重庆科技学院教案用纸 第6章综合传热计算 第一次课课题:§6.2散料层内热交换 本课的基本要求 会用固定、流化料层的传热量计算公式。 本课的重点、难点: 本课的重点及难点是固定料层、流化料层的传热量计算公式的应用。 §62散料层内热交换 散料层(固定料层)内的热交换是气、固两相之间的热量传输现象,其热量传输过程比 较复杂。 为揭示其一般规律,在研究它们之间的热交换过程时,常作如下假设: (1)炉料与炉气沿整个容器横截面均匀流动。 (2)炉料与炉气的水当量保持不变。 (3)料块尺寸在热交换过程中不发生变化。 (4)料层内换热系数为常数 、料块内部热阻很小(Bi≤025)时的热交换 在此条件下,可认为料块内、外部温度始终是均匀一致的。 参看图6-2-1,在d时间内,单位体积料层内气体传给料块的热量为 dQ=aa(tts Avdt 在此范围内炉气发生的温度变化应为 同样,物料的温度变化为 t (b) 由以上关系有
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第 6 章 综合传热计算 第 一 次课 课题： §6.2 散料层内热交换 一、本课的基本要求： 会用固定、流化料层的传热量计算公式。 二、本课的重点、难点： 本课的重点及难点是固定料层、流化料层的传热量计算公式的应用。 §6.2 散料层内热交换 散料层（固定料层）内的热交换是气、固两相之间的热量传输现象，其热量传输过程比 较复杂。 为揭示其一般规律，在研究它们之间的热交换过程时，常作如下假设： （1）炉料与炉气沿整个容器横截面均匀流动。 （2）炉料与炉气的水当量保持不变。 （3）料块尺寸在热交换过程中不发生变化。 （4）料层内换热系数为常数。 一、 料块内部热阻很小（Bi≤0.25）时的热交换 在此条件下，可认为料块内、外部温度始终是均匀一致的。 参看图 6-2-1，在 dτ 时间内，单位体积料层内气体传给料块的热量为 dQ=αA(tg-ts)Avdτ 在此范围内炉气发生的温度变化应为 g t W dQ d g = − 同样，物料的温度变化为 S t W dQ d S = − 由以上关系有
重庆科技学院教案用纸 d(t,-ts WW 积分后有 W 或t-ts=(t2-ts)exp 如果在换热终端,即τ=τ2,则可得终端温差为 CA W t, -ts=(t, -ts)expl )2] W 由逆流热交换系数的热平衡方程可知 始端与任一截面之间wg(t-t2)=W(ts-ts 始端与终端之间wa(t2-t)=ws(ts-ts) 由以上四式联立求解得 tg DE 当τ=v2时,则t=t故可得 te=t-(te-tsEo Eo值与-2及,函数关系如图所示。 0.8 0.6 0.2 0.010.020.050.10.20.51.02.05.010.0 当Wg<W且料层足够高的条件下,有 t=-(-t)1-e-W"(、化 若换热时间足够长,即τ→∞,则tg=tg
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 = − − − − (t t )A d ) W 1 W 1 ( d(t t ) A g S V g S g S 积分后有 − = − − − ) W W (1 W A t t t t ln S g g A V " S ' g g S 或 ) ] W W (1 W A t t (t t ) exp[ S g g " A V S ' g S g − − = − − 如果在换热终端，即 τ=τ2，则可得终端温差为 ) ] W W (1 W A t t (t t ) exp[ 2 S g g " A V S ' g ' S " g − − = − − 由逆流热交换系数的热平衡方程可知 始端与任一截面之间 W (t t ) W (t t ) S " g S S ' g g − = − 始端与终端之间 W (t t ) W (t t ) ' S " S S " g ' g g − = − 由以上四式联立求解得 t t (t t )E ' S ' g ' g = g − − 当τ=τ2 时，则 tg＝tg ”故可得 0 ' S ' g ' g " t g = t − (t − t )E E0 值与 2 g A V W A 及 S g W W 函数关系如图所示。 当 Wg＜Ws 且料层足够高的条件下，有 ) ]} W W (1 W A t t (t t ){1 exp[ S g g ' A V S ' g ' g " g − = − − − − 若换热时间足够长，即τ→∞，则 ' g " g t = t
