式向四周散發(fā)輻射能，輻射遇到另外的物體時(shí)，被全部或部分地吸收并重新轉(zhuǎn)變成熱能的傳熱方式。

溫度越高，輻射出去的熱能越大。

不用任何介質(zhì)作媒介。實(shí)際生產(chǎn)中的傳熱，并非單獨(dú)以某種方式進(jìn)行，往往是多種方式同時(shí)進(jìn)行。2023/9/17第四章傳熱過程5三、傳熱中的一些基本物理量和單位1、熱量Q：單位：kg·m2·s-2，Nm，J，cal，kcal1cal=4.186J2、傳熱速率Φ(熱流量：單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量。單位：W，kcal·h-11kcal·h-1=1.163W3、傳熱強(qiáng)度q：單位：W·m-2

，kg·s-3單位時(shí)間單位面積傳遞的熱量。也叫熱流密度。2023/9/17第四章傳熱過程66、潛熱：單位量（質(zhì)量或物質(zhì)的量）物質(zhì)在發(fā)生相變時(shí)伴隨的熱量變化。單位：J

·kg-1，J

·moj-1汽化熱、冷凝熱、升華熱、溶解熱、結(jié)晶熱等計(jì)算：Q=ΔH·m或Q=ΔHm·n4、恒壓比熱容cp、cpm：單位量物質(zhì)恒壓下升溫1K所需熱量。單位：cpJ·kg-1

·K-1

cpm

J·mol-1

·K-1

5、顯熱：單位量（質(zhì)量或物質(zhì)的量）物質(zhì)在等壓時(shí)變溫伴隨的熱量變化。單位：J計(jì)算：Q=m·cp·

Δt

或Q=n·cpm·

Δt潛熱和顯熱的區(qū)別：相變，溫變2023/9/17第四章傳熱過程7四、定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱1、定態(tài)傳熱：傳熱面上各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間改變的傳熱。只考慮傳熱面上某一點(diǎn)的情況，各點(diǎn)溫度可不同。定態(tài)傳熱時(shí)，單位時(shí)間的傳熱量Φ不變。連續(xù)穩(wěn)定的操作時(shí)大多是定態(tài)傳熱。2、非定態(tài)傳熱：傳熱面上各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間而改變的傳熱。非定態(tài)傳熱時(shí)，不同的單位時(shí)間的傳熱量不同。間歇操作時(shí)大多是非定態(tài)傳熱。2023/9/17第四章傳熱過程8第二節(jié)傳導(dǎo)傳熱一、熱傳導(dǎo)基本方程式----傅立葉定律1、傅立葉定律：對(duì)于微元：引入比例系數(shù)：

負(fù)號(hào)是因?yàn)闊崃總鬟f方向與溫度升高方向相反。

比例系數(shù)λ為導(dǎo)熱系數(shù)，單位：W·m-1·k-1,J·m-1·k-1·s-1

dt/dδ：溫度梯度，K/m；2023/9/17第四章傳熱過程9導(dǎo)熱系數(shù):是物質(zhì)導(dǎo)熱性能的標(biāo)志，是物理性質(zhì)之一。一般來說：

λ金屬>λ非金屬固體>λ液體>λ氣體.導(dǎo)熱系數(shù)λ的值越大，表示其導(dǎo)熱性能越好λ的物理意義為：當(dāng)溫度梯度為1K/m時(shí)，每秒鐘通過1m2的導(dǎo)熱面積而傳導(dǎo)的熱量，其單位為W/m·K或W/m·℃。金屬2.3～420w/m·K建筑材料0.25～3w/m·K液體0.09～0.6w/m·K

氣體0.006～0.4w/m·K2、導(dǎo)熱系數(shù)：λ數(shù)值的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度等有關(guān)。λ數(shù)值的大小也與外界條件溫度、壓力等有關(guān)。2023/9/17第四章傳熱過程10質(zhì)地均勻的固體:λ=λ0(1+at)λ0為00C時(shí)固體的導(dǎo)熱系數(shù),a為溫度系數(shù).液體混和物:λ=k(λ1w1+λ2w2+……

