环境工程原理第四章3.ppt

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1、第四节两流体间传热过程的计算一、热量衡算冷流体G2,t1,cp2,h1t2h2热流体G1,T1,cp1,H1T2,H2无热损失：无相变时()((()1211222111hqtcc=-))2212hHHqQtqTTqQpp-=--==热量衡算：式中Q──热冷流体放出或吸收的热量，J/s；q1,q2──热冷流体的质量流量，kg/s；cp1,cp2──热冷流体的比热容，J/(s.℃)；h1,h2──冷流体的进出口比焓，J/kg；H1,H2──热流体的进出口比焓，J/kg。(4-36)(4-35)相变时:设热流体为饱和蒸汽冷凝，冷流体无相变；又若冷凝液出口温度T2低于饱和温度Ts时等两种情况。热量

2、衡算：式中r──热流体的汽化潜热，kJ/kg；TS──热流体的饱和温度，℃。传热计算的出发点和核心：(4-37)(4-38)总传热速率方程:式中K——平均总传热系数；tm——平均温度差。——总传热速率方程（1）求K平均值。（2）热量衡算式与传热速率方程间的关系。（3）tm的求解。二、传热平均温度差（一）恒温传热——两侧流体温度沿传热面无变化（二）变温传热——两侧流体温度沿传热面有变化tm与流体流向有关逆流并流错流折流只有一种情况：热流体侧为饱和蒸汽冷凝，冷流体侧为液体沸腾t2tAt1T2T1t1t2T1T2t2tAt1T2T11、逆流和并流时的tmt2t1T1T2以逆流为例推导假设

3、：1）稳态传热、稳态流动，q1、q2一定2）cp1、cp2为常数，为进出口平均温度下的3）K沿管长不变化。4）热损失忽略不计。结果：（4-40）T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1TtQ~T、t、Δt程直线关系，其斜率为：dQ=q1cp1dT=q2cp2dtdQ/dT=常数dQ/dt=常数dΔt/dQ=dT/dQ-dt/dQ=常数在微元段内：积分得：与Q=KAΔtm比较称为对数平均温度差（4-40）dtdTΔt=T-tT2T1t1t2Δt2Δt1tQdQ注：1）也适用于并流T2t1t2T1At2t14）当t1＝t22）较大温差记为t1，较小温差记为t2；3）当t1/

4、t2<2，则可用算术平均值代替，误差<4%2、错流、折流时的：逆流时的平均温度差根据R和P，由图4-25（160页）对不同情况查找φ。三、总传热系数（一）总传热系数计算式热流体固体壁面一侧固体壁面一侧另一侧固体壁面另一侧冷流体twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ（3）管内对流（1）管外对流（2）管壁热传导对于稳定传热式中K——总传热系数，W/(m2·K)。(4-42)讨论：1．当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm2．以外表面为基准(dA=dA1):3.有：4．1/K值的物理意义（二）污垢热阻式中R1、R2——传热面两侧的污垢热阻，m2·K/W。(4-43)式中K1——以换热管的

5、外表面为基准的总传热系数；dm——换热管的对数平均直径。以壁表面为基准：以内表面为基准：近似用平壁计算污垢热阻数值可查163页表4-6。（三）平壁与薄壁管A1A2Am(4-44)若传热壁热阻很小，可略；又污垢热阻也可略：(4-45)K必趋近且小于α1、α2中小的一个。四、换热器中总传热系数的经验值也可根据类比的原则：测定已用的工艺条件相仿、结构类似的换热器之传热面积A、两流体流量和进出口温度，计算出热负荷，和平均温度差，再用传热速率方程计算总传热系数K。见166页，例4-16四、壁温的计算稳态传热1．大，即b/Am小，热阻小，tW≈TW（4-46）TW接近于T，即大热阻小侧流体的

6、温度。3．两侧有污垢2．当tW≈TW，得（4-47）若：则：五、传热计算示例例4-18（167页）：(1)管：d1=0.082m；d2=0.089m冷水：t=（15+35）/2=25℃，查表CP2=4.178×103J/kg℃(P359)α2=290W/m2K热苯：T=（80+50）/2=65℃，查表CP1=1.86×103J/kg℃(P374)α1=230W/m2k，q1=2000kg/h=2000/3600kg/s(2)并流操作：逆流操作：50T35t6515Δt50T3515t4535Δt(3)50Tt’215tΔt’35Δt冷却水出口温度水的平均温度查表冷却水耗量节省冷却水例4-1

7、9（169页）：解：（1）水蒸气消耗量计算：140kPa时：tS=109.2℃；r=2.234×106J/kg水平均温度（25+55）/2=40℃：Cp1=4.174×103J/kgKρ=992.2kg/m3；μ=65.6×10-5Pas；Pr=4.31λ=63.38×10-2W/mK。d1=0.034m；u=1.5m/s。水的质量流量：热负荷：水蒸气耗量：（2）传热面积计算：水雷诺数：为湍流水侧：水被加热n=0.