重庆科技学院教案用纸 任意时刻的炉料温度为 ts=t+(t, -ts) 在换热终端,即τ=τ2时 ts=t+(tg-tsEo 当Wg>Ws且料层足够高时,有 t=t+(-)-e-Av(-以n 若料块入口温度为室温,或t≈0,则 t=1-ey、aAy,W (1-)r]} 在此基础上,若τ→∞,则有 每单位体积料层的热交换量可写为 Q=WE(tg-tg)=W(te-ts)Eo kJ/m EQ=Ws(ts -ts)=Ws(t, -tsEo kJ/m3 、炉气与料块间的换热系数 经验式 0.9—0.3 A MW(m2·K) 三、考虑料块内热阻时的热交换 总热阻为 R=-+k r 传热系数为 对于球形料块有 Ky=KA 对不规则料块则为
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 任意时刻的炉料温度为 ' ' S ' g ' t S = t S + (t − t )E 在换热终端，即τ=τ2 时， ' 0 ' S ' g ' S " t S = t + (t − t )E 当 Wg＞WS且料层足够高时，有 ) ]} W W (1 W A t t (t t ){1 exp[ g S S ' A V S ' g ' S S − = + − − − 若料块入口温度为室温，或 ts ’≈0，则 ) ]} W W (1 W A t T {1 exp[ g S S ' A V S g − = − − 在此基础上，若τ→∞，则有 ts ”=tg ’ 每单位体积料层的热交换量可写为 0 ' S ' g g " g ' Q = Wg (t g − t ) = W (t − t )E kJ/m3 或 0 ' S ' S g ' S " Q = WS (t S − t ) = W (t − t )E kJ/m3 二、炉气与料块间的换热系数 经验式 M d W T A 0.75 0.9 0.3 g v = F W/(m2·K) 三、考虑料块内热阻时的热交换 总热阻为 + = r k 1 R A （m·℃）/W 传热系数为 + = r k 1 1 K A W/（m2·℃） 对于球形料块有 + = + = = 9 1 V 1 r A k A 1 1 K KA 2 A V V V V V 对不规则料块则为
重庆科技学院教案用纸 K 112入
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 + 11.2 1 r 1 K 2 A V
重庆科技学院教案用纸 第二次课课题:§6.3余热利用设备及其热工计算 、本课的基本要求 1掌握换热器的工作原理,会换热器的设计与校核计算。 2.了解蓄热室的工作原理及计算 二、本课的重点、难点: 本课的重点是换热器的工作原理及计算,关键在于求出k、△t §63余热利用设备及其热工计算 利用余热利用设备可以节约燃料和提高燃烧温度。 换热器 1.换热器内流体的流动方式及水当量 顺流式:热流体与冷流体流向相同 逆流式:热流体与冷流体流向相反。 叉流式:热流体与冷流体流向相交叉。 其他流动方式都是以上三种方式的组合。 (b 换热器内流体的流动方式 (a)顺流(b)逆流(c)叉流(d)折流(e)顺叉流(f)逆叉流 在整个换热器内,热流体与冷流体之间有 Mc1(t1-t1)=M2c2(t2-t2) 用水当量表示为 W(t1-t1)=W2(t2-t2) 2.换热器的热工计算 (1)基本公式 q=k△taW/m3 Q=K△tpAW (2)平均温差△tp
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第 二 次课 课题：§6.3 余热利用设备及其热工计算 一、本课的基本要求： 1.掌握换热器的工作原理，会换热器的设计与校核计算。 2.了解蓄热室的工作原理及计算。 二、本课的重点、难点： 本课的重点是换热器的工作原理及计算，关键在于求出 k、Δtcp §6.3 余热利用设备及其热工计算 利用余热利用设备可以节约燃料和提高燃烧温度。 一、 换热器 1．换热器内流体的流动方式及水当量 顺流式：热流体与冷流体流向相同。 逆流式：热流体与冷流体流向相反。 叉流式：热流体与冷流体流向相交叉。 其他流动方式都是以上三种方式的组合。 换热器内流体的流动方式 （a）顺流（b）逆流（c）叉流（d）折流（e）顺叉流（f）逆叉流 在整个换热器内，热流体与冷流体之间有 M c (t t ) M c (t t ) ' 2 " 2 2 2 " 1 ' 1 1 1 − = − 用水当量表示为 W (t t ) W (t t ) ' 2 " 2 2 " 1 ' 1 1 − = − 2．换热器的热工计算 （1）基本公式 q=kΔtcp W/m3 Q=KΔtcpA W （2）平均温差Δtcp ' " " ' cp t t ln t t t − = ℃
