化工第二章教案

1、第二章第二章 傳熱過(guò)程傳熱過(guò)程內(nèi)容提要內(nèi)容提要：本章首先介紹了傳熱的三種基本方式傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱、輻射傳熱，本章首先介紹了傳熱的三種基本方式傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱、輻射傳熱，著重討論了傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱的機(jī)理及傳熱速率方程，并在此基礎(chǔ)上，建立了總著重討論了傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱的機(jī)理及傳熱速率方程，并在此基礎(chǔ)上，建立了總傳熱速率方程，然后又應(yīng)用這一方程解決了冷熱兩種流體通過(guò)固體壁面進(jìn)行傳熱這傳熱速率方程，然后又應(yīng)用這一方程解決了冷熱兩種流體通過(guò)固體壁面進(jìn)行傳熱這一化工生產(chǎn)中最常見(jiàn)的傳熱過(guò)程。一化工生產(chǎn)中最常見(jiàn)的傳熱過(guò)程。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、化工生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程：一、化工生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程：1.熱

2、傳遞及其應(yīng)用：熱傳遞及其應(yīng)用：(1)應(yīng)用于生產(chǎn)中原料的加熱、成品的冷卻或冷凝應(yīng)用于生產(chǎn)中原料的加熱、成品的冷卻或冷凝(2)應(yīng)用于控制化學(xué)反應(yīng)所需要的一定溫度范圍應(yīng)用于控制化學(xué)反應(yīng)所需要的一定溫度范圍(3)應(yīng)用于單元操作應(yīng)用于單元操作(4)應(yīng)用于生產(chǎn)應(yīng)用于生產(chǎn) 中熱量的合理利用和廢熱回收，以節(jié)省熱能中熱量的合理利用和廢熱回收，以節(jié)省熱能2.傳熱過(guò)程所需要解決的基本問(wèn)題：傳熱過(guò)程所需要解決的基本問(wèn)題：(1)載熱體：加熱劑和冷卻劑合稱為載熱體。載熱體：加熱劑和冷卻劑合稱為載熱體。(2)根據(jù)生產(chǎn)的工藝要求，進(jìn)行物料衡算和能量衡算以確定載熱體的用量。根據(jù)生產(chǎn)的工藝要求，進(jìn)行物料衡算和能量衡算以確定載熱體

3、的用量。(3)計(jì)算所需的傳熱面積，選擇傳熱方式及換熱器。計(jì)算所需的傳熱面積，選擇傳熱方式及換熱器。(4)對(duì)現(xiàn)有換熱設(shè)備進(jìn)行衡算，看其是否發(fā)揮了最大能力。對(duì)現(xiàn)有換熱設(shè)備進(jìn)行衡算，看其是否發(fā)揮了最大能力。二、傳熱的基本方式與工業(yè)上的換熱方式：二、傳熱的基本方式與工業(yè)上的換熱方式：1.傳熱的基本方式：傳熱的基本方式：(1)傳導(dǎo)傳熱傳導(dǎo)傳熱：在同一物體內(nèi)或連接緊密的不同物體之間，由于有溫度差存在，在同一物體內(nèi)或連接緊密的不同物體之間，由于有溫度差存在，熱量會(huì)自動(dòng)從高溫向低溫傳遞，這種傳熱方式為傳導(dǎo)傳熱熱量會(huì)自動(dòng)從高溫向低溫傳遞，這種傳熱方式為傳導(dǎo)傳熱(導(dǎo)熱導(dǎo)熱)。導(dǎo)熱的特征導(dǎo)熱的特征：在導(dǎo)熱過(guò)程中物體

