化工流體流動31-32學(xué)時.ppt

1、4.3.6熱負荷的計算,設(shè) 換熱器中兩流體無相變,kJ / h,1.流體無相變換熱,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熱負荷的計算,設(shè) 冷凝液的溫度低于飽 和溫度,kJ / h,(2) 冷凝液為過冷液體,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熱負荷的計算,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,對于圓管,對數(shù)平均直徑,注意,工程計算多以外表面為基準,除非特別說明，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、熱流體通過間壁換熱的機理,1.總傳熱系數(shù)的計算,(1)總傳熱系數(shù)計算公式,對流

3、 傳導(dǎo) 對流,對于穩(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 流熱阻,管外對 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,總傳熱系 數(shù)計算式,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,山東臨淄浩源精細化工有限公司對叔丁基苯酚精餾塔的塔頂冷凝器使用中結(jié)垢問題,管殼式換熱器,二、總傳熱系數(shù),換熱器在實際操作中，傳熱表面上常有污垢積存，對傳熱產(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)計算式,由手冊查出

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),管外對流 傳熱控制,若,管內(nèi)對流 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 流傳熱控制,二、總傳熱系數(shù),若,污垢熱 阻控制,強化傳熱關(guān)鍵減慢污垢形 成速率或及時清除污垢,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,山東臨淄浩源精細化工有限公司對叔丁基苯酚精餾塔的塔頂冷凝器使用中結(jié)垢問題,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

5、算,通過實驗測定,由書籍查取,推薦書籍,1) 周明霞等.機械工程手冊(通用設(shè)備卷第四篇 換熱器). 北京:機械工業(yè)出版社,1997,2) 德意志聯(lián)邦共和國工程師協(xié)會工藝與化學(xué)工程學(xué)會編, 化 工部第六設(shè)計院譯. 傳熱手冊. 北京: 化工出版社, 1983,3) 化工機械手冊編輯委員會.化工機械手冊.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,進行傳熱計算關(guān)鍵計算 平均溫度差法。,總傳熱速率方程,二、平均溫度差法,1.平均溫度差的計算,對于恒溫傳熱,換熱器中間壁兩側(cè)的流體均發(fā)生相變時，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,錯流,折流,二、平均溫度差法,逆流時的溫度差變化,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)過程,兩流體的定壓比熱容為常量或可取換熱器進、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,對數(shù)平均溫度差,則,二、平均溫度差法,總傳熱速 率計算式,注意,對逆流和并流均可適用,計算時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)