)w1,w2,----各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)λ1,λ2,----各組分的導(dǎo)熱系數(shù)K--常數(shù),對(duì)一般混和物或溶液為1.0,對(duì)有機(jī)物的水溶液為0.9氣體混和物:x1,x2…各組分的摩爾分?jǐn)?shù)M1,M2…各組分的相對(duì)分子量2023/9/17第四章傳熱過程11二、平面壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)1、單層平面壁的熱傳導(dǎo):在定態(tài)的條件下,傳熱量不變，且兩壁面的溫度不隨時(shí)間而變.移項(xiàng)：積分：Δt：溫差，傳熱推動(dòng)力，K

R=δ/(Aλ)：傳熱阻力，熱阻，K/W2023/9/17第四章傳熱過程12δ2δ1δ3AΦ厚度δ△t3△t2△t1t3t1t2t42、多層平面壁的熱傳導(dǎo):對(duì)于定態(tài)傳熱，各層傳熱速率相等，各層傳熱面積相等。第一層：第二層：第三層：2023/9/17第四章傳熱過程13對(duì)定態(tài)傳熱：A1=A2=A3=A，Φ1=Φ2=Φ3=Φ上面三式相加：◆多層平面壁的傳熱速率Φ等于總推動(dòng)力Δt除總熱阻R?！舳鄬悠矫姹诘目偀嶙鑂為各層熱阻之和（相當(dāng)于串聯(lián)）。◆各層的溫度降與該層的熱阻成正比。2023/9/17第四章傳熱過程14例解：根據(jù)題意若爐灶的爐壁順序地由厚24cm的耐火磚(λ=0.90W.m-1.k-1)、12cm的絕熱磚(λ=0.20W.m-1.k-1)和24cm的建筑磚(λ=0.63W.m-1.k-1)砌成，傳熱穩(wěn)定后，耐火磚的內(nèi)壁溫度為940℃

，普通磚的外壁面溫度為50℃試求每秒鐘每平方米壁面?zhèn)鲗?dǎo)傳熱所散失的熱量，并求各磚層交界面的溫度。δ1=24cm，δ2=12cm，δ3=24cm，t1=940℃t4=50℃λ1=0.90W.m-1.k-1λ2=0.20W.m-1.k-1λ3=0.63W.m-1.k-1求：q=?，t2，t32023/9/17第四章傳熱過程15由得℃

℃

℃

℃

℃

123δ0.240.120.24λ0.900.200.63Δt190.2428271.8◆絕熱磚層最薄，溫差最大，導(dǎo)熱系數(shù)小，熱阻最大。2023/9/17第四章傳熱過程161、單層圓筒壁的傳導(dǎo)傳熱圓筒壁傳熱面積和溫度都隨圓筒壁的半徑而變化.傅立葉定律應(yīng)寫為:移項(xiàng)積分:三、圓筒壁的傳導(dǎo)傳熱rr1r2lt1.t2dt△tΦΦdr2023/9/17第四章傳熱過程17

δ=r2-r1為圓筒壁厚度。

rm為圓筒壁的對(duì)數(shù)平均半徑：當(dāng)r2/r1<2時(shí)可用算術(shù)平均半徑代替：rm=(r1+r2)/2

Am為圓筒壁的平均傳熱面積：Am=2πrml2023/9/17第四章傳熱過程182、多層圓筒壁的傳導(dǎo)傳熱根據(jù)：第一層第二層第三層三式相加2023/9/17第四章傳熱過程19整理：同樣令：傳熱速率與推動(dòng)力成正比，與熱阻成反比。注意各層直徑或半徑的取值。2023/9/17第四章傳熱過程20例