4、各部份或物體與物體之間不發(fā)生相對(duì)位移。對(duì)在導(dǎo)熱過(guò)程中物體各部份或物體與物體之間不發(fā)生相對(duì)位移。對(duì)流流 體來(lái)說(shuō)就是流體的質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生運(yùn)動(dòng)。體來(lái)說(shuō)就是流體的質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)熱的實(shí)質(zhì)：導(dǎo)熱的實(shí)質(zhì)：流體內(nèi)分子的熱運(yùn)動(dòng)或自由電子的運(yùn)動(dòng)。流體內(nèi)分子的熱運(yùn)動(dòng)或自由電子的運(yùn)動(dòng)。(2)對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱：流體內(nèi)部由于質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而將熱量由流流體內(nèi)部由于質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而將熱量由流體中的某一處傳遞到另一處的傳熱過(guò)程。體中的某一處傳遞到另一處的傳熱過(guò)程。 自然對(duì)流：自然對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流：(3).輻射傳熱輻射傳熱：高溫物體發(fā)射的輻射能量被低溫物體吸收后，又重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊岣邷匚矬w發(fā)射的輻射能量被低溫物體吸收后，又重新轉(zhuǎn)

5、變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程。能的過(guò)程。2.工業(yè)上的換熱方式：工業(yè)上的換熱方式：(1)直接換熱：直接換熱：優(yōu)點(diǎn)：傳熱效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：局限性大。優(yōu)點(diǎn)：傳熱效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：局限性大。二、穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱：二、穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱：1.傳熱速率：用傳熱速率：用q表示，表示，q =kAtm, k-傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)2.穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱過(guò)程中，當(dāng)與熱流方向垂直穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱過(guò)程中，當(dāng)與熱流方向垂直的任意截面上某一點(diǎn)的溫度和傳熱速率不隨時(shí)的任意截面上某一點(diǎn)的溫度和傳熱速率不隨時(shí)間而變化時(shí)，就為穩(wěn)態(tài)傳熱間而變化時(shí)，就為穩(wěn)態(tài)傳熱(定態(tài)傳熱、定常傳熱定態(tài)傳熱、定常傳熱)。(2)間壁換熱：間壁換熱：優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)范

6、圍廣；優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)范圍廣； 缺點(diǎn)：換熱效率低。缺點(diǎn)：換熱效率低。冷水直接冷卻二氧化硫爐氣示意圖冷水直接冷卻二氧化硫爐氣示意圖 (3)蓄熱式換熱：蓄熱式換熱：第二節(jié)第二節(jié) 傳導(dǎo)傳熱傳導(dǎo)傳熱一、熱傳導(dǎo)基本方程一、熱傳導(dǎo)基本方程-傅立葉定律：傅立葉定律：在一質(zhì)量均勻的平板內(nèi)，當(dāng)在一質(zhì)量均勻的平板內(nèi)，當(dāng)t1 t2熱量以導(dǎo)熱方式通過(guò)物體熱量以導(dǎo)熱方式通過(guò)物體,從從t1向向t2方向傳遞方向傳遞,取熱流方向微分長(zhǎng)度取熱流方向微分長(zhǎng)度d，在，在dt的瞬時(shí)傳遞的瞬時(shí)傳遞的熱量為的熱量為dQ，實(shí)驗(yàn)證明，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)平板傳，實(shí)驗(yàn)證明，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)平板傳導(dǎo)的熱量導(dǎo)的熱量與溫度梯度和傳熱面積成正比，即：與溫度梯度和傳

7、熱面積成正比，即： dQ/dAdt/d寫成等式為：寫成等式為： dQ/d =-Adt/d 式中式中 dQ/d -導(dǎo)熱速率，導(dǎo)熱速率，w; A-導(dǎo)熱面積，導(dǎo)熱面積，m2； dt/d -溫度梯度，溫度梯度，K/m； -比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率)，w/mK； “-”-表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。二、導(dǎo)熱系數(shù)：二、導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)導(dǎo)熱性能的標(biāo)志，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)導(dǎo)熱性能的標(biāo)志，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。1.物理意義：物理意義： 在傅立葉定律中，假設(shè)在傅立葉定律中，假設(shè)A=1m2, dt/d =1K/m, 則則dQ

