化工原理 第五章 傳熱

《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)一、傳熱第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱高溫低溫由于溫度差而引起的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程方向：推動(dòng)力：溫度差二、傳熱的應(yīng)用三、傳熱的要求強(qiáng)化削弱化學(xué)反應(yīng)分離1《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱四、傳熱方式1.熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞氣體：分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)液體：原子、分子等在平衡位置的振動(dòng)金屬固體：自由電子的運(yùn)動(dòng)22.熱對(duì)流第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱量傳遞自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流對(duì)流傳熱（給熱）熱量在流體與固體之間傳遞的過(guò)程熱對(duì)流：流體主體熱傳導(dǎo)：滯留內(nèi)層、固體器壁33.熱輻射第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱因熱而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞特點(diǎn)：①不需要介質(zhì)，在真空中也可以傳遞②傳熱的同時(shí)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換③只有溫度很高時(shí)才以熱輻射形式傳熱4第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱五、典型傳熱設(shè)備1、間壁式換熱器中的傳熱過(guò)程三個(gè)傳熱過(guò)程串聯(lián)熱流體(加熱劑,熱載熱體)傳熱壁面冷流體(冷卻劑,冷載熱體)換熱器分為管式和板式5第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱2.套管換熱器外傳熱面積：內(nèi)傳熱面積：平均傳熱面積：6第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱7第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱8第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱3.列管式換熱器管程流體殼程流體9第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱10第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱11第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱12第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱13第一節(jié)概述《化工原理》課件——第五章傳熱六、傳熱速率與熱通量1.傳熱速率Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在整個(gè)傳熱面積上傳遞的熱量。W

2.熱通量q：?jiǎn)挝幻娣e的傳熱速率。W/m23.傳熱三要素：14《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)一、基本概念1.溫度場(chǎng)：非穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：2.等溫面等溫面互不相交，等溫面上沒(méi)有熱量傳遞

第二節(jié)熱傳導(dǎo)各點(diǎn)溫度分布的總和同一時(shí)刻溫度場(chǎng)中相同溫度各點(diǎn)所組成的面《化工原理》課件——第五章傳熱15《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)3.溫度梯度：若為穩(wěn)態(tài)一維溫度場(chǎng)：第二節(jié)熱傳導(dǎo)《化工原理》課件——第五章傳熱沿等溫面法線方向的溫度變化率Δt—兩等溫面溫差

Δn—兩面間垂直距離

16《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)三、導(dǎo)熱系數(shù)λ：《化工原理》課件——第五章傳熱二、傅立葉定律：第二節(jié)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)時(shí),其傳熱速率與溫度梯度及傳熱面積成正比λ表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小1.物理意義17《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)《化工原理》課件——第五章傳熱第二節(jié)熱傳導(dǎo)2.影響因素(1)物質(zhì)種類18《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)《化工原理》課件——第五章傳熱第二節(jié)熱傳導(dǎo)(2)溫度金屬材料和液體：非金屬材料和氣體：19《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)1.單層平壁：第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)《化工原理》課件——第四章傳熱——近似穩(wěn)態(tài)一維傳熱平均溫度下《化工原理》課件——第五章傳熱20《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱熱阻《化工原理》課件——第五章傳熱21《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)例:平壁S=20m2,b=0.37m,t1=1650oC,t2=300oC,材料導(dǎo)熱系數(shù)

=0.815+0.00076t(t:oC，:W/(m

oC))。試求平壁Q、q和t分布。解:《化工原理》課件——第五章傳熱22《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)《化工原理》課件——第五章傳熱23《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)2.多層平壁：第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三層：《化工原理》課件——第五章傳熱24《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)n層平板：可以計(jì)算中間壁面的溫度熱阻越大(保溫性能越好)，溫度差越大《化工原理》課件——第五章傳熱25《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)例1：燃燒爐最內(nèi)層耐火磚b1=150mm,中間層絕熱磚b2=290mm,最外層普通磚b2=228mm。已知t1=1016oC,t4=34oC，求t2和t3。設(shè)各層接觸良好。

