化工流體流動(dòng)31-32學(xué)時(shí).ppt

1、4.3.6熱負(fù)荷的計(jì)算,設(shè) 換熱器中兩流體無(wú)相變,kJ / h,1.流體無(wú)相變換熱,則,流體的平均定壓比熱容，,熱流體溫度，,冷流體溫度，,液體 食品,熱水,設(shè) 冷凝液在飽和溫度下離 開(kāi)換熱器,kJ / h,飽和蒸氣 的汽化熱,2. 飽和蒸氣冷凝,冷凝液飽和溫度,冷凝水,則,(1) 冷凝液為飽和液體,液體 食品,蒸汽,4.3.6熱負(fù)荷的計(jì)算,設(shè) 冷凝液的溫度低于飽 和溫度,kJ / h,(2) 冷凝液為過(guò)冷液體,則,熱流體釋放的潛熱,熱流體釋放的顯熱,液體 食品,蒸汽,冷凝水,4.3.6熱負(fù)荷的計(jì)算,4.3.7 總傳熱速率微分方程,仿照牛頓冷卻定律,1.傳熱基本方程,在間壁上取任一微元面積dS

2、，設(shè)通過(guò)該微元面積的傳熱速率為dQ,傳熱基本方程,熱流體溫度,冷流體溫度,對(duì)于管式換熱器,令,2.管式換熱器總傳熱速率方程,一、總傳熱速率微分方程,管內(nèi)表面積，,管外表面積，,平均表面積，,基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)，,基于管外表面積的總傳熱系數(shù)，,基于平均表面積的總傳熱系數(shù)，,則,比較得,平均 直徑,管內(nèi)徑,管外徑,管式換熱器總 傳熱速率方程,一、總傳熱速率微分方程,對(duì)于圓管,對(duì)數(shù)平均直徑,注意,工程計(jì)算多以外表面為基準(zhǔn),除非特別說(shuō)明，K 均為基于外表面積的 總傳熱系數(shù),一、總傳熱速率微分方程,二、總傳熱系數(shù),冷、熱流體通過(guò)間壁換熱的機(jī)理,1.總傳熱系數(shù)的計(jì)算,(1)總傳熱系數(shù)計(jì)算公式,對(duì)流

3、 傳導(dǎo) 對(duì)流,對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳熱,間壁厚度,二、總傳熱系數(shù),整理得,根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原理,管內(nèi)對(duì) 流熱阻,管外對(duì) 流熱阻,管壁導(dǎo)熱熱阻,二、總傳熱系數(shù),得,或,故,二、總傳熱系數(shù),由,比較得,同理得,二、總傳熱系數(shù),通常，總傳熱系數(shù)以外表面為基準(zhǔn),總傳熱系 數(shù)計(jì)算式,故,或,總傳熱熱阻,二、總傳熱系數(shù),(2)污垢熱阻的影響,工程案例,山東臨淄浩源精細(xì)化工有限公司對(duì)叔丁基苯酚精餾塔的塔頂冷凝器使用中結(jié)垢問(wèn)題,管殼式換熱器,二、總傳熱系數(shù),換熱器在實(shí)際操作中，傳熱表面上常有污垢積存，對(duì)傳熱產(chǎn)生附加熱阻 污垢熱阻。,則,管壁內(nèi)側(cè)表面的污垢熱阻，,管壁外側(cè)表面的污垢熱阻，,設(shè),總傳熱系 數(shù)計(jì)算式,由手冊(cè)查出

4、,二、總傳熱系數(shù),或,討論,若傳熱壁為平壁(或薄管壁),二、總傳熱系數(shù),管外對(duì)流 傳熱控制,若,管內(nèi)對(duì)流 傳熱控制,若,若管壁熱阻和污垢熱阻可忽略,若,管內(nèi)外側(cè)對(duì) 流傳熱控制,二、總傳熱系數(shù),若,污垢熱 阻控制,強(qiáng)化傳熱關(guān)鍵減慢污垢形 成速率或及時(shí)清除污垢,示例,磁化防垢技術(shù),變頻共振防垢除垢技術(shù),多相流防垢除垢技術(shù),軟化水防垢技術(shù),二、總傳熱系數(shù),工程案例,山東臨淄浩源精細(xì)化工有限公司對(duì)叔丁基苯酚精餾塔的塔頂冷凝器使用中結(jié)垢問(wèn)題,解決途徑,清理垢層,討論,為清理污垢，易結(jié)垢的流體流徑如何選擇？,采用軟化水 防垢技術(shù),二、總傳熱系數(shù),2.總傳熱系數(shù)的獲取途徑,推薦值,K 的獲取途徑,根據(jù)公式計(jì)

5、算,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,由書籍查取,推薦書籍,1) 周明霞等.機(jī)械工程手冊(cè)(通用設(shè)備卷第四篇 換熱器). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997,2) 德意志聯(lián)邦共和國(guó)工程師協(xié)會(huì)工藝與化學(xué)工程學(xué)會(huì)編, 化 工部第六設(shè)計(jì)院譯. 傳熱手冊(cè). 北京: 化工出版社, 1983,3) 化工機(jī)械手冊(cè)編輯委員會(huì).化工機(jī)械手冊(cè).天津:天津大學(xué) 出版社,1991,一、總傳熱速率方程,設(shè),冷、熱流體 平均溫度差,則,進(jìn)行傳熱計(jì)算關(guān)鍵計(jì)算 平均溫度差法。,總傳熱速率方程,二、平均溫度差法,1.平均溫度差的計(jì)算,對(duì)于恒溫傳熱,換熱器中間壁兩側(cè)的流體均發(fā)生相變時(shí)，兩流體溫度可分別保持不變 恒溫傳熱。,(1)恒溫傳熱的平均溫度差,則,

6、對(duì)于變溫傳熱,換熱器中間壁兩側(cè)流體溫度發(fā)生變化變溫傳熱。,(2)變溫傳熱的平均溫度差,冷、熱流體相互流向,逆流,并流,錯(cuò)流,折流,二、平均溫度差法,逆流時(shí)的溫度差變化,熱流體,冷流體, 逆流和并流的平均溫度差,二、平均溫度差法,并流時(shí)的溫度差變化,熱流體,冷流體,二、平均溫度差法,傳熱為穩(wěn)態(tài)過(guò)程,兩流體的定壓比熱容為常量或可取換熱器進(jìn)、出 口溫度下的平均值,總傳熱系數(shù) K 為常量,忽略熱損失,以逆流為例推導(dǎo) 的表達(dá)式,假設(shè),二、平均溫度差法,由,故,直線 關(guān)系,二、平均溫度差法,令,相減得,直線 關(guān)系,故,逆流時(shí)平均溫度差的推導(dǎo),二、平均溫度差法,直線斜率為,由,則,積分,得,二、平均溫度差法,則,令,對(duì)數(shù)平均溫度差,則,二、平均溫度差法,總傳熱速 率計(jì)算式,注意,對(duì)逆流和并流均可適用,計(jì)算時(shí)以換熱器兩端溫度差 中數(shù)值較大者 作為,若,則,二、平均溫度差法,算術(shù)平均溫度差,練 習(xí)