8、/d=- 即導(dǎo)熱系數(shù)就是單位傳熱面積上，當(dāng)溫度梯度為即導(dǎo)熱系數(shù)就是單位傳熱面積上，當(dāng)溫度梯度為1時(shí)的傳熱速率，單位為時(shí)的傳熱速率，單位為w/m.K。Qt1t2tddt2.影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素：影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素：物質(zhì)的種類和組成、物理狀態(tài)、濕度、壓強(qiáng)等。物質(zhì)的種類和組成、物理狀態(tài)、濕度、壓強(qiáng)等。三、傳導(dǎo)傳熱的計(jì)算：三、傳導(dǎo)傳熱的計(jì)算：1.單層平面壁單層平面壁(平壁平壁)：qt1t2t在穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，導(dǎo)熱速率在穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，導(dǎo)熱速率q不隨時(shí)間變化，傳熱面積不隨時(shí)間變化，傳熱面積A和導(dǎo)熱和導(dǎo)熱系數(shù)系數(shù) 也是常量，則傅立葉公式可簡(jiǎn)化為：也是常量，則傅立葉公式可簡(jiǎn)化為： = 將此式積分，當(dāng)將此式積分，當(dāng)x=

9、0，t=t1; x=時(shí)，時(shí)，t=t2, 積分結(jié)果為：積分結(jié)果為： Q=-A dt/d 若改寫成傳熱速率方程的一般形式，則有：若改寫成傳熱速率方程的一般形式，則有： t1 - t2q= / A=tRR= / A熱阻熱阻112233t1t2t3t4tR1R2R3 q=A(t1 t2)2.多層平面壁多層平面壁：根據(jù)傅立葉定律：根據(jù)傅立葉定律：t1 t2= 111= 1R1t2 t3= 222= 2R2t3 t4= 333= 3R3 此為穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，則此為穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，則 1 = 2 = 3= ，把以上三式相加，把以上三式相加， t1-t4=q(R1+ R2+ R3) =t1-t4R1+ R2+ R

10、3=tRi例題：書上例題：書上熱阻熱阻溫差溫差保溫保溫耐火耐火磚磚0.1607116保溫保溫磚磚0.767555建筑建筑磚磚0.2812043.單層圓筒壁：?jiǎn)螌訄A筒壁：QQQQ圓筒壁與平壁不同的地方是在垂直于熱流的方向上，傳熱壁面積是不斷變化圓筒壁與平壁不同的地方是在垂直于熱流的方向上，傳熱壁面積是不斷變化的，因此需要求出熱流方向上的平均傳熱面積的，因此需要求出熱流方向上的平均傳熱面積Am， R= / Am。設(shè)圓筒的內(nèi)徑為設(shè)圓筒的內(nèi)徑為r1，外徑為，外徑為 r2，則則Am r2/ r12，rm=r2 - r1r2lnr1Am=2 rmL4.多層圓筒壁：多層圓筒壁：r1r2r3第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流

11、傳熱對(duì)流傳熱一、對(duì)流傳熱過(guò)程分析：一、對(duì)流傳熱過(guò)程分析：1.傳熱邊界層：沿?zé)崃鞣较颍哂袦囟忍荻鹊奶摂M流體層稱為傳熱邊界層。傳熱邊界層：沿?zé)崃鞣较?，具有溫度梯度的虛擬流體層稱為傳熱邊界層。 在傳熱邊界層內(nèi)，熱量以傳導(dǎo)傳熱的方式進(jìn)行傳遞，熱阻很大，其上的溫在傳熱邊界層內(nèi)，熱量以傳導(dǎo)傳熱的方式進(jìn)行傳遞，熱阻很大，其上的溫度降也很大。度降也很大。2.對(duì)流給熱：工程上，把通過(guò)傳熱對(duì)流給熱：工程上，把通過(guò)傳熱邊界層的熱傳導(dǎo)和通過(guò)傳熱邊界層邊界層的熱傳導(dǎo)和通過(guò)傳熱邊界層外的對(duì)流傳熱過(guò)程合稱為對(duì)流給熱外的對(duì)流傳熱過(guò)程合稱為對(duì)流給熱過(guò)程。過(guò)程。二、對(duì)流給熱方程二、對(duì)流給熱方程-牛頓冷卻定律：牛頓冷卻定律：對(duì)流