1=1.05W/(moC),2=0.15W/(moC),3=0.81W/(moC)解:《化工原理》課件——第五章傳熱26《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)材料

，W/m

oCR

，m2

oC/W

t，oC耐火磚1.050.142959.5絕熱磚0.151.933805.1普通磚0.810.2815117.4《化工原理》課件——第五章傳熱27第1層耐火磚b1

第2層絕熱磚b2

第3層鐵板

允許溫度1450℃允許溫度1100℃t1=1350℃t4=220℃q=4652w/m2求各層應(yīng)多厚才可使總厚度最??？解:取t2=1100℃，t1=1350℃，t4=220℃例：《化工原理》課件——第五章傳熱28《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)1.單層圓筒：第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁熱傳導(dǎo)《化工原理》課件——第五章傳熱29《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁熱傳導(dǎo)令若《化工原理》課件——第五章傳熱30《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)2.多層圓筒：第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時(shí),各層Q相等,但q不等《化工原理》課件——第五章傳熱31《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁熱傳導(dǎo)推廣到n層《化工原理》課件——第五章傳熱32《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁熱傳導(dǎo)例:蒸氣管外徑140mm,外壁溫度390oC;保溫層外表溫度不大于40oC,

=0.1+0.0002t(t:oC，

:W/(m

oC))。要求Q/L

450W/m,求保溫層厚度和其內(nèi)溫度分布。解：平均溫度下：(1)《化工原理》課件——第五章傳熱33《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁熱傳導(dǎo)(2)(曲線)《化工原理》課件——第五章傳熱34《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)例2：一蒸汽管外徑20cm,外面包扎有兩層厚度分別為5cm的絕熱材料，第二層的導(dǎo)熱系數(shù)是第一層的2倍，若將兩層材料互換位置(而其他情況不變)，問(wèn)哪一種材料包在內(nèi)層熱損失小？解：互換以后《化工原理》課件——第五章傳熱35《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱一、過(guò)程分析層流內(nèi)層區(qū)：1.各層傳熱方式湍流區(qū)：過(guò)渡區(qū)：熱對(duì)流為主熱傳導(dǎo)為主熱傳導(dǎo)+熱對(duì)流《化工原理》課件——第五章傳熱36《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱一、過(guò)程分析層流內(nèi)層區(qū)：湍流區(qū)：過(guò)渡區(qū)：溫度均勻，沒(méi)有熱阻，有一定溫差，有一定熱阻，溫差大，熱阻大，熱流體側(cè)推力：冷流體側(cè)推動(dòng)力：3.傳熱邊界層δt《化工原理》課件——第五章傳熱2.在AA截面處的溫度分布37第三節(jié)對(duì)流傳熱一、過(guò)程分析《化工原理》課件——第五章傳熱38《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱二、對(duì)流傳熱速率方程令局部對(duì)流傳熱系數(shù)W/(m2

oC)常用：——牛頓冷卻定律《化工原理》課件——第五章傳熱39《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)1.對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素與流體有關(guān)對(duì)流情況：相變情況：流動(dòng)狀況：滯流底層薄《化工原理》課件——第五章傳熱40《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)流體物性：傳熱面《化工原理》課件——第五章傳熱41《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)2.對(duì)流傳熱系數(shù)的一般準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式努塞爾準(zhǔn)數(shù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)————流動(dòng)狀況普蘭特準(zhǔn)數(shù)————流體物性格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)————自然對(duì)流《化工原理》課件——第五章傳熱42《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)無(wú)相變自然對(duì)流：無(wú)相變強(qiáng)制對(duì)流：《化工原理》課件——第五章傳熱43《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)定性溫度：——用于確定物性三種方法①②③—膜溫特征尺寸適用范圍《化工原理》課件——第五章傳熱44《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)《化工原理》課件——第五章傳熱45《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)3.流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)(1)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流層流湍流過(guò)渡區(qū)《化工原理》課件——第五章傳熱46《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流：低粘度流體：即：被加熱：被冷卻：適用：且

