复旦大学 化工原理 第四章 传热资料课件.ppt

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1、第四节两流体间传热过程的计算两流体间的热交换往往需通过间壁来进行；即采用热交换器来实施。本节主要介绍热交换器的设计问题。一.热交换器的传热速率如果工艺要求将质量流量为qm1的热流体由T1降温至T2；则能够满足工艺要求的热交换，其传热速率Q为：Q=Cp1qm1(T1–T2)=Cp2qm2(t2–t1)一般情况下，冷流体的t1为确定值。因此，qm2与t2有一一对应关系。但这一对应关系还需要由热交换器的换热能力来保证，否则无法满足工艺要求。即热交换器必须具有与其匹配的传热速率。对热交换器而言，其传热速率为：Q=KAmDtm式中：K—热交

2、换器的总传热系数，W/m2K；Am—热交换器的平均换热面积，m2；Dtm—热交换器的传热平均温度差，K。对于热交换器的设计型问题，主要是确定能满足工艺要求的热交换器的传热面积。二.总传热系数当热交换器的间壁较薄或是平板时，其总传热系数为：式中：K—热交换器的总传热系数；a1—热流体的对流传热系数；R1—热流体一侧的污垢热阻；b—间壁的厚度；l—间壁的导热系数；R2—冷流体一侧的污垢热阻；a2—冷流体的对流传热系数。三.传热的平均温度差Dtm恒温传热如果热流体一侧为蒸汽冷凝传热，冷凝温度恒定为T；而冷流体一侧为液体沸腾传热或大环境的

3、冷源，温度始终保持在t；则：Dtm=T–t。一侧恒温与一侧变温的传热若热流体一侧为蒸汽冷凝传热，冷凝温度恒定为T；而冷流体一侧为无相变传热，冷流体温度由t1升至t2；则：3.二侧变温传热若冷、热流体均为无相变传热，则：逆流操作Dt1=T1–t2；Dt2=T2–t1。并流操作Dt1=T1–t1；Dt2=T2–t2。四.热交换器的设计根据工艺要求确定热交换器的传热速率；确定冷却介质或加热介质的定性温度；查物性数据表得热流体和冷流体的物性参数；选择合适的经验关联式，计算出冷、热流体的对流传热系数；确定热交换器的间壁材料和厚度；计算出热交

4、换器的总传热系数和平均传热温度差；由热交换器的传热速率式计算出所需的传热面积；确定热交换器的结构和工艺参数。例：热交换器的传热面积计算用每小时41.5m3的冷却水将某精馏塔的上升物料蒸汽全部冷凝下来。问热交换器需要有多大的传热面积；若采用列管式热交换器，以长1.5m、F32×3mm的钢管作列管，则需多少根？已知：上升蒸汽qm=2815Kg/h,汽化潜热g=540KJ/Kg；上升蒸汽的温度T=348K，冷却水进口温度t1=303K;蒸汽的冷凝传热系数a1=1300W/m2.K；冷却水的对流传热系数a2=1000W/m2.K；比热Cp

5、=4.2KJ/Kg.K；密度r=1000Kg/m3；钢管的导热系数l=49W/m.K。五.非稳态传热过程图示的夹套式反应釜内盛有m公斤的反应物料。现要求将反应物由t1加热至t2；夹套内通温度为T的水蒸汽进行加热。若该夹套反应釜的传热面积为A，总传热系数为K，反应物料的平均比热为Cp。则所需的加热时间t为：第五节热辐射一个物体只要其绝对温度不为零度，就会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量。同时，又不断地吸收来自外界其他物体的辐射能。在我们的日常生活和工业生产中，热辐射传热是非常普遍的，其应用也非常广泛。一.热辐射的基本概念热辐射与光

6、辐射就其物理本质而言，两者完全相同；都是以电磁波形式传播的辐射能，区别仅在于他们的波长不同。所以热辐射也遵循光辐射的折射、反射定律。当投射到物体上的辐射能为Q，如果其中有一部分能量Qa被物体吸收；一部分能量Qr被物体反射；一部分能量Qt透过该物体。则根据能量守恒定律，有：Qa+Qr+Qt=Q令：Qa/Q=a，称为吸收率；Qr/Q=r，称为反射率；Qt/Q=t，称为透过率。则有：a+r+t=1对于：a=1的物体，称为黑体；r=1的物体，称为白体；t=1的物体，称为透热体。二.物体的辐射能力在一定温度下，物体在单位时间内由单位面积所发

7、射的全波长辐射能，称为该物体的辐射能力，以E表示，即：E=Q/A式中：E—辐射能力，W/m2；Q—辐射能，W；A—物体的表面积，m2。理论研究证明，对于吸收率为1的黑体，其辐射能力满足斯蒂芬—波尔兹曼定律：Eb=sT4式中：Eb—黑体的辐射能力，W/m2；s—斯蒂芬—波尔兹曼常数，s=5.67×10-8W/m2.K4；T—黑体表面的热力学温度，K。实验证明：在同一温度下，实际物体的辐射能力E恒小于黑体的辐射能力Eb。为反映实际物体的辐射能力大小，而引入一个黑度的概念。即：e=E/Eb实际物体的黑度e，恒小于1。物体的黑度不是颜色的

8、概念，它是表明实际物体的辐射能力接近黑体辐射能力的一种程度。三.克希霍夫定律黑体对各种波长的辐射能可以全部吸收；但实际物体的吸收率与投入辐射的波长有关，这是由于物体对不同波长的辐射能选择性吸收的结果。如果实际物体对不同波长辐射能的吸收程度相同，则物