化学工程基础：第三章 传热.ppt

* * * * * * 假设： 传热为稳定操作过程。 两流体的比热为常量。 总传热系数为常量（K不随换热器的管长而变化）。 换热器的热损失可忽略。 逆流和并流时的平均温度差 逆流 冷流体：t1 t2 热流体：T 2 T1 并流 Δtm数值只与两流体在换热器两端处温差有关，而与温度的中间变化无关，原因是Δtm的关系导出是以Δt~t(或T)是线性关系为前提。 例3-8 现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为100℃,出口温度为160℃；某反应物在管内流动，进口温度为250℃，出口温度为180℃。试分别计算并流与逆流时的平均温度差。 解：并流 逆流 ℃ ℃ 由上例可知：当流体进、出口温度已经确定时，逆流操作的平均温度差比并流时大。 注：流体流动方向的选择 在换热器的传热量Q及总传热系数K值相同的条件下，采用逆流操作，可以节省传热面积，而且可以节省加热介质或冷却介质的用量。 在生产中的换热器多采用逆流操作，只是对冷流体的温度有限制时才采用并流操作。 例3-9 在传热面积为6m2的逆流换热器中，流量为每小时1900kg的正丁醇由90?C冷却至50?C，cp = 2.98?103 J·kg-1·℃-1。冷却介质为18?C水，总传热系数为230 W·m-2·℃-1。试求冷却水的出口温度和每小时的消耗量。 解：（1）求冷却水出口温度 解得 t2 = 27.5?C (2) 冷却水消耗量 取水进出口平均温度的比热 方法：先按逆流的情况求得其对数平均温度差Δtm逆，然后再乘以校正系数φ,即 Δtm= φ ·Δtm逆 校正系数与冷、热两种流体的温度变化有关，是R和P的函数，即 φ =f(R，P) 式中 根据冷、热流体进、出口的温度，依上式求出R和P值后，校正系数φ值可根据R和P两参数从相应的图中查得。 4 错流和折流时的平均温度差 对稳定传热过程 式中 A1、A2、Am分别代表热流体侧传热面积、冷流体侧传热面积 和平均传热面积。 Tw、tw分别代表热流体侧和冷流体侧的壁温 α1、α2分别代表热流体侧和冷流体侧的对流传热系数 整理上式可得 四、壁温的计算 例3-10 在一由?25×2.5mm钢管构成的废热锅炉中，管内通入高温气体，进口500℃,出口400℃。管外为p=981kN/m2压力（绝压）的水沸腾。已知钢管导热系数为45w/m.k，高温气体对流传热系数a1=250W/m2·℃，水沸腾的对流传热系数a2=10000 W/m2·℃。忽略管壁、污垢热阻。试求管内壁平均温度Tw及管外壁平均tw。 解：(a) 总传热系数 以管子内表面积A1为基准 (b) 平均温度差 在p=981 kN/m2，水的饱和温度为179℃ ℃ (c)计算单位面积传热量 ℃ (d)管壁温度 Q/A1=K1Δtm =242×271=65580W/ m2 T----热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值 T=(500+400)/2=450 ℃ 管内壁温度 管外壁温度 ℃ 由此题计算结果可知：由于水沸腾对流传热系数很大，热阻很小，则壁温接近于水的温度，即壁温总是接近对流传热系数较大一侧流体的温度。又因管壁热阻很小，所以管壁两侧的温度比较接近。 目的：以最小的传热设备获得最大的生产能力。 强化传热的途径： 1、加大传热面积 加大传热面积可以增大传热量，但设备增大，投资和维费也随之增加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金属管 2、增加平均温度差 在理论上可采取提高加热介质温度或降低冷却介质温度的办法，但受客观条