若需乘《化工原理》課件——第五章傳熱47《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)的強(qiáng)化特征尺寸

《化工原理》課件——第五章傳熱若t1，t2，T1，T2，，

一定48《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)若不變,,則若不變,則《化工原理》課件——第五章傳熱49《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)高粘度流體：：壁溫處；

適用：若：①液體被加熱,1.05②液體被冷卻,0.95③氣體時(shí),1.0《化工原理》課件——第五章傳熱50《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)圓管內(nèi)強(qiáng)制過(guò)渡流：圓管內(nèi)強(qiáng)制層流：：壁溫處；

適用：《化工原理》課件——第五章傳熱51《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)彎管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流：非圓管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流：直管時(shí)彎曲半徑傳熱流動(dòng)或替代《化工原理》課件——第五章傳熱52《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)傳熱流動(dòng)《化工原理》課件——第五章傳熱53《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)例：在101.3kPa、50oC下，Vh=90m3/h的空氣進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管,t2=150oC,內(nèi)管

57

3.5mm,L=6m。求

i。解：《化工原理》課件——第五章傳熱54《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)又(湍流)《化工原理》課件——第五章傳熱55《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)(2)管外強(qiáng)制對(duì)流：管外沿傳熱面平行流動(dòng)：管內(nèi)流動(dòng)流通截面當(dāng)量直徑替換為流體垂直流過(guò)管束：《化工原理》課件——第五章傳熱56《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)管排數(shù)直列錯(cuò)列Cn

n

10.60.1710.60.171當(dāng)＝1.2～3時(shí)，當(dāng)>3時(shí)，C=1.320.650.1570.60.22830.650.1570.60.29040.650.1570.60.290《化工原理》課件——第五章傳熱57《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)適用：特征尺寸

錯(cuò)列管距最狹處的距離為(x1-do)及2(t-do)中的較小者

《化工原理》課件——第五章傳熱58《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)在有折流板的換熱器的管間流動(dòng)圓缺型折流擋板《化工原理》課件——第五章傳熱59《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)圓盤型折流擋板《化工原理》課件——第五章傳熱60《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)傳熱當(dāng)量直徑凱恩法：適用：外,特征尺寸：

特征流速《化工原理》課件——第五章傳熱61《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)《化工原理》課件——第五章傳熱62《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)(3)大空間自然對(duì)流傳熱：壁面形狀Gr

PrCn水平圓管(d<0.2m)1~1041.091/5104~1090.531/4109~10120.131/3垂直管或板(L<1m)<1041.361/5104~1090.591/4109~10120.101/3定性溫度：膜溫特征尺寸：《化工原理》課件——第五章傳熱63《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)(1)蒸汽冷凝：冷凝方式：膜狀冷凝滴狀冷凝4.流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)《化工原理》課件——第五章傳熱64《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)膜狀冷凝

：垂直管或板外冷凝滯流：湍流：水平管外冷凝《化工原理》課件——第五章傳熱65《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)影響冷凝傳熱的因素：不凝性氣體：含量蒸汽流速和流向：同液膜流向：逆液膜流向：冷凝壁面：排數(shù)少錯(cuò)列+《化工原理》課件——第五章傳熱66《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)(2)液體沸騰：沸騰分類管內(nèi)沸騰+大容積沸騰沸騰過(guò)程：沸騰曲線：《化工原理》課件——第五章傳熱67《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)①液體輕微過(guò)熱→自然對(duì)流→無(wú)氣泡→

很小—AB段②局部產(chǎn)生氣泡→氣泡上升→液體擾動(dòng)→↑↑

—BC段泡核沸騰氣泡增多→氣泡產(chǎn)生速度>脫離表面的速度

→

不穩(wěn)定的氣膜→

↓↓③—CD段C點(diǎn)：臨界點(diǎn)④DE段：穩(wěn)態(tài)膜狀沸騰→氣膜穩(wěn)定→

不變《化工原理》課件——第五章傳熱68《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第三節(jié)對(duì)流傳熱三、對(duì)流傳熱系數(shù)

