热交换的计算资料课件.ppt

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1、化工基础AnIntroductiontoChemicalIndustryandEngineering教学目的：重点难点：课型：§4.4热交换(heatexchange)的计算学习总传热方程及其推导，比较不同传热形式，并计算各种换热方式的温差，了解强化传热过程的途径。总传热方程及传热温差的计算理论知识复习传导传热（heatconduction）:对流传热(convectionofheat):平面壁：圆筒壁：FourierheatequationNewtonheatequation§4.4热交换(heatexchange)的计算化工生产中经常用

2、到的传热操作是热流体经管壁或器壁向冷流体传热的过程，该过程称为间壁式热交换或换热。热流体湍流主体冷流体湍流主体Tt器壁Q一、总传热方程(overallheattransferequation)热流体T一侧壁面TW另一侧壁面tW冷流体t对流传导对流热流体湍流主体冷流体湍流主体Tt•Steadystate:总传热方程:平面壁的总传热方程总传热方程:＆平面壁:K——传热系数(coefficientofheattransfer)或总传热系数，W.m-2.K-1;R——总热阻，为串联各分热阻的总和。复合平面壁：圆筒壁的总传热方程＆圆筒壁：或基于管外表

3、面积的传热系数K2:以圆管内壁面、外壁面和平均壁面为基准的K值各不相同，但KA一定是相同的。总传热方程：※K是衡量换热器性能的重要指标之一。其大小取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等。传热系数√通过公式计算K√查取相关手册选用经验值(基于管外表面积)√通过实验测定K传热系数的大致范围换热流体K/W.m-2.K-1换热流体K/W.m-2.K-1气体-气体气体-有机物气体-水10~3010~4010~60冷凝水蒸气-气体冷凝水蒸气-有机物冷凝水蒸气-水10~5050~400300~2000油-油油-水水-水100~300150~

4、400800~1800冷凝水蒸气-沸腾轻油冷凝水蒸气-沸腾溶液冷凝水蒸气-沸腾水500~1000300~25002000~4000例题例4-7夹套反应釜的内径为80cm，釜壁碳钢(=50W.m-1.K-1)板厚8mm,衬搪瓷厚3mm(=1.0W.m-1.K-1)，夹套中通饱和水蒸气(h=10000W.m-2.K-1)加热，水蒸气温度为120℃，釜内为有机物(h=250W.m-2.K-1)，温度为80℃。求该条件下单位面积的传热速率和各热阻占总热阻的百分数。解：因内径0.8m≈外径0.822m,可近似作为平面壁，则可见：主要热阻在搪瓷衬里

5、和有机物这一侧。如果忽略水蒸气和碳钢的热阻，计算结果只相差3.6%。例4-8在列管加热器中,20℃原油流经管内(h=200W.m-2.K-1)，管外用120℃饱和水蒸气加热(h=10000W.m-2.K-1)，管子为48mm×2mm无缝钢管(=50W.m-1.K-1)，管内油垢层厚为1mm(=1.0W.m-1.K-1)。求通过每米管长的传热速率。若将h1、h2分别提高一倍，则传热速率有何变化？解：可见：提高原来h已经很大的这侧流体的传热膜系数，对总传热的影响是不大的；而降低热阻大的这侧流体的热阻，对传热速率的提高则是有意义的。r1r’

6、1r2总传热方程:传热温差连续定态传热有两种情况:恒温和变温定态恒温传热:两流体经传热面进行热交换时,沿壁面上两流体的温度不仅不随时间变化，同时也不随壁面的不同位置而变化。如蒸发和蒸馏。K或℃传热温差定态变温传热：传热壁面各点温度不随时间而变化，但随传热面位置不同而不同。冷热并流逆流错流简单折流传热温差并流和逆流特点：在相同的条件下(如相同的换热时间或换热面积)，逆流传热平均温度差大于并流传热平均温度差。逆流比并流换热更完全。并流逆流21t2t2并流传热温度差的前后变化比逆流剧烈。传热温差对数平均温差:热交换的计算例4-11套管换热器中,用

7、一定量的热流体将另一定量的冷流体加热。热流体温度由120℃降到70℃，冷流体由20℃升到60℃。比较并流与逆流的传热温差。T1=120℃T2=70℃t1=20℃t2=60℃T1=120℃t1=20℃t2=60℃T2=70℃解：并流℃℃逆流℃℃℃℃℃根据总传热方程=KAt，传热量相同时，逆流所需的传热面积比并流小，设备尺寸随之可以减小。换热器中冷、热两种流体进行热交换，若忽略热损失，热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。热量衡算两种流体均无相变：一种流体有相变：两种流体均有相变：例4-9用134℃的饱和水蒸气(304kPa)通入夹套发生冷

8、凝,使沸腾的甲苯气化成甲苯蒸气送往反应器,甲苯沸点为110.6℃(气化热363.5kJ.kg-1),加热面为1m2,每小时气化200kg甲苯.求传热系数K。若保温后甲苯气化过程尚