12、給熱是包含傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱的綜合過(guò)程，對(duì)流傳熱與流體的流動(dòng)狀況密切對(duì)流給熱是包含傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱的綜合過(guò)程，對(duì)流傳熱與流體的流動(dòng)狀況密切相關(guān)，而流體的流動(dòng)狀況又是變化多端，所以對(duì)對(duì)流給熱進(jìn)行精確計(jì)算是十分困難相關(guān)，而流體的流動(dòng)狀況又是變化多端，所以對(duì)對(duì)流給熱進(jìn)行精確計(jì)算是十分困難的，一般就用牛頓冷卻定律來(lái)作為計(jì)算基礎(chǔ)。的，一般就用牛頓冷卻定律來(lái)作為計(jì)算基礎(chǔ)。牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律熱流體被冷卻：熱流體被冷卻： =A(T tw1)冷流體被加熱：冷流體被加熱： =A(tw2 t)T-熱流體湍流主體的平均溫度；熱流體湍流主體的平均溫度；t-冷流體湍流主體的平均溫度；冷流體湍流主體的平均溫度； A

13、-傳熱面積；傳熱面積； tw1-低溫固體壁面的溫度；低溫固體壁面的溫度； tw2-高溫固體壁面的溫度；高溫固體壁面的溫度；-對(duì)流給熱系數(shù)，它的值與流動(dòng)邊界層的厚度有關(guān)。對(duì)流給熱系數(shù)，它的值與流動(dòng)邊界層的厚度有關(guān)。以上的參數(shù)均應(yīng)為同一傳熱橫截面積上的數(shù)值，且這一橫截面應(yīng)該是垂直于流動(dòng)方以上的參數(shù)均應(yīng)為同一傳熱橫截面積上的數(shù)值，且這一橫截面應(yīng)該是垂直于流動(dòng)方向的。向的。對(duì)換熱器，為了簡(jiǎn)便，對(duì)換熱器，為了簡(jiǎn)便，T、t、 tw1、 tw2簡(jiǎn)化為流體進(jìn)出換熱器的平均溫度和換熱器壁簡(jiǎn)化為流體進(jìn)出換熱器的平均溫度和換熱器壁面的平均溫度。面的平均溫度。tw1tw2Tt3.流動(dòng)邊界層與傳熱邊界層的區(qū)別：前者表示

14、流體的速度分布情況，后者表示流動(dòng)邊界層與傳熱邊界層的區(qū)別：前者表示流體的速度分布情況，后者表示流體的溫度分布情況。通常二者的厚度也不相等。一般我們把傳熱邊界層的厚流體的溫度分布情況。通常二者的厚度也不相等。一般我們把傳熱邊界層的厚度度t看作是滯流內(nèi)層的厚度看作是滯流內(nèi)層的厚度b和過(guò)渡區(qū)中虛擬的經(jīng)過(guò)折算的厚度和過(guò)渡區(qū)中虛擬的經(jīng)過(guò)折算的厚度f(wàn)之和。之和。 2. 影響影響的因素：的因素：(1)流體的種類和性質(zhì)；流體的種類和性質(zhì)；(2)流體的流動(dòng)類型和對(duì)流狀態(tài)；流體的流動(dòng)類型和對(duì)流狀態(tài)；(3)流體的相態(tài)變體；流體的相態(tài)變體；(4)傳熱溫度；傳熱溫度；(5)傳熱壁面的形狀、排列位置及尺寸大??；傳熱壁面的