Φ38×2.5mm的水蒸氣管（鋼的λ=50W.m-1.k-1

）包有隔熱層。第一層是40mm厚的礦渣棉(λ=0.07W.m-1.k-1)，第二層是20mm厚的石棉泥（λ=0.15W.m-1.k-1

）。若管內(nèi)壁溫度為140℃

，石棉泥外壁溫度為30℃

。試求每米管長的熱損失速率。若以同量的石棉作內(nèi)層，礦渣棉作外層時(shí)（即同樣厚度），情況如何？試作比較。解：由題意得：r1=0.0165mr2=0.019mr3=0.059mr4=0.079mλ1=50λ2=0.07λ3=0.15t1=140℃

t4=30℃r1r2r3r42023/9/17第四章傳熱過程21若以同量石棉作內(nèi)層，礦渣棉作外層，得：r1=0.0165mr2=0.019mr3=0.059mr4=0.079mλ1=50λ2=0.15λ3=0.07t1=140℃

t4=30℃2023/9/17第四章傳熱過程22第一層第二層第三層Φ/l交換前0.0028216.191.94638.1交換后0.002827.554.1758.9

金屬管的熱阻很小，可以忽略。2023/9/17第四章傳熱過程23作業(yè)：P142起3、5、72023/9/17第四章傳熱過程24第三節(jié)對(duì)流傳熱因流體質(zhì)點(diǎn)變動(dòng)而形成的對(duì)流還有兩種:對(duì)流傳熱:是在流體流動(dòng)進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象,它是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的,與流體的流動(dòng)情況密切相關(guān).自然對(duì)流:因流體本身各質(zhì)點(diǎn)溫度不同,引起密度差異而形成的流體質(zhì)點(diǎn)移動(dòng).強(qiáng)制對(duì)流:借助于機(jī)械攪拌或機(jī)械作用而引起的流體質(zhì)點(diǎn)移動(dòng).2023/9/17第四章傳熱過程25一、對(duì)流傳熱的機(jī)理:1、機(jī)理靠近固體壁面附近存在一薄滯流底層，溫度梯度較大。過渡層中，溫度發(fā)生了緩慢的變化。湍流主體中，各處的溫度基本相同。對(duì)于湍流流體：傳熱邊界層：靠近壁面，有明顯的溫度梯度的流體層，包括滯流內(nèi)層和過渡層。一般把熱量由湍流主體傳向器壁或相反的傳熱過程叫做對(duì)流傳熱。2023/9/17第四章傳熱過程262、牛頓傳熱方程當(dāng)湍流主體的溫度為t1的流體向溫度為t2的壁面對(duì)流傳熱時(shí),傳熱速率Φ與流體主體和壁面間的溫差(t1-t2)及壁面面積A成正比,即α：傳熱膜系數(shù)，也叫傳熱分系數(shù)、給熱系數(shù)。對(duì)穩(wěn)定傳熱過程:α的單位：W.m-2.k-1

或J/(m2.k.s)α的物理意義：流體主體與壁面度差為1K時(shí),每秒通過1m2壁面所傳給流體(或由流體給出)的熱量。2023/9/17第四章傳熱過程27二、對(duì)流傳熱膜系數(shù):1、影響傳熱膜系數(shù)的因素:(2)流體的流動(dòng)形態(tài)和對(duì)流情況；(4)傳熱的溫度和溫度差；(5)流體傳熱的相變化；(6)壁面的形狀、排列方式和尺寸。(3)流體的性質(zhì)：λ、ρ、μ、c、β等物理性質(zhì)；(1)流體的種類：液體、氣體、蒸汽；2023/9/17第四章傳熱過程282、傳熱過程的幾個(gè)相關(guān)特征數(shù)：格拉曉夫數(shù)：自然對(duì)流對(duì)換熱的影響。Gr普朗特?cái)?shù)：流體的物理性質(zhì)對(duì)換熱的影響。Pr雷諾數(shù)：流體流動(dòng)狀態(tài)對(duì)換熱的影響。Re努塞爾數(shù)：流體的導(dǎo)熱系數(shù)與換熱器壁幾何尺寸對(duì)換熱的影響。Nu特征數(shù)的物理意義特征數(shù)形式特征數(shù)◆Nu、Re、Pr應(yīng)用于對(duì)流傳熱?！鬐r應(yīng)用于受熱引起的自然對(duì)流傳熱。2023/9/17第四章傳熱過程293、傳熱膜系數(shù)的特征關(guān)系式：（1）狄丟斯式：(適用于圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流)當(dāng)流體被冷卻時(shí)：當(dāng)流體被加熱時(shí)：通過量綱分析，可獲得傳熱膜系數(shù)的一些特征數(shù)關(guān)系式：◆適用于大多數(shù)氣體和粘度小于2倍水粘度的液體?！暨m用于圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流?！暨m用于列管間的流體，計(jì)算時(shí)d取de：2023/9/17第四章傳熱過程30◆定性溫度：可用對(duì)數(shù)平均或算術(shù)平均值。◆液體被加熱時(shí)，t↑,μ↓,δ↓,α↑?！魵怏w被加熱時(shí)，t↑,μ↑,δ↑,α↓?！魧?duì)于高粘性的流體，加入校正因子c:加熱時(shí)：c=1.05冷卻時(shí)：c=0.95如：20℃的有機(jī)液體Pr：2~20；

