傳熱 總傳熱系數的獲取

化工單元操作模塊二傳熱任務七傳熱系數的獲取一、傳熱系數的獲取方法（一）取經驗值熱流體冷流體傳熱系數K/W/(m2?K)水水850～1700輕油水340～910重油水60～280氣體水17～280水蒸汽冷凝水1420～4250水蒸汽冷凝氣體30～300水蒸汽冷凝水沸騰2000～4250水蒸汽冷凝輕油沸騰455～1020水蒸汽冷凝重油沸騰140～425（二）現場測定實驗室用蒸汽在一套管換熱器中加熱空氣，空氣走管程。測出蒸汽的壓力Ｐ，即得其溫度Ｔ；測出空氣的流量Ｗ及進、出口溫度t1、

t2?！纠?/p>

】在一套管換熱器中，苯在管內流動，流量為3000kg/h，進、出口溫度分別為80℃和30℃，在平均溫度下，苯的比熱容可取1.9kJ/(kg?K)。水在環(huán)隙中流動，進、出口溫度分別為15℃和30℃。逆流操作，換熱器的傳熱面積為2m2，熱損可以忽略不計。試求換熱器的傳熱系數。解：換熱器的傳熱量：Q=WhCPh(T1－T2)=(3000/3600)×1.9×(80－30)＝21.93kW

平均溫度差：

（三）公式計算

熱、冷流體通過間壁的傳熱是一個“對流-傳導-對流”的串聯過程。(假設熱流體走管程，冷流體走殼程)

（1）熱流體對壁面的對流傳熱（2）壁面內的導熱(3)壁面對冷流體的對流傳熱則總過程：具體計算時，等式左邊的傳熱面積S可選傳熱面（管壁面）的外表面積So或內表面積Si或平均表面積Sm，但傳熱系數K必須與所選傳熱面積相對應。

但工程上，大多以外表面積So為基準，手冊中所列K值都是基于外表面積的傳熱系數，換熱器標準系列中的傳熱面積也是指外表面積。

Ki、Ko、Km——基于Si、So、Sm的傳熱系數，W/(m2?K)。

污垢熱阻的影響污垢熱阻：換熱器在使用過程中，傳熱壁面常有污垢形成，對傳熱產生的附加熱阻。通常，污垢熱阻比傳熱壁面的熱阻大得多。

影響污垢熱阻的因素：

主要有流體的性質、傳熱壁面的材料、操作條件、清洗周期等。由于污垢熱阻的厚度及導熱系數難以準確地估計，因此通常選用經驗值。

若傳熱壁面為平壁或薄管壁時，Si、So、Sm相等或近似相等，則可簡化為：四、壁溫的計算【例2-12】有一換熱器，管內通90℃的熱流體，膜系數為1100w/m·℃，管外有某種液體沸騰，沸點為50℃，膜系數為5800w/m·℃

。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無垢；（2）外側有污垢產生，污垢熱阻為0.005m·℃

/w。設管壁熱阻可以忽略。

解：因管壁熱阻可以忽略，故換熱管內、外側的壁溫相等，設為Tw。（1）當壁很薄時，Si≈SO，又管壁清潔無垢，由式（2-48）得（2）同理，當外側有污垢時結論:壁溫總是比較接近熱阻小的那一側流體的溫度。當不計污垢熱阻時，壁溫接近膜系數值大的那個流體的溫度。五、強化傳熱途徑1.增大傳熱面積

如圖所示的幾種帶翅片或異形表面的傳熱管，它們不僅使傳熱表面有所增加，且強化了流體的湍動程度，提高了對流傳熱系數，使傳熱速率顯著提高。2.提高傳熱推動力通過選擇不同介質和加大流量來提高傳熱溫度差；采用逆流操作或增加殼程數，均可得到較大的平均傳熱溫度差。

3.提高傳熱系數

采用相變傳熱

熱導率大的載體加入固體顆粒

防止和減少結垢減少冷凝液膜厚度

增加湍動增大流速、改變流動方向（多管程、多殼程，折流擋板比之無相變傳熱過程，傳熱系數要大的多顆粒擾動傳熱系數增大；沖刷壁面減緩污垢形成降低熱阻物理和化學除垢；加入減阻劑縱向溝槽、金屬絲網等（1）降低對流傳熱熱阻