15、形狀、排列位置及尺寸大小； =f(、w、t、cp、l、)3.對(duì)流傳熱過(guò)程準(zhǔn)數(shù)：書上對(duì)流傳熱過(guò)程準(zhǔn)數(shù)：書上41頁(yè)三、對(duì)流給熱系數(shù)：頁(yè)三、對(duì)流給熱系數(shù)：1.物理意義：對(duì)流給熱系數(shù)表示當(dāng)物理意義：對(duì)流給熱系數(shù)表示當(dāng)t=1時(shí)，單位時(shí)間通過(guò)單位傳熱面積所傳遞時(shí)，單位時(shí)間通過(guò)單位傳熱面積所傳遞的熱量，它的單位為的熱量，它的單位為w/m2.k。 是對(duì)流傳熱強(qiáng)度的標(biāo)志，是對(duì)流傳熱強(qiáng)度的標(biāo)志， 越大，單位時(shí)間傳越大，單位時(shí)間傳遞的熱量就越多。遞的熱量就越多。 4.給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：(1)沒(méi)有相態(tài)變體的流體，在圓形直管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)的關(guān)聯(lián)式：沒(méi)有相態(tài)變體的流體，在圓形直管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)的關(guān)聯(lián)

16、式： =0.023dRe 0.8Prm液體被加熱或氣體被冷卻：液體被加熱或氣體被冷卻：m=0.4液體被冷卻或氣體被加熱：液體被冷卻或氣體被加熱：m=0.3關(guān)聯(lián)的應(yīng)用范圍：無(wú)相態(tài)變化，圓形直管、湍流，主要適用于大多數(shù)氣體或粘關(guān)聯(lián)的應(yīng)用范圍：無(wú)相態(tài)變化，圓形直管、湍流，主要適用于大多數(shù)氣體或粘度小于水度小于水2倍的液體。倍的液體。Re10000, 0.7Pr=60式中有關(guān)參數(shù)如式中有關(guān)參數(shù)如、 cp 、 等的定性溫度為等的定性溫度為t=(t進(jìn)進(jìn)+t出出)/2適用范圍：粘性流體如適用范圍：粘性流體如C-H化合物、有機(jī)溶劑或某些水溶液化合物、有機(jī)溶劑或某些水溶液(水除外水除外)圓形直管，圓形直管，湍流

17、，湍流， Re10000, 0.7Pr=60對(duì)非圓形管路：對(duì)非圓形管路： de=4 x 流體流過(guò)的橫截面流體流過(guò)的橫截面流體潤(rùn)濕的周邊流體潤(rùn)濕的周邊例題例題1：例題：水以例題：水以2m/s的流速通過(guò)的流速通過(guò)55*25，長(zhǎng)，長(zhǎng)3m的鋼管去冷卻套管換熱器環(huán)隙中的苯，的鋼管去冷卻套管換熱器環(huán)隙中的苯，已知水溫從已知水溫從25升高到升高到55 ，試計(jì)算，試計(jì)算 ：(1)水對(duì)管壁的給熱系數(shù)；水對(duì)管壁的給熱系數(shù)；(2)若將水的流速提高若將水的流速提高30%，在其它條件相同的情況下，在其它條件相同的情況下，水對(duì)管壁的給熱系數(shù)又為多少？水對(duì)管壁的給熱系數(shù)又為多少？(3)若將管徑縮小一半，在其它條件下同的情況

18、若將管徑縮小一半，在其它條件下同的情況下，水對(duì)管壁的給熱系數(shù)又為多少？下，水對(duì)管壁的給熱系數(shù)又為多少？(2)加熱或冷卻某些粘性流體，在圓形直管內(nèi)湍流流動(dòng)的關(guān)聯(lián)式：加熱或冷卻某些粘性流體，在圓形直管內(nèi)湍流流動(dòng)的關(guān)聯(lián)式： =0.027dRe 0.8Pr1/3(/ w)0.14 -定性溫度下流體的粘度，定性溫度下流體的粘度， w-固體壁面溫度下流體的粘度固體壁面溫度下流體的粘度定性溫度為定性溫度為t=(t進(jìn)進(jìn)+t出出)/2，第四節(jié)第四節(jié) 熱交換的計(jì)算熱交換的計(jì)算一、總傳熱速率方程：一、總傳熱速率方程：1.傳熱過(guò)程分析：傳熱過(guò)程分析：間壁式熱交換器，熱量從熱流體湍流主體傳到冷間壁式熱交換器，熱量從熱流