20℃的水Pr：7.01Pr<1，指數(shù)大，α小，如20℃的空氣Pr：0.71Pr>1，指數(shù)大，α大。2023/9/17第四章傳熱過程31（2）自然對(duì)流傳熱(蛇管或器壁)Gr·Pr＜500(滯流)Gr·Pr＞2×107(湍流)500＜Gr·Pr＜2×107(過渡流)

計(jì)算時(shí)，定性溫度取壁面與流體溫度的平均值。（3）帶攪拌的反應(yīng)釜

D為反應(yīng)釜的內(nèi)徑。

d：攪拌槳的直徑，n：攪拌轉(zhuǎn)數(shù)。2023/9/17第四章傳熱過程32例列管式冷凝器中，用水冷凝有機(jī)物蒸汽，水以0.5m·s-1

的速率在φ25×2mm的管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)水溫度為20℃,出水溫度為40℃。試求水對(duì)管壁的傳熱膜系數(shù)。解：用進(jìn)出口的平均溫度30℃作為定性溫度：c=4183J·K-1·kg-1，ρ=996kg/m3μ=8.01×10-4Pa·s，λ=0.618W·m-1·K-1題設(shè)：υ=0.5m·s-1，

d=0.021m2023/9/17第四章傳熱過程334、沸騰和冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)：（1）沸騰傳熱由傳熱面與液體間的溫差不同分為：泡核沸騰強(qiáng)烈的泡核沸騰膜狀沸騰前面討論的是無相變時(shí)的α,沸騰和冷凝是相變過程?！舴序v傳熱時(shí)，α值總是較大?！魧?duì)汽泡產(chǎn)生有影響的因素都對(duì)α有影響?！魧?duì)α值的影響因素很多，難以計(jì)算，一般都有采用實(shí)驗(yàn)值、經(jīng)驗(yàn)值。◆水沸騰傳熱的α值：1000~30000W·m-2·K-12023/9/17第四章傳熱過程34（2）冷凝傳熱：滴狀冷凝：冷凝液不潤濕壁面，而是在壁面上形成雜亂無章的珠滴，并在重力作用下沿壁面落下，這種過程稱為滴狀冷凝。膜狀冷凝：冷凝液潤濕壁面而形成平滑的液膜，液膜在重力作用下聚厚而流下，這種冷凝稱為膜狀冷凝。

