第五节第五节 传热过程的计算传热过程的计算2021/6/71无热损失：无热损失：一、热量衡算一、热量衡算冷流体冷流体热流体热流体 Q 热流体放出或冷流体吸收的热量，热流体放出或冷流体吸收的热量，W； qm1,qm2 热冷流体的质量流量，热冷流体的质量流量，kg/s； h1,h2 冷流体的进出口焓，冷流体的进出口焓，J/kg； H1,H2 热流体的进出口焓，热流体的进出口焓， J/kg 。2021/6/721.1.无相变，且无相变，且CpCp可视为常数可视为常数热量衡算式：热量衡算式：式中：式中： cp1,cp2 热冷流体的比热容，热冷流体的比热容， J/(kg) ； t1,t2 冷流体的进出口温度，冷流体的进出口温度， ； T1,T2 热流体的进出口温度，热流体的进出口温度， 。2021/6/732.2.有相变时有相变时2.1 饱和蒸汽冷凝：饱和蒸汽冷凝：TS 热流体的饱和温度，热流体的饱和温度，。r 热流体的汽化潜热，热流体的汽化潜热，kJ/kg；2.2 冷凝液出口温度冷凝液出口温度T2低于饱和温度低于饱和温度TS :2021/6/741. 恒温传热恒温传热二、传热平均温度差二、传热平均温度差饱饱和和蒸蒸汽汽冷冷凝凝T液液体体沸沸腾腾t2021/6/752.1 一侧恒温、一侧变温一侧恒温、一侧变温tT2T1 t2t1T一侧饱和蒸汽冷凝，一侧饱和蒸汽冷凝，另一侧冷流体被加热。另一侧冷流体被加热。一侧热流体被冷却，一侧热流体被冷却，另一侧冷流体沸腾。另一侧冷流体沸腾。2. 变温传热变温传热2021/6/76逆流并流错流折流2.2 两侧均有温度的变化：两侧均有温度的变化：冷热流体的四种流向2021/6/772.2.1 逆流和并流时的逆流和并流时的 tmt2T1T2t1逆流逆流 t2t1T2T1并流并流t1t2T2T1 t1t2T1T22021/6/78以逆流为例推导以逆流为例推导假设：（假设：（1）稳态传热、稳态流动，）稳态传热、稳态流动，qm1、 qm2一定；一定； （2）cp1、cp2为常数；为常数；（3）K沿管长不变化；沿管长不变化；（4）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。 t1t2T1T22021/6/792021/6/7102021/6/7112021/6/712讨论：讨论：（1）也适用于并流）也适用于并流 （2）较大温差记为）较大温差记为 t1，较小温差记为，较小温差记为 t2（3）当）当 t1/ t22，则可用算术平均值代替，则可用算术平均值代替（4）当）当 t1 t2，2021/6/7132021/6/714结论：结论：(1) 就就提提高高传传热热推推动动力力而而言言，逆逆流流优优于于并并流流。当当换换热热器器的的传传热热量量Q及及总总传传热热系系数数K相相同同的的条条件下，采用逆流操作，件下，采用逆流操作，所需传热面积最小。所需传热面积最小。 (2) 逆逆流流可可以以节节省省冷冷却却介介质质或或加加热热介介质质的的用用量量，所所以以换换热热器器应应当当尽尽量量采采用用逆逆流流流流动动，尽可能尽可能避免并流流动。避免并流流动。2021/6/715（3）在在某某些些生生产产工工艺艺有有特特殊殊要要求求时时，如如要要求求冷冷流流体体被被加加热热时时不不得得超超过过某某一一温温度度或或热热流流体体冷冷却却时时不不得得低低于于某某一一温温度度，应应采采用用并流操作。并流操作。 （4）当当换换热热器器有有一一侧侧流流体体发发生生相相变变而而保保持持温温度度不不变变时时，就就无无所所谓谓并并流流和和逆逆流流了了，不不论论何何种种流流动动形形式式，只只要要进进出出口口温温度度相相同，平均温度就相等。同，平均温度就相等。2021/6/716三、总传热系数三、总传热系数如何确定如何确定K值，是传热过程计算中的重要问题。值，是传热过程计算中的重要问题。2021/6/717热流体热流体 固体壁面一侧固体壁面一侧固体壁面一侧固体壁面一侧 另一侧另一侧固体壁面另一侧固体壁面另一侧 冷流体冷流体twTw对流对流对流对流导热导热冷冷流流体体热热流流体体tTQ2021/6/718管内对流管内对流:管外对流：管外对流：管壁热传导：管壁热传导：对于稳态传热对于稳态传热 2021/6/719式中式中 K总传热系数，总传热系数，W/(m2K)。