《化工原理》课程教学资源（PPT讲稿）第四章 传热4

知识回顾 1.写出热量衡算方程式（有相变和无相变两种情况） 2.总传热系数计算公式（基于管外、管内和平均管径三种形式） 3.强化传热时，应提高对流传热系数大的一侧α，还是小的？ 1

知识回顾 1. 写出热量衡算方程式(有相变和无相变两种情况) 2. 总传热系数计算公式（基于管外、管内和平均管径三种形式） 3. 强化传热时，应提高对流传热系数大的一侧α，还是小的？ 1

4.4.4 总传热速率方程的应用 传热计算主要依据：总传热速率方程和热量恒算 总传热速率方程 =KSAt 热量衡算式 无相变 =Wi cph (Ti-T)=Wecpe (t2-) (热负荷) 有相变 2=Wn[r+cpn(T,-T2)]=Wecpe(t2-1) 应用条件： ◆定态流动，qm为常数；cp为常数； ◆K为常数； 忽略热损失。 2

4.4.4 总传热速率方程的应用 传热计算主要依据：总传热速率方程和热量恒算 总传热速率方程 m Q  K S  t 热量衡算式 (热负荷) 无相变 有相变 应用条件： 定态流动，qm为常数； cP为常数； K为常数； 忽略热损失。 Q  Whcph T1 T2   Wc cpc t2  t1 Q  W h r  c p h  Ts  T2   W c c p c  t 2  t1    2

K的计算 1 +R,0+ d。+ do K 00 adm adi △t1-△12 平均温度差 △tm= In △t1 △t2 设计计算 根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器 的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。 3

设计计算 根据生产任务的要求，确定换热器的传热面积及换热器 的其它有关尺寸，以便设计或选用换热器。 i i i si m s d d d d R d bd R K    0 0 0 0 0 1 1      2 1 1 2 ln t t t t tm        Ｋ的计算 平均温度差 3

例：热流体的冷却 已知：Wh1T1、T2ti及Cpl,Cp2, 求：S、△tmK △m:需要选定2。↑，W2↓，操作费用↓。但△1m↓，S个，设 备费用个。一般按△1m不小于10℃来确定。 K: 与流体的流动方式和流速有关。速度↑，K值↑，传热面积 ↓，但流动阻力个，动力消耗个。基本原则：湍流、逆流。 对列管换热器的复杂流动，流向和流动空间的安排以温差 修正系数中4t不低于0.8为宜。 S: S= Q K△tnm 根据计算得出的S和选定的流动方式选出适合的换热器4

例：热流体的冷却 已知：Wh1、T1、T2、t1及cp1 ，cp2 ， 求：S、 tm、 K tm：需要选定 t2。t2， Wc2 ，操作费用。但 tm，S ，设 备费用。一般按 tm不小于10℃来确定 t2。 K： 与流体的流动方式和流速有关。速度 ，K值，传热面积 ，但流动阻力，动力消耗。基本原则：湍流、逆流。 对列管换热器的复杂流动，流向和流动空间的安排以温差 修正系数 φΔt 不低于 0.8 为宜。 m Q S K t   根据计算得出的 S 和选定的流动方式选出适合的换热器 S： 4

校核计算 判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过 程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。 ()产量改变造成工艺流体流量的变化，要求预测现有换热 器在冷流体流量和进口温度不变的条件下，工艺流体的 出口温度T2。 (2)上游设备工况改变而引起工艺流体的进口温度发生变化， 需预测出口参数的变化

校核计算 判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过 程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。 (1) 产量改变造成工艺流体流量的变化，要求预测现有换热 器在冷流体流量和进口温度不变的条件下，工艺流体的 出口温度 T2。 (2) 上游设备工况改变而引起工艺流体的进口温度发生变化， 需预测出口参数的变化。 5

(3)冷却剂水的进口温度受季节和气候影响，从而会使工艺流 体的出口参数产生波动，需预测出口温度的波动值。 (4)新换热器刚投入使用时，垢层尚未形成，其总传热量系数 K远大于考虑了污垢热阻的设计值，需要预测K的这种变 化对传热的影响。 己知T,但T2、12和Q未知 因此△t无法计算，显然必须试差，即 假定12→T2→△tm→KS△tm=Q 6