冷凝傳熱的傳熱膜系數(shù)比沸騰傳熱還要大。

發(fā)生相變時(shí)的α值很大，熱阻很小，往往可以忽略。

蒸汽冷凝時(shí)，不凝性氣體的存在會(huì)使α值減小。膜狀冷凝α值：5~15kW·m-2·K-1滴狀冷凝α值：40~120

kW·m-2·K-12023/9/17第四章傳熱過程35三、常用的傳熱膜系數(shù):α值由大到小的順序水蒸汽冷凝水沸騰＞水加熱或冷卻＞油加熱或冷卻＞氣體加熱或冷卻＞2023/9/17第四章傳熱過程36第四節(jié)熱交換的計(jì)算一、總傳熱方程：化工生產(chǎn)中最常用到的傳熱操作是熱流體經(jīng)管壁向冷流體傳熱的過程。管壁是傳導(dǎo)傳熱，兩側(cè)是對(duì)流傳熱。2023/9/17第四章傳熱過程37在定態(tài)條件下，Φ1=Φ’=Φ2=Φ,上面三式相加可得：熱流體一側(cè)：1、總傳熱方程：間壁：冷流體一側(cè)：2023/9/17第四章傳熱過程38對(duì)于平面壁，A1=A2=A2、平面壁的總傳熱方程：其中：W·m-2·K-1對(duì)復(fù)合傳熱壁：2023/9/17第四章傳熱過程39例夾套反應(yīng)釜的內(nèi)徑為80cm，釜壁鋼板(λ=50W·m-1·k-1)板厚8mm，襯搪瓷厚3mm(λ=1.0W·m-1·k-1)夾套通飽和水蒸汽(α=10000W·m-1·k-1)加熱，水蒸汽溫度為120℃，釜內(nèi)為有機(jī)物(α=250W·m-1·k-1)，溫度為80℃。試求該條件下單位面積傳熱速率和各熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)。解：反應(yīng)釜內(nèi)徑0.8m≈外徑0.822m，可近似地按平面壁公式進(jìn)行計(jì)算：由題設(shè)條件知：δ1=0.008m，λ1=50W·m-1·k-1α1=10000W·m-1·k-1，α2=250W·m-1·k-1δ2=0.003m,λ2=1.0W·m-1·k-1t1=120℃，t2=80℃δ1δ2t1t22023/9/17第四章傳熱過程40各層熱阻所占比例蒸汽冷凝：1.38%釜壁：2.20%搪瓷層：41.32%有機(jī)物側(cè)：55.10%由計(jì)算可見：蒸汽冷凝的傳熱膜系數(shù)很大，熱阻很小。金屬壁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，熱阻很小。熱阻主要在搪瓷層和有機(jī)物側(cè)。2023/9/17第四章傳熱過程413、園筒壁的總傳熱方程：若傳熱間壁為園筒壁，則：熱流體間壁：冷流體三式相加得：2023/9/17第四章傳熱過程42◆其中◆若α1α2相差較大，可選α較小的一側(cè)r作rm?！羧魣@筒壁是復(fù)合壁，則為或◆一般的傳熱壁都較薄，此時(shí)r1≈r2≈rm,則這也就是平面壁的計(jì)算公式。2023/9/17第四章傳熱過程43二、傳熱系數(shù)的大致范圍相對(duì)大小：氣氣、氣液＜液液＜一側(cè)相變＜兩側(cè)相變2023/9/17第四章傳熱過程44例用134℃的飽和水蒸氣（304kPa）通入夾套，使沸騰的甲苯氣化成甲苯蒸氣送往反應(yīng)器，甲苯沸點(diǎn)為110.6℃(氣化熱363.5kJ.kg-1),加熱面為1m2，每小時(shí)氣化200kg甲苯。試求傳熱系數(shù)Ｋ。若保溫后尚有10%熱損失，試求水蒸氣每小時(shí)消耗量．解：熱流量根據(jù)需要的熱量確定：水蒸汽的凝結(jié)熱為2.16×103kJ/kg,水蒸汽消耗量為：2023/9/17第四章傳熱過程45三、傳熱溫差1、定態(tài)恒溫傳熱和定態(tài)變溫傳熱：（1）定態(tài)的恒溫傳熱傳熱壁上的溫度不隨時(shí)間變化，也不隨位置變化。◆兩側(cè)都有相變的傳熱，一側(cè)冷凝，一側(cè)汽化。（2）定態(tài)的變溫傳熱傳熱壁上的溫度不隨時(shí)間變化，但隨位置而變化?！糁挥幸粋?cè)有相變，另一側(cè)無相變?！魞蓚?cè)都無相變?！舾鼽c(diǎn)的傳熱溫度差相同，Δt=T-t