求算：——取經(jīng)驗(yàn)值

的影響因素：溫度差：操作壓強(qiáng)：宜控制在泡核區(qū)；壓強(qiáng)↑液體物性：傳熱面：粗糙↑《化工原理》課件——第五章傳熱69《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算一、能量衡算1.熱負(fù)荷冷熱流體在單位時(shí)間內(nèi)所交換的熱量2.衡算式：(1)焓差法T1（130℃的飽和水蒸汽）→T2（90℃的水）Hh1＝2723.9kJ/kgHh2＝376.81kJ/kg《化工原理》課件——第五章傳熱70《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算一、能量衡算(2)比熱、潛熱法若流體只有溫度變化，無(wú)相的變化例如:熱油150℃→120℃水20℃→60℃《化工原理》課件——第五章傳熱71《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算一、能量衡算若流體只有相變化，而無(wú)溫度變化例如:130℃的飽和水蒸汽→130℃的水既有相變化，又有溫度變化《化工原理》課件——第五章傳熱72《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算一、能量衡算T1（130℃的飽和水蒸汽）→T2（90℃的水）《化工原理》課件——第五章傳熱73《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算一、能量衡算3.熱量衡算式的表示方法①焓差法②兩流體均無(wú)相變，只有溫度變化③熱流體有相變，而冷流體無(wú)相變④熱流體既有相變又有溫變；冷流體只有溫變《化工原理》課件——第五章傳熱74《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算一、能量衡算解：《化工原理》課件——第五章傳熱75《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算二、總傳熱速率方程1.總傳熱速率微分方程：局部總傳熱系數(shù)，W/(m2

oC)不同基準(zhǔn)面：《化工原理》課件——第五章傳熱76《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算二、總傳熱速率方程2.總傳熱速率方程：平均總傳熱系數(shù)，W/(m2

oC)不同基準(zhǔn)面：《化工原理》課件——第五章傳熱77《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)冷熱流體通過(guò)固體壁面的傳熱包括三個(gè)過(guò)程：①熱流體把熱量傳給管壁②通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)③管壁把熱量傳給冷流體穩(wěn)態(tài)傳熱《化工原理》課件——第五章傳熱78《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)間壁內(nèi)側(cè)流體熱阻間壁熱阻間壁外側(cè)流體熱阻總熱阻(1)若傳熱面為圓筒壁《化工原理》課件——第五章傳熱79《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)(2)若傳熱面很薄或者為平板壁時(shí)《化工原理》課件——第五章傳熱80《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)(3)污垢熱阻內(nèi)側(cè)為控制熱阻外側(cè)為控制熱阻《化工原理》課件——第五章傳熱(4)當(dāng)忽略管壁熱阻及污垢熱阻，且時(shí)81《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)(5)K的確定①經(jīng)驗(yàn)值②實(shí)驗(yàn)測(cè)定《化工原理》課件——第五章傳熱82《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)例:

25

2.5mm,

i=40W/(m2

oC),

o=1500W/(m2

oC)

=45W/(m2

oC),Rsi=5×10-4m2

oC/W,Rso=2×10-4m2

oC/W。(1)求Ko;(2)若忽略壁面及污垢熱阻，將αi提高一倍時(shí)的Ko；(3)若將αo提高一倍時(shí)的Ko。解：(1)《化工原理》課件——第五章傳熱83《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算三、總傳熱系數(shù)(2)若忽略壁面及污垢熱阻αi提高一倍時(shí)(3)αo提高一倍時(shí)《化工原理》課件——第五章傳熱84《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差1.恒溫傳熱：2.變溫傳熱：逆流：《化工原理》課件——第五章傳熱85《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差《化工原理》課件——第五章傳熱86《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差對(duì)數(shù)平均溫度差《化工原理》課件——第五章傳熱87《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差討論：(2)同一端處冷熱流體的溫度差(1)并流：亦適用(3)若，(4)

