傳熱基本方程及傳熱計算

1、第三節(jié)傳熱基本方程及傳熱計算從傳熱基本方程或Q kA tm(tQ .m1kA傳熱推動力傳熱熱阻4-11 )4-lla )可知,要強化傳熱過程主要應(yīng)著眼于增加推動力與減少熱阻，也就就是設(shè)法增大tm或者增大傳熱面積A與傳熱系數(shù)K。在生產(chǎn)上，無論就是選用或設(shè)計一個新的換熱器還就是對已有的換熱器進行查定，都就是建立在上述基本方程的基礎(chǔ)上的，傳熱計算則主要解決基本方程中的Q，A, K , tm及有關(guān)量的計算。傳熱基本方程就是傳熱章中最主要的方程式。、傳熱速率Q的計算冷、熱流體進行熱交換時，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Q c，即QnQc，稱之熱量衡算式。

2、1. 1.無相變化時熱負(fù)荷的計算(1) (i)比熱法Qmhcph T1 T2mcCpc 1211(式中Q 熱負(fù)荷或傳熱速率，J、s-1或W;mh，mc 熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg、s-1；Cpc，Cph 冷、熱流體的定壓比熱，取進出口流體溫度的算術(shù)平均值下的比熱kJ、(kg、k)-1;T1，T2 熱流體進、出口溫度，K ( C);t1，t2 冷流體的進出口溫度，K ( C)。(2 )熱焓法(4 13 )Q m(11 I2)式中丨1 物料始態(tài)的焓,kJ、kg-1;丨2物料終態(tài)的焓,kJ、kg-1。2 有相變化時熱負(fù)荷計算(414 )Q Gr式中 G 發(fā)生相變化流體的質(zhì)量流量，kg、s-1;r液體

3、汽化(或蒸汽冷凝)潛熱,k J、kg-1。注意:在熱負(fù)荷計算時，必須分清有相變化還就是無相變化，然后根據(jù)不同算式進行計算。 對蒸汽的冷凝、冷卻過程的熱負(fù)荷，要予以分別計算而后相加。當(dāng)要考慮熱損失時，則有：Qh Qc Q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 的計算在間壁式換熱器中，的計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與液體沸騰時 ，溫度不變，則：怙=T- t =常數(shù)2.2 側(cè)恒溫一側(cè)變溫下的傳熱可推得計算式為：tmT t1 T t2t1 t2lnTt2Int2(4-15 )式中 垢為進出口處傳熱溫度差的對數(shù)平均值，溫差大的一端為

4、 乞,溫差小的一端為 t2 ,從而使上式中分子分母均為正值。ttit2當(dāng)tl / t2 2時，則: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 其計算式與式(4 15 )完全一致。4.4 復(fù)雜流動時 tm的計算(4-16)流體就是復(fù)雜錯流與折流時，其tm的計算較為復(fù)雜，一般用下式計算 tm系tm逆 t式中怙逆為按逆流操作情況下的平均溫度差，t為校正系數(shù)，為P，R兩因數(shù)的函數(shù)，即：t=f(p，R)，對于各種換熱情況下的1值，可在有關(guān)手冊中查到。tm的計算要注意：(1) (1)計算通常用式(4-15)所示的對數(shù)平均溫度差，當(dāng)t1 / t22時,可用算術(shù)平均值代替。(2) (2)為避免

5、不同操作條件下的計算錯誤，最好用圖示出流動方向并注明溫度：T1逆流 亠T2上2 t1(3) 當(dāng)冷、熱流體操作溫度一定時，tm逆總大于tm并。當(dāng)要求傳熱速率一定時，逆流所需 的設(shè)備投資費用及操作費用均少于并流，故工業(yè)生產(chǎn)的換熱設(shè)備一般采用逆流操作。四、總傳熱系數(shù)K的確定總傳熱系數(shù)K值有三個來源：一就是選取經(jīng)驗值；二就是實驗測定值；三就是計算。1.1 .換熱器中總傳熱系數(shù)數(shù)值的大致范圍換熱器中總傳熱系數(shù) K值，可參瞧天津大學(xué)編化工原理上冊 ，P239表4-2及譚天恩等 三人編化工原理上冊P232表5-3。K值變化范圍很大，選取K值時應(yīng)注意換熱器型式及冷熱介質(zhì)均符合要求。2 . 2.現(xiàn)場測定總傳熱系

6、數(shù)根據(jù)傳熱速率方程式 Q KA tm,當(dāng)傳熱量Q、傳熱面積A及平均溫度差tm為已知時,則可測出某換熱設(shè)備在該工藝條件下的K值。3. 3.總傳熱系數(shù)的計算兩流體通過間壁的傳熱過程就是由熱流體對管壁對流一管壁熱傳導(dǎo)一管壁對冷流體的對流所構(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的計算式。若以傳熱管外表面積A0 A0dL為基準(zhǔn)，其對應(yīng)的總傳熱系數(shù) K0為:k 1K1 A0b A01di同理,若以傳熱管內(nèi)表面積 A Aid i L為基準(zhǔn)，其對應(yīng)的總傳熱系數(shù) Ki為:若以傳熱管壁的平均面積Kib Ai0 A01 b di 1 diidm0 d0Am AmdmL為基準(zhǔn)，其對應(yīng)的總傳熱系

7、數(shù)(4-18)K m為Km11 Am b 1 Am1 do b do 1i Ai0 A01丄dm b 丄如i di0 d 0由此可見，所取基準(zhǔn)傳熱面積不同,K值也不同，即K Km Ki 當(dāng)傳熱面積為平壁時，則:A0 A Am,此時的總傳熱系數(shù) K為:(4-19)(4-20)(4-17)當(dāng)壁阻b較/0 /i小的多時7可忽略不計，此時K為:注意:(1)總傳熱系數(shù)與傳熱面積的對應(yīng)關(guān)系。所選基準(zhǔn)面積不同 手冊中所列的K值，無特殊說明，均視為以管外表面為基準(zhǔn)的(4-21)，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同。 K值。(2) 管壁薄或管徑較大時，可近似取A0 AAm,即圓筒壁視為平壁計算。(3) 總傳熱系數(shù)K值比兩側(cè)流體中a值小者還小。QK0A0 tm0A0tm當(dāng)0i時，壁阻可忽略不計時，則K 0且當(dāng)i0時，壁阻可忽略不計時，則K i且Q K i Ai t m i A tm由此可知，總熱阻就是由熱阻大的那一側(cè)的對流傳熱所控制的 ，即兩個對流傳熱系數(shù)相差 較大時，要提高K值，關(guān)鍵在于提高a較小的；若兩側(cè)a相差不大時，則必須同時提高兩側(cè)的a 值，才能提高K值。五、污垢熱阻污垢的存在，將增大傳熱阻力，污垢熱阻一般由實驗測定，其數(shù)值范圍可參瞧天津大學(xué)編 化工原理上冊附錄二十二及譚天恩等三人編化工原理上冊表5-2。對傳熱面按平壁處理時，其總的熱阻為：RdiRd。(4