总热阻总热阻总推动总推动力力2021/6/720讨论：讨论：（1）当传热面为平面时，当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm（2）以外表面为基准以外表面为基准(dA=dA(dA=dA1 1):): 2021/6/721 K1以换热管的外表面为基准的总传热系数；以换热管的外表面为基准的总传热系数； dm换热管的对数平均直径。换热管的对数平均直径。（4）以壁表面为基准：）以壁表面为基准：（3）以内表面为基准：）以内表面为基准：近似用平壁计算近似用平壁计算2021/6/722（5 5）污垢热阻）污垢热阻 式中式中 R1、R2传热面两侧的污垢热阻，传热面两侧的污垢热阻，m2K/W。污垢热阻污垢热阻Rd的倒数称为污垢系数（的倒数称为污垢系数（dirty factor）2021/6/723（6 6）平壁与薄管的总传热系数计算）平壁与薄管的总传热系数计算 当传热壁为平壁或薄壁管时，当传热壁为平壁或薄壁管时，当当传传热热壁壁热热阻阻很很小小，可可忽忽略略，且且流流体体清清洁洁，污污垢热阻液可忽略时，则：垢热阻液可忽略时，则：2021/6/724（7 7）换热器中总传热系数的经验值）换热器中总传热系数的经验值两流体两流体K水水7001800有机物水 有机物粘度1.0mPas50300有机物有机物 冷流体粘度1.0mPas50250液体气体10602021/6/725两流体两流体K气体气体1040蒸气冷凝气体20250液体沸腾液体100800液体沸腾气体1060水蒸气冷凝水15004700有机物冷凝有机物40350水蒸气冷凝水沸腾15004700水蒸气冷凝有机物沸腾50012002021/6/726例题：例题： 有 一 套 管 式 换 热 器 ， 传 热 管 为25mm2.5mm钢管。CO2气体在管内流动，对流传热系数为40W/(m2),冷却水在传热管外流动，对流传热系数为3000W/(m2) 。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数会增加多少？若管外水的对流传热系数增加一倍，总传热系数会增加多少？2021/6/727四、壁温的计算四、壁温的计算稳态传热稳态传热 1 大，即大，即b/ Am小，热阻小，小，热阻小，tW=TW2021/6/728结论：结论：壁温总壁温总接近于接近于 大的一侧流体的温度大的一侧流体的温度 2当当tW=TW2021/6/729 有有一一碳碳钢钢制制造造的的套套管管换换热热器器，其其内内管管直直径径为为89mm3.5mm89mm3.5mm，流流量量为为2000kg/h2000kg/h的的苯苯在在内内管管中中从从8080冷冷却却到到5050。冷冷却却水水在在环环隙隙从从1515升升到到3535。苯苯的的对对流流传传热热系系数数1 1230W/(m230W/(m2 2)，水水的的对对流流传传热热系系数数2 2290W/(m290W/(m2 2)。忽忽略略污污垢垢热热阻阻。试试求求：（1 1）冷冷却却水水用用量量；（2 2）并并流流和和逆逆流流操操作作时时所所需需传传热热面面积积；（3 3）如如果果逆逆流流操操作作时时采采用用的的传传热热面面积积与与并并流流时时的的相相同同，并并且且热热流流体体的的出出口口温温度度不不变变，计计算算冷冷却却水水出出口口温温度度与与消消耗耗量量，假假设设总总传传热热系系数数随随温温度度的的变变化化忽忽略略不不计。计。 例题例题2021/6/730 有有一一单单管管程程的的列列管管式式换换热热器器，其其规规格格如如下下：管管径径为为25mm2.5mm25mm2.5mm，管管长长为为3m3m，管管数数为为3737根根。今今拟拟采采用用此此换换热热器器冷冷凝凝并并冷冷却却CSCS2 2的的饱饱和和蒸蒸气气，自自饱饱和和温温度度4646冷冷却却到到1010。CSCS2 2在在管管外外冷冷凝凝，其其流流量量为为300kg/h300kg/h，比比汽汽化化热热为为350kJ/kg350kJ/kg。冷冷却却水水在在管管内内，进进口口温温度度为为55，出出口口温温度度为为3232。逆逆流流流流动动。已已知知CSCS2 2的的冷冷凝凝和和冷冷却却的的总总传传热热系系数数分分别别为为K K1 1=291W/(m=291W/(m2 2)和和K K2 2=291W/(m=291W/(m2 2)。试试问问此此换换热热器器是是否否合合用用（传传热热面面积积A A及及总总传传热热系系数数K K1 1、K K2 2均以内表面计算）？均以内表面计算）？ 习题习题2021/6/731部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！