?！粲捎跍囟入S位置而變化，各點(diǎn)的傳熱溫度差不同。2023/9/17第四章傳熱過程462、并流和逆流：（2）逆流：傳熱面兩側(cè)的冷熱流體的流動(dòng)方向相反。（1）并流：傳熱面兩側(cè)的冷熱流體流動(dòng)方向相同?！衾淞黧w的出口溫度總是低于熱流體出口溫度?！衾淞黧w的出口溫度可能高于熱流體的出口溫度?！魮Q熱推動(dòng)力都較大、均勻、總強(qiáng)度大?！魮Q熱推動(dòng)力前大后小，換熱速率前快后慢?！衾脽崃扛浞?。T1t1T2t2△t1△t2溫度傳熱面積并流傳熱T1t1T2t2△t1△t2溫度傳熱面積T1t1T2t2△t1△t2溫度傳熱面積逆流換熱（△t1>t2）逆流換熱（△t1<t2）2023/9/17第四章傳熱過程473、傳熱的平均溫度差的計(jì)算（1）恒溫傳熱（2）定態(tài)的變溫傳熱T1t1T2t2△t1△t2傳熱面積dAdTdt取傳熱微元，進(jìn)行兩流體的熱量衡算和傳熱量計(jì)算，可得：◆這就是對(duì)數(shù)平均傳熱溫度差?！粲脤?duì)數(shù)平均傳熱溫度差的傳熱計(jì)算。2023/9/17第四章傳熱過程48◆為便于計(jì)算，可改寫為下式：◆當(dāng)Δt大≤2Δt小時(shí)，可用算術(shù)平均值代替。4、區(qū)別傳熱溫度差和流體溫度變化傳熱溫度差流體溫度變化Δt，ΔtmΔt’，Δt“兩種流體間，平均值同種流體傳熱推動(dòng)力換熱前后溫度變化Φ=KAΔtmΦ=mcΔt’2023/9/17第四章傳熱過程49例在套管換熱器中，用一定量的熱流體將一定量的冷流體加熱，熱流體溫度由120℃降到70℃

，冷流體由20℃升到60℃試比較并流與逆流的傳熱溫差，如下圖所示。T11200Ct1200Ct2600CT2700C(A)并流T11200Ct2600Ct1200CT2700C（B）逆流解：并流傳熱時(shí)：熱流體120℃——→70℃冷流體20℃——→60℃Δt大=100℃Δt小=10℃℃

2023/9/17第四章傳熱過程50逆流傳熱時(shí)：熱流體120℃——→70℃冷流體60℃←——20℃Δt大=60℃Δt小=50℃℃

◆逆流傳熱的傳熱推動(dòng)力比并流時(shí)大?！裟媪鲿r(shí)的Δtm與算術(shù)平均值55℃相對(duì)誤差0.36%?！粼谙嗤膫鳠釛l件下，完成相同的傳熱量，則：逆流所需的傳熱面積比并流時(shí)小。2023/9/17第四章傳熱過程51在列管換熱器中以流量為1kg/s，溫度為20