也適用于間壁一側(cè)恒溫，一側(cè)變溫的情況，《化工原理》課件——第五章傳熱88《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差逆流：并流：《化工原理》課件——第五章傳熱89《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差(5)也適用于牛頓冷卻定律中的ΔT、Δt《化工原理》課件——第五章傳熱90《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差解：例:水冷卻某有機(jī)液體的單程列管換熱器,傳熱面積20m2。質(zhì)量流量4000kg/h，要求從150℃降至60℃。已知水流量3000kg/h，進(jìn)口溫度25℃。K=120W/(m2

oC)。

(1)該換熱器是否可行？(2)傳熱面積該多大才滿足要求？(3)仍用該換熱器，水流量該用多少？假設(shè)K不變。(1)《化工原理》課件——第五章傳熱91《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差該換熱器不能滿足需要(2)《化工原理》課件——第五章傳熱92(3)《化工原理》課件——第五章傳熱93例在一由?25×2.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口500℃,出口400℃。管外為p=1000kN/m2壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對(duì)流傳熱系數(shù)a1=250W/m2·℃，水沸騰的對(duì)流傳熱系數(shù)a2=10000W/m2·℃。忽略污垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度Tw及管外壁平均tw。解：(a)總傳熱系數(shù)以管子內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)W/m2·℃94

(b)平均溫度差在p=1000kN/m2，水的飽和溫度為179.9℃(c)計(jì)算單位面積傳熱量

Q/Si=KiΔtm=242×266.9=64590W/m2(d)管壁溫度

T----熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管內(nèi)壁平均溫度95管外壁平均溫度

由此題計(jì)算結(jié)果可知：由于水沸騰對(duì)流傳熱系數(shù)很大，熱阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即壁溫總是接近對(duì)流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度。又因管壁熱阻很小，所以管壁兩的溫度比較接近。96例：在1m長(zhǎng)的套管換熱器中用熱水將管內(nèi)的果汁從t1=10℃加熱至t2=50℃

，熱水從進(jìn)口溫度T1=98℃降至T2=68℃

，兩流體并流流動(dòng)，求（1）欲將果汁加熱至t?2=60℃

，管長(zhǎng)需增加多少米？（2）若改用逆流操作后管長(zhǎng)增加多少米？（上述各工況下熱水、果汁的流量，入口溫度，所有的物性參數(shù)均不變且忽略熱損失）97解：換熱器中兩流體無(wú)相變化，則有Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)Q=Whcph(98-68)=Wccpc(50-10)（a）當(dāng)果汁加熱至t?2=60℃時(shí)，設(shè)水的出口溫度為T2?，根據(jù)題意有Q=Whcph(98-T?2)=Wccpc(60-10)（b）聯(lián)立式a和b，解得：T?2=60.5

℃98對(duì)于第一種工況：對(duì)于第二種工況：由總傳熱速率方程：Q=KSΔtm，可得代入數(shù)據(jù)得流體為并流時(shí)99熱水的出口溫度仍為

T?2=60.5℃T1=98℃T2=60.5℃t1=10℃t2=60℃逆流時(shí)傳熱溫度差為：代入數(shù)據(jù)得或采用算術(shù)平均值代替流體為逆流時(shí)100《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差錯(cuò)流和折流時(shí)的與冷熱流體的溫度變化有關(guān)《化工原理》課件——第五章傳熱101第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差《化工原理》課件——第五章傳熱討論：①②同(P,R)下,殼程增加，

；

逆流的最大確保

否則應(yīng)增加殼程或多器串聯(lián)。并流的最小102《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差逆流優(yōu)于并流；流向選擇①最大節(jié)省傳熱面積傳熱量Q及K相同Wh、Wc