當壁面熱阻（b/λ）和污垢熱阻（RSi、RSo）很小，可以忽略時

當兩

相差很大時，欲提高K值，應該采取措施提高

小的那一側的對流傳熱系數。

若

i與

o較為接近，此時，必須同時提高兩側的對流傳熱系數，才能提高K值。（2）降低污垢熱阻

減小污垢熱阻的具體措施：

提高流體的流速和擾動，以減弱垢層的沉積；加強水質處理，盡量采用軟化水；加入阻垢劑，防止和減緩垢層形成；定期采用機械、高壓水或化學的方法清除污垢?！纠?-13】有一用Φ25×2mm無縫鋼管（λ＝46.5W/(m?K)）制成的列管換熱器，管內通以冷卻水，

i

＝400W/(m2?K)，管外為飽和水蒸汽冷凝，

o＝10000W/(m2?K)，忽略污垢熱阻。試計算：①傳熱系數K及各分熱阻所占總熱阻的比例；②將

i

提高一倍（其他條件不變）后的K值；③將

o提高一倍（其他條件不變）后的K值；解：①由于壁面較薄，此處按平壁近似計算。根據題意：RSI＝RSo＝0熱阻名稱總熱阻1/K管內對流熱阻1/

I管外對流熱阻1/

o壁面導熱熱阻b/λ比例10094.73.81.5②

將

i提高一倍（其他條件不變）,即i

＝800W/(m2?K)增幅為：③

將

o提高一倍，即

o

＝20000W/(m2?K)增幅為：【例2-14】在例2-13中，當換熱器使用一段時間后，形成了垢層，需要考慮污垢熱阻，試計算此時的傳熱系數K值。

由于垢層的產生，使傳熱系數下降了解：取水的污垢熱阻RSI=0.58(m2?K)/kW，水蒸汽的RSo=0.09(m2?K)/kW。(二)削弱傳熱

削弱傳熱，就是設法減少熱量傳遞，主要用于隔熱。在化工生產中，只要設備(或管道)與環(huán)境(周圍空氣)存在溫度差，就會有熱損失(或冷損失)出現。利用導熱系數很低，導熱熱阻很大的保溫隔熱材料對高溫和低溫設備進行保溫隔熱，以減少設備與環(huán)境間的熱交換，從而減少熱損失。

表2-5常見的保溫隔熱材料

2013謝謝大家作業(yè)：請查看空間！傳熱---復習課重點：傳熱基本方程：一、傳熱的基本方式

熱傳導、熱對流、熱輻射二、換熱器類型

直接接觸式、間壁式、蓄熱式、中間載熱體式二、傳熱速率（Q）與熱負荷

熱負荷的確定：走管程流體所傳遞的熱量。

熱量衡算：Qh=Qc+QL

傳熱量的計算：焓差法、顯熱法、潛熱法

Wh[cph·(T1-T2)+rh]=Wc[cpc·(t1-t2)+rc]+QL

二、傳熱平均溫度差前提：熱、冷流體的始、終溫度相同。

①一側恒溫、一側變溫：Δtm，逆＝Δtm錯，折＝Δtm，并；

②兩側均變溫：Δtm，逆>Δtm錯，折>Δtm，并；相同進出口溫度時：Δtm=T－t

三、傳熱系數1、熱傳導

λ：導熱系數，與密度和粘度相同都是物質固有的物性。

金屬>

非金屬>

液體>

氣體

平壁：

圓筒壁：三、傳熱系數2、熱對流

α不是物性，熱阻主要集中在滯流內層，溫降最大。無相變：有相變：冷凝（滴狀、膜狀）沸騰（池內）：自然對流、核狀沸騰，膜狀沸騰污垢熱阻：定時清除，阻垢劑，水處理等3、總傳熱系數K

若傳熱壁面為平壁或薄管壁時，Si、So、Sm相等或近似相等，則可簡化為：-----有污垢熱阻四、強化傳熱途徑

1.增大傳熱面積（改進設備結構，翅片狀）

作用：提高了傳熱面積、設備緊湊；提高了流體湍動，α↑2.提高傳熱推動力

改變冷卻劑或加熱劑溫度，或采用逆流或增加殼程數3.提高傳熱系數Q=KSΔtm

（1）降低對流傳熱熱阻

（2）降低污垢熱阻

五、傳熱計算案例

【習題】在一單殼程、四管程的列管換熱器中，用冷水將1.25kg/s的某液體（比熱容為1.9kJ/(kg?K)）從80℃冷卻到50℃。水在管內流動，進、出口溫度分別為20℃和40℃。換熱器的管子規(guī)格為

25×2.5mm，若已