19、體湍流主體傳到冷流體湍流主體的過(guò)程為：流體湍流主體的過(guò)程為：2.傳熱總方程推導(dǎo)：傳熱總方程推導(dǎo)：根據(jù)間壁式熱交換器的傳熱模型，可以推出它的傳熱速率方程：根據(jù)間壁式熱交換器的傳熱模型，可以推出它的傳熱速率方程：設(shè)熱流體與高溫固體壁面的對(duì)流給熱方程為：設(shè)熱流體與高溫固體壁面的對(duì)流給熱方程為： 1=1A1 (T tw1)，方程可變形為：，方程可變形為： T tw1=熱流體熱流體冷流體冷流體固體壁固體壁Tttw1tw2TT-tw1- tw2- t對(duì)流給熱對(duì)流給熱傳導(dǎo)傳熱傳導(dǎo)傳熱對(duì)流給熱對(duì)流給熱在熱量從在熱量從T傳到傳到t的過(guò)程中，溫度的變化如紅色曲線。的過(guò)程中，溫度的變化如紅色曲線。從溫度降的情況可見(jiàn)

20、，間壁式換熱器的溫度降主要從溫度降的情況可見(jiàn)，間壁式換熱器的溫度降主要集中在兩邊界層中，即它的熱阻主要集中在傳熱邊集中在兩邊界層中，即它的熱阻主要集中在傳熱邊界層內(nèi)。界層內(nèi)。 11A1熱量通過(guò)壁厚為熱量通過(guò)壁厚為的固體壁的傳導(dǎo)傳熱方程為：的固體壁的傳導(dǎo)傳熱方程為： 2= Am(tw1 tw2)方程變形為：方程變形為： tw1 tw2 = 2Am低溫固體壁面與冷流體的對(duì)流給熱方程為：低溫固體壁面與冷流體的對(duì)流給熱方程為： 3=2A2(tw2 t)方程可變形為：方程可變形為：tw2 t= 32A2此過(guò)程為穩(wěn)態(tài)傳熱，所以此過(guò)程為穩(wěn)態(tài)傳熱，所以 1 = 2= 3 = ，把以上三式相加則：，把以上三式相

21、加則： T t = ( + + ) 11A112A2 1Am = T t 11A112A2 1Am+=Am (T t) Am1A1Am2A2+令令k=1 Am1A1Am2A2+則則 =k Amt-間壁式熱交換器的傳熱速率方程間壁式熱交換器的傳熱速率方程上式中的上式中的k是換熱器的總傳熱系數(shù)，它的物理意義是在單位時(shí)間內(nèi)，當(dāng)間壁兩側(cè)是換熱器的總傳熱系數(shù)，它的物理意義是在單位時(shí)間內(nèi)，當(dāng)間壁兩側(cè)湍流主體的溫差為湍流主體的溫差為1時(shí)，通過(guò)單位傳熱面積所傳遞的熱量。時(shí)，通過(guò)單位傳熱面積所傳遞的熱量。 k值越大，則換熱器值越大，則換熱器單位傳熱面積傳遞的熱量就越多，所以單位傳熱面積傳遞的熱量就越多，所以K是

22、換熱器傳熱性能的一個(gè)標(biāo)志。是換熱器傳熱性能的一個(gè)標(biāo)志。至此，本章一共提到了三個(gè)標(biāo)志：至此，本章一共提到了三個(gè)標(biāo)志： 是物質(zhì)是物質(zhì)傳導(dǎo)傳熱能力傳導(dǎo)傳熱能力的標(biāo)志；的標(biāo)志； 是流體是流體對(duì)流對(duì)流給熱強(qiáng)度給熱強(qiáng)度的標(biāo)志；的標(biāo)志； K是換熱器是換熱器傳熱性能傳熱性能的一個(gè)標(biāo)志。的一個(gè)標(biāo)志。3.傳熱總方程的應(yīng)用：傳熱總方程的應(yīng)用：(1)平面壁總傳熱方程：當(dāng)換熱器的傳熱壁面為單層平面壁時(shí)，平面壁總傳熱方程：當(dāng)換熱器的傳熱壁面為單層平面壁時(shí)，A1 = A2= Am= A則則k=1 1112+ =k At-又是平壁的導(dǎo)熱熱阻，又是平壁的導(dǎo)熱熱阻，如果我們把如果我們把1看作是對(duì)流給熱過(guò)程的熱阻，而看作是對(duì)流給熱

