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基本化工生产技术教学资源库项目三传热过程及设备操作技术0203-6三种获取传热系数的方法
能力目标知识目标素质目标1.能掌握获取传热系数的方法、强化传热、削弱传热的途径2.掌握如何选择加热剂、冷却剂,合理使用冷却方法及加热方式1.明确三种获取传热系数的方法和强化传热、削弱传热方法途径2.了解有那三种获取传热系数的方法以及加热剂冷却剂的选择方法1.养成良好的操作规范,严谨的工作作风2.培养学生团队协作意识,注重检测操作中的安全意识1.明确的目标
取经验值012.三种获取传热系数的方法列管换热器对于不同流体在不同情况下的传热系数的大致范围,可供参考选择。选取工艺条件相仿、设备类似而又比较成熟的经验数据,在换热器设计计算中是常见的。
热流体冷流体传热系数K/〔W/(m2?K)〕水水850~1700轻油水340~910重油水60~280气体水17~280水蒸气冷凝水1420~4250水蒸气冷凝气体30~300低沸点烃类蒸汽冷凝(常压)水455~1140高沸点烃类蒸汽冷凝(减压)水60~170水蒸气冷凝水沸腾2000~4250水蒸气冷凝轻油沸腾455~1020水蒸气冷凝重油沸腾140~425
实验测定022.三种获取传热系数的方法对于已有的换热器,可以根据式设计实验方法,测定传热系数。比如,通过测定换热器的尺寸以计算传热面积S、测定流体的流量及其进出口温度以计算传热速率Q和传热温度差Δt,再由式计算K值。实验得到的K值可靠性较高,但受到实验每件限制。实测K值的意义,不仅可以为换热计算提供数值,而且可以分析了解换热器的性能,寻求提高换热器传热能力的途径。当换热条件与被测条件(包括换热器的类型、尺寸、流体性质、流动状况等)相似时,所测K值可以参考使用。
公式计算032.三种获取传热系数的方法在间壁式换热器中,热量由热流体传给冷流体的过程由热流体对壁面的给热、壁内的导热和壁面对冷流体的给热三步完成。在稳定传热时,三个分过程的传热速率相等,设热流体走管内,冷流体走管外,则热流体对壁面的对流传热速率壁面内的导热速率壁面对冷流体的对流传热速率
公式计算012.三种获取传热系数的方法根据和比定律,可以推出换热总热阻等于三个串联过程的热阻之和,总推动力等于三个分过程推动力之和,即总传热速率为或式中K——传热系数,W/(m2?K);S——传热面积,m2;α——管内、外侧的对流传热系数,W/(m2?K);λ——管壁的导热系数,W/(m?K);b——管壁厚,mSi、Sm、So——管内侧、平均、外侧面积,m2。上式称为计算K值的基本公式,也称为热阻叠加原理。
增大传热面积013.强化传热的途径增大传热面积,可以提高换热器的传热速率,但是,增大传热面积不能靠简单地增大设备尺寸来实现,而是提高单位容积换热器的传热面积。实践证明,从改进设备的结构入手,改换热管为换热片,光滑管为粗糙管等,均可增加单位体积的传热面积。如螺旋板式、板式、翅片式换热器等,其单位体积的传热面积均大大超过了列管换热器。
增大传热面积013.强化传热的途径作图是几种带翅片或异形表面的高效传热管,它们不仅使传热表面有所增加,而且强化了流体的湍动程度,提高了对流传热系数,使传热速率显著提高,代表了换热器的发展方向。但是,由于受到机械强度的限制,单位体积传热面积的增加量是有限的。
提高传热推动力023.强化传热的途径平均传热温度差的大小取决于两流体的温度大小及流体的相对流向。一般来说,物料的温度由工艺条件所决定,不能随意变动,而加热剂或冷却剂的温度,可以通过选择不同介质和流量加以改变。例如:用饱和水蒸气作为加热剂时,增加蒸汽压强可以提高其温度;在水冷器中增大冷却水流量或以冷冻盐水代替普通冷却水,可以降低冷却剂的温度,等等。但需要注意的是,改变加热剂或冷却剂的温度,必须考虑到技术上的可行性和经济上的合理性。另外,采用逆流操作或增加壳程数,均可得到较大的平均传热温度差。
提高传热系数033.强化传热的途径①减小对流传热热阻当壁面热阻(b/λ)和污垢热阻(Rsi、Rso)相对较小并可以忽略时,总传热速率式可简化为
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