C的冷卻水使流量為2.1kg/s的空氣從130

C冷卻到70

C。水在管內(nèi)，空氣在管間，逆流流動(dòng)，忽略垢層及管壁熱阻。已知：

水＝2500W/(m2K)，

空=50W/(m2K)，Cp水=4.2kJ/(kg.K)，Cp空=1kJ/(kg﹒K)。求換熱器的傳熱面積。例：解：換熱速率為設(shè)換熱后的水溫為x

C，則有：Φ=qm水Cp水Δt水=1×4.2×（t-20)=126t=126/4.2+20=50

CΦ=qm空氣Cp空氣Δt空氣=2.1×1×(130-70)=126kW2023/9/17第四章傳熱過程52逆流傳熱：熱流體130℃——→70℃冷流體50℃←——20℃Δt大=80℃Δt小=50℃得即換熱器的換熱面積應(yīng)為40.3m22023/9/17第四章傳熱過程535、并流與逆流傳熱的比較：（1）逆流換熱的優(yōu)點(diǎn)：（2）并流換熱的優(yōu)點(diǎn)：◆傳熱推動(dòng)力大，傳熱強(qiáng)度高?！衾淞黧w的出口溫度可高于熱流體的出口溫度。◆熱量利用率高，節(jié)約傳熱介質(zhì)?！羟捌讦mΦ大，后期ΔtmΦ小，適合于如放熱反應(yīng)的熱量轉(zhuǎn)移等一些特殊場合?！舨⒘鞯睦淞黧w的出口溫度總是低于熱流體的出口溫度，可用于控制某一流體的過熱或過冷。2023/9/17第四章傳熱過程54四、強(qiáng)化傳熱過程的途徑：（1）增大傳熱面積（2）提高傳熱溫差（3）提高傳熱系數(shù)三個(gè)方面2023/9/17第四章傳熱過程551、增大傳熱面積

用螺紋管或螺旋槽管◆傳熱量的增加率低于傳熱面積的增加率。增加傳熱面積一般是指增大單位體積內(nèi)的傳熱面積。園管外表面上加螺旋翅片反應(yīng)釜內(nèi)加浸沒式蛇管。多孔物質(zhì)結(jié)構(gòu)采用小直徑管2023/9/17第四章傳熱過程562、提高傳熱溫差（1）采用逆流操作；（2）增加熱流體的溫度；◆增加水蒸汽的壓力；◆采用其它熱介質(zhì)如：油、熔鹽等；（3）降低冷流體的溫度；◆增加冷卻水的用量，或降低冷卻水的溫度；◆降低氨的蒸發(fā)壓強(qiáng)及溫度；（4）要綜合考慮；◆蒸汽壓力高，對(duì)設(shè)備要求也高。◆冷卻水溫受氣溫限制，增加流，運(yùn)行費(fèi)用會(huì)增加。2023/9/17第四章傳熱過程572023/9/17第四章傳熱過程583、提高傳熱系數(shù)一般金屬壁較薄，導(dǎo)熱系數(shù)大，熱阻小，可忽略，則若若若兩個(gè)α相差較大時(shí)，K小于且接近于較小的一個(gè)。要提高總傳熱系數(shù)，關(guān)鍵是要增加較小的一個(gè)。2023/9/17第四章傳熱過程59(1)提高α1α2

，特別是較小的那個(gè)α

值；(2)減小垢層熱阻?！粼黾恿魉賤，增大流體的湍動(dòng)程度；◆反應(yīng)釜中加攪拌；◆改變流體流動(dòng)方向，殼程加擋板等；◆采用導(dǎo)熱系數(shù)大的流體?！舨捎么蟮牧魉俚葪l件防止垢層生成?！舳〞r(shí)除垢。(3)有相變時(shí)，控制為滴狀冷凝和泡核沸騰。◆控制溫度差在泡核沸騰的范圍。◆蒸汽中加入有機(jī)物等。2023/9/17第四章傳熱過程6010、12、16、18、21、25作業(yè)：2023/9/17第四章傳熱過程61第五節(jié)熱交換器按用途分為：加熱器冷卻器冷凝器按結(jié)構(gòu)分為：管式換熱器：列管式、蛇管、套管板式換熱器：波紋板式、螺旋板式夾套式：夾套反應(yīng)釜2023/9/17第四章傳熱過程62一、列管式熱交換器1、結(jié)構(gòu)（1）園形殼體，長/徑=6~10；（2）平行管束；2023/9/17第四章傳熱過程63（4）封頭，用法蘭連接；（5）折流板，園缺形；（3）花板，布管方式；2023/9/17第四章傳熱過程642、熱膨脹的補(bǔ)償措施（1