23、過(guò)程的熱阻，而那么那么k就可以看作是對(duì)流給熱熱阻和傳導(dǎo)傳熱熱阻之和的倒數(shù)。就可以看作是對(duì)流給熱熱阻和傳導(dǎo)傳熱熱阻之和的倒數(shù)。當(dāng)單層壁面兩側(cè)有垢層或?yàn)槎鄬悠矫姹趥鳠釙r(shí)，總傳熱系數(shù)當(dāng)單層壁面兩側(cè)有垢層或?yàn)槎鄬悠矫姹趥鳠釙r(shí)，總傳熱系數(shù)k 為：為：則則k=1 1112+i i(2).圓筒壁總傳熱方程：圓筒壁總傳熱方程：r1r2設(shè)圓筒的內(nèi)半徑為設(shè)圓筒的內(nèi)半徑為r1 ，外半徑為，外半徑為r2，平均半徑為，平均半徑為rm,圓筒圓筒軸向長(zhǎng)度為軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng) ,則：則： A1=2 r1 L A2=2 r2 L Am=2 rm L =r2 r1 = T t 12 r1 L 1 12 r2 L 2 2 rm L +=

24、 2 L(T t) 1r1 1 1r2 2 rm +其中其中 rm r2/ r12，rm=r2 - r1r2lnr1在圓筒中，有一個(gè)特殊情況，就是化工生產(chǎn)中最常見(jiàn)的薄壁管，此時(shí)在圓筒中，有一個(gè)特殊情況，就是化工生產(chǎn)中最常見(jiàn)的薄壁管，此時(shí)r1 = r2=rm ，計(jì)算時(shí)就可按平面壁來(lái)進(jìn)行，計(jì)算時(shí)就可按平面壁來(lái)進(jìn)行A1 = A2 = Am=2 rm L，=r2 r1如果換熱器的內(nèi)外壁都沒(méi)有垢層，而且傳熱壁本身是又薄又導(dǎo)熱性能良好，那如果換熱器的內(nèi)外壁都沒(méi)有垢層，而且傳熱壁本身是又薄又導(dǎo)熱性能良好，那么傳熱壁的熱阻么傳熱壁的熱阻 就可以忽略不計(jì)，就可以忽略不計(jì)， 則則k=1 1112+=1 21 +

25、1這就是化工生產(chǎn)中最常見(jiàn)的金屬薄壁管。這就是化工生產(chǎn)中最常見(jiàn)的金屬薄壁管。例題：書上例題：書上二、熱量衡算二、熱量衡算-熱負(fù)荷與載熱體的計(jì)算：熱負(fù)荷與載熱體的計(jì)算：1.熱負(fù)荷及其計(jì)算：熱負(fù)荷及其計(jì)算：工藝熱負(fù)荷：生產(chǎn)工藝上為了完成某一加熱或冷卻任務(wù)需要在單位時(shí)間內(nèi)供給工藝熱負(fù)荷：生產(chǎn)工藝上為了完成某一加熱或冷卻任務(wù)需要在單位時(shí)間內(nèi)供給或取走的熱量，有或取走的熱量，有 l來(lái)表示，單位：來(lái)表示，單位：w。設(shè)備熱負(fù)荷：換熱設(shè)備所具有的能力，用設(shè)備熱負(fù)荷：換熱設(shè)備所具有的能力，用設(shè)備設(shè)備來(lái)表示。來(lái)表示。設(shè)備設(shè)備= l，生產(chǎn)條件才能完成。，生產(chǎn)條件才能完成。 l的計(jì)算又分為兩種情況：的計(jì)算又分為兩種情況