(3) 冷却剂水的进口温度受季节和气候影响，从而会使工艺流 体的出口参数产生波动，需预测出口温度的波动值。 (4) 新换热器刚投入使用时，垢层尚未形成，其总传热量系数 K 远大于考虑了污垢热阻的设计值，需要预测 K 的这种变 化对传热的影响。 T1 1 2 2 已 知 、 t ， 但 T 、 t 和 Q 未 知 2 2 , m m m t t T t K S t Q        因 此 无 法 计 算 显 然 必 须 试 差 ， 即 假 定 6

1.传热面积的计算一一 核心内容 需要的基本关系是：总传热速率方程和热量衡算式 2=Whcph (Ti-T2)=Wecpe (t2-t) S= Q=KS△tm K△tm 1)总传热系数K为常数 冷热流体的热容及K不随管长变化，流体的物性随温度变化 不大 7

1.传热面积的计算——核心内容 需要的基本关系是：总传热速率方程和热量衡算式 冷热流体的热容及K不随管长变化，流体的物性随温度变化 不大 m K t Q S   Q K m  St 1 2 2 1 ( ) ( ) Q Wh ph c pc  c T T W c t t 7

2)总传热系数K为变量 (1)若K随温度呈线性变化时，使用下式 Q=SKA43-K△1 In K1△t2 (K△t)m对数平均值 K2△t1 (2)若K随温度不呈线性变化，换热器可分段计算 △Q,=K,(△tm),△S 0-20:成s=艺K

2）总传热系数K为变量 （1）若K随温度呈线性变化时，使用下式 2 1 1 2 1 2 2 1 ln K t K t K t K t Q S       j 1 j 1 j m j ( ) Q ; S K ( t ) j j m j j n n j j Q K t S Q Q             或  ( K  t ) m 对数平均值

将每段中的物性、传热系数K视为常量，分段计算传 热温差△1m和相应的热流量2及传热面积S, Q,=WcCP,c△te,J 或 Qj=WnCp,h△th,j S,=O,/Kj△tm 总传热面积： S=ΣS,=ΣK,Am (3)若K随温度变化较大时，由传热速率方程和热量衡算的微 分形式 或 s- 不能用解析法求解时，可采用数值积分、图解积分或分段 计算的方法。 9

（3）若K随温度变化较大时，由传热速率方程和热量衡算的微 分形式     2 2 1 1 T t c c T t 0 0 S S Wh ph h c dT W c dt S dS S dS K T t K T t           或   将每段中的物性、传热系数Kj视为常量，分段计算传 热温差△tmj和相应的热流量Qj及传热面积Sj， j C P C c j Q W C t  ,  , 或 j h P h h j Q W C t  ,  , j j j mj S  Q / K t 总传热面积 ：      j mj j j K t Q S S 不能用解析法求解时，可采用数值积分、图解积分或分段 计算的方法。 9

【例4-8】在一单壳程、四管程的管壳式换热器中，用水冷 却热油。冷水在管程流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃， 热油在壳程流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。热油的 流量为1.25kgs,平均比热容为1.9kJ/(kg℃)。若总传热系数为 470W/(m2.℃)，试求换热器的传热面积。 解：9=W6ch(T1-T2)=1.25×1.9×103(120-40) =190kW M.=A4-=120-32）二40-15》=50℃ In Af 120-32 n △t2 40-15 R=71-T2=120←40 =4.71 P=12-4=32-15 =0.162 12-t132-15 T1-t1120-15 查图4-19(a)pat=0.89 △tm=PAtAIm=0.89×50=44.5℃ S= Q -=190×103 =9.1m2 K△tm470×44.5 10

【例4-8】 在一单壳程、四管程的管壳式换热器中，用水冷 却热油。冷水在管程流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃， 热油在壳程流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。热油的 流量为1.25 kg/s，平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)。若总传热系数为 470 W/(m2·℃)，试求换热器的传热面积。 解： Q Whc ph T T  1.25 1.9 10 120 40 190kW 3  1  2    （  ）＝ 50 40 15 120 32 ln 120 32 40 15 ln 2 1 1 2 ＝ （ ）－（ ） ＝             t t t t tm ℃ 4 .71 32 15 120 40 2 1 1 2 ＝ ＝      t t T T R 0 .162 120 15 32 15 P 1 1 2 1 ＝ ＝      T t t t 查图 4 -19（a)  t  0.89  t m    t  t m   0 .89  50  44 .5℃ 2 3 m 9 .1 470 44 .5 190 10 K t Q S  m     ＝ 10