減少②T2↑，Wh↑《化工原理》課件——第五章傳熱103《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差并流適用：①加熱高粘度流體；②有溫度限制的操作。。熱敏性物質(zhì)：出口溫度t2需要控制過(guò)冷結(jié)晶：出口溫度T2需要控制錯(cuò)流和折流提高總傳熱系數(shù)K《化工原理》課件——第五章傳熱104有一列管式換熱器，列管尺寸為

25

2.5mm，每根長(zhǎng)6m，共計(jì)133根。流量為6270kg/h常壓空氣，在列管內(nèi)流動(dòng)，從20℃加熱到90℃，空氣的比熱第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差,管間通120℃(1)蒸汽消耗量kg/h；(2)該換熱器以內(nèi)表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)Ki；(3)操作中，若管間改為通110℃飽和蒸汽，此時(shí)空氣出口溫度t2′能達(dá)到多少度。飽和蒸汽加熱空氣，《化工原理》課件——第五章傳熱105(1)(2)第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差《化工原理》課件——第五章傳熱106第四節(jié)傳熱計(jì)算四、平均溫度差《化工原理》課件——第五章傳熱(3)107《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第五節(jié)換熱器一、間壁式換熱器1.夾套式：用途:反應(yīng)過(guò)程的傳熱結(jié)構(gòu):壁外設(shè)夾套優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn):S及K?、僬羝訜釙r(shí)，上進(jìn)下出②自來(lái)水冷卻時(shí)，下進(jìn)上出《化工原理》課件——第五章傳熱108《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器2.套管式：《化工原理》課件——第五章傳熱109第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱用途:S不大,壓力高場(chǎng)合結(jié)構(gòu):同心套管串接優(yōu)點(diǎn):S可調(diào),耐壓,K大缺點(diǎn):S/L小,易漏,難清洗110《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器3.蛇管式：沉浸型：結(jié)構(gòu):金屬管繞制優(yōu)點(diǎn):防腐,耐壓,可內(nèi)置缺點(diǎn):

o及K小,難清洗《化工原理》課件——第五章傳熱111《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器噴淋型：《化工原理》課件——第五章傳熱112第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱用途:冷卻管內(nèi)熱流體缺點(diǎn):噴淋不易均勻結(jié)構(gòu):將蛇管成排固定優(yōu)點(diǎn):效果好,易檢修113《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器4.板式：《化工原理》課件——第五章傳熱114第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱115第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱116《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的傳熱面積較大，總傳熱系數(shù)大；缺點(diǎn)：處理量不大，操作壓力較低，操作溫度也不能太高。傳熱面積可調(diào)；容易檢修?！痘ぴ怼氛n件——第五章傳熱用途：溫度和壓力不太高的場(chǎng)合。

117《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器5.翅片管式：《化工原理》課件——第五章傳熱縱向翅片橫向翅片高翅片118《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱119《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱120第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱螺旋槽紋管縮放管低翅片121《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱優(yōu)點(diǎn)：增大傳熱面積；提高擾動(dòng)程度,增大

。缺點(diǎn)：流阻大；翅片連接處易產(chǎn)生高熱阻。用途：

內(nèi)與

外相差較大場(chǎng)合高粘度流體的傳熱——高翅片；——低翅片；122《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器6.板翅式：《化工原理》課件——第五章傳熱123《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器光直翅片鋸齒翅片多孔翅片《化工原理》課件——第五章傳熱124《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大；缺點(diǎn)：易堵塞,難檢修；鋁質(zhì)翅片易腐蝕。耐壓傳熱面積大《化工原理》課件——第五章傳熱用途：較為廣泛。

125《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器7.螺旋板式：《化工原理》課件——第五章傳熱126第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱127《化工原理》課件——第一章流體流動(dòng)第七節(jié)換熱器一、間壁式換熱器《化工原理》課件——第五章傳熱優(yōu)點(diǎn)：總傳熱系數(shù)大；不易堵塞；