26、：(1)流體在換熱過(guò)程中無(wú)相態(tài)變化而只有溫度變化：流體在換熱過(guò)程中無(wú)相態(tài)變化而只有溫度變化： l = qma Cp(ta2 ta1 )(2)流體在熱交換器中發(fā)生相變，如蒸發(fā)、冷凝等：流體在熱交換器中發(fā)生相變，如蒸發(fā)、冷凝等： l = qma Ha H-相變熱；相變熱； qma -質(zhì)量流量；質(zhì)量流量； ta2 、ta1 - a的進(jìn)出口溫度，的進(jìn)出口溫度， (ta2 ta1 ) 02.熱量衡算式：熱量衡算式：熱流體熱流體a冷流體冷流體b固體壁固體壁q設(shè)備設(shè)備設(shè)熱流體放出的熱量為設(shè)熱流體放出的熱量為 a ，冷流體吸收的熱量為，冷流體吸收的熱量為 b ，設(shè)，設(shè)備的換熱能力為備的換熱能力為設(shè)備設(shè)備，那么

27、在不考慮熱量損失的情況下，那么在不考慮熱量損失的情況下， a= b= 設(shè)備設(shè)備 , 熱量衡算可在這三者中的任意兩個(gè)之間來(lái)熱量衡算可在這三者中的任意兩個(gè)之間來(lái)進(jìn)行。進(jìn)行。(1)在兩個(gè)流體之間進(jìn)行衡算在兩個(gè)流體之間進(jìn)行衡算都不發(fā)生相變：都不發(fā)生相變： q ma Cpa(ta2 ta1 )= q m b C pa(tb2 tb1 ) 一種流體發(fā)生相變：一種流體發(fā)生相變： q ma Cpa(ta2 ta1 )= q m b H b 兩種都發(fā)生相變：兩種都發(fā)生相變： qma Ha = qmb Hb(2)流體和設(shè)備之間進(jìn)行衡算流體和設(shè)備之間進(jìn)行衡算流體不發(fā)生相變：流體不發(fā)生相變： q ma Cpa(ta2

28、 ta1 )= k Amt流體發(fā)生相變：流體發(fā)生相變： q m b H b = k Amt 例例1：某酒精蒸氣的冷凝器是由：某酒精蒸氣的冷凝器是由19根根18*2，長(zhǎng)，長(zhǎng)1.2 m的鋼管組成，酒精的冷凝溫度的鋼管組成，酒精的冷凝溫度為為78 ，汽化潛熱為，汽化潛熱為210kcal/kg，如果冷卻水的傳熱溫差為，如果冷卻水的傳熱溫差為t =53 ，傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)為為600 kcal/m2.h. ，問(wèn)此冷凝器能否，問(wèn)此冷凝器能否350kg/h冷凝的酒精？冷凝的酒精？例例2：書上：書上三、傳熱平均溫度差：三、傳熱平均溫度差：恒溫傳熱：冷熱兩種流體的溫度均不隨著流動(dòng)方向而發(fā)生變化，如一側(cè)流體是恒恒溫傳熱：冷熱兩種流體的溫度均不隨著流動(dòng)方向而發(fā)生變化，如一側(cè)流體是恒溫沸騰，一側(cè)流體是飽和蒸汽冷凝。溫沸騰，一側(cè)流體是飽和蒸汽冷凝。變溫傳熱：一側(cè)或兩側(cè)的流體，溫度隨著流動(dòng)方向而發(fā)生變化。變溫傳熱：一側(cè)或兩側(cè)的流體，溫度隨著流動(dòng)方向而發(fā)生變化。1.恒溫傳熱溫度差：恒溫傳熱溫度差：Tt設(shè)橫坐標(biāo)為換熱器壁面，縱坐標(biāo)為溫度，因?yàn)槔錈醿煞N流體的溫設(shè)橫坐標(biāo)為換熱器壁面，縱坐標(biāo)為溫度，因?yàn)槔錈醿煞N流體的溫度均不發(fā)生變化，所以，傳熱的溫度差也就始終不會(huì)發(fā)生變化，度均不發(fā)生變化，所以，傳熱的溫度差也就始終不會(huì)發(fā)生變化，則則 t