重庆科技学院教案用纸 At=(t-t2)-(t1-t2)℃(顺流) Atp=(-t2)-(t;-ic(逆流) 当流体不是简单的顺流或逆流时,则平均温差计算式中应乘以修正系数ε,即 At-△t E△t的推导结果已整理成计算线图,见附图6。图中的R及P是水当量的比值及换热器的加 热温度效率。它们的定义式分别为 热流体的冷却度t1-t1W R冷流体的加热度t2t2W2 冷流体的加热度t2 R 两流体的进口温度t-t2 结论 l)ε△t越大,则Δtcp也越大 2)P值一定时,R值越小则ε△t值越大。 3)R值一定时,P值越小则εΔt值越大。 4)当R及P值一定时,流体的流程数越多则εΔt越大 (3)传热系数K W/(m2·℃) KA W/(m2·℃) A,+a 换热器的效率及流体终温 顺流式换热器的效率为 KA 1-exp ) W 逆流式换热器的效率为
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 (t t ) (t t ) ln (t t ) (t t ) t ' 2 ' 1 " 2 " 1 ' 2 ' 1 " 2 " 1 cp − − − − − = ℃（顺流） (t t ) (t t ) ln (t t ) (t t ) t " 2 ' 1 ' 2 " 1 " 2 ' 1 ' 2 " 1 cp − − − − − = ℃（逆流） 当流体不是简单的顺流或逆流时，则平均温差计算式中应乘以修正系数 εΔt，即 ' " " ' cp t t t ln t t t − = ℃ εΔt 的推导结果已整理成计算线图，见附图 6。图中的 R 及 P 是水当量的比值及换热器的加 热温度效率。它们的定义式分别为 2 1 ' 2 " 2 " 1 ' 1 W W t t t t R = − − = = 冷流体的加热度 热流体的冷却度 ' 2 ' 1 ' 2 " 2 t t t t R − − = = 两流体的进口温度 冷流体的加热度 结论： l）εΔt 越大，则Δtcp 也越大。 2）P 值一定时，R 值越小则 εΔt 值越大。 3）R 值一定时，P 值越小则 εΔt 值越大。 4）当 R 及 P 值一定时，流体的流程数越多则 εΔt 越大。 （3）传热系数 K 1 2 1 1 1 K + + = W/（m2·℃） 或 A K A A A A K A K A K A K n i 1 i i 1 2 n 1 1 2 2 n n = = + + + + + + = W/（m2·℃） 3．换热器的效率及流体终温 顺流式换热器的效率为 max min max min min W W 1 )] W W (1 W KA 1 exp[ + − − + = （6-3-15a） 逆流式换热器的效率为
重庆科技学院教案用纸 KA W 1-exp[-x-(1 (6-3-15b) W 写成函数关系式 e=f(NTU,m,流动方式) 80 NTU= KA KA NTU=一 顺流时e=f(N,W )图 逆流时εf(NTU,W W 二、蓄热室 1.蓄热室内传热过程的特点 蓄热室内的传热过程是通道内的砖格子(通道壁)交替地被加热及冷却,气体及砖格子 的温度都在连续地发生变化,属于不稳定导热过程 蓄热室内与换热器内传热过程的比较图 a)一换热器;(b)一蓄热室 从图中看出,砖格子通道表面温度随时间的变化规律为抛物线型,且 加热期△w:1=twm+K1(twms-twmn)
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 max min max min min W W 1 )] W W (1 W KA 1 exp[ − − − − = （6-3-15b） 写成函数关系式 ε=f（NTU， max min W W ，流动方式） （6-3-16） 顺流时ε=f（NTU， max min W W ）图 逆流时ε=f（NTU， max min W W ）图 二、蓄热室 1．蓄热室内传热过程的特点 蓄热室内的传热过程是通道内的砖格子（通道壁）交替地被加热及冷却，气体及砖格子 的温度都在连续地发生变化，属于不稳定导热过程。 蓄热室内与换热器内传热过程的比较图 （a）—换热器；（b）—蓄热室 从图中看出，砖格子通道表面温度随时间的变化规律为抛物线型，且 加热期 t t K (t t ) W,min 1 W,max W,min cp W,1 = + −
重庆科技学院教案用纸 冷却期△t2=twmn+(1-K1)twm-twm <3时,K=0.73-0.0 若取加热期及冷期内K1的平均值为0.67,则 3 加热期 s 2 tomi 冷却期 砖格表面温度及其平均温度图 加热期末及冷却期末砖格内 断面上的温度分布图 加热期末砖体的平均温度 △t=tm 冷却期末砖体的平均温度 中p 从以上分析可以看出,蓄热室内气体与砖体间传热的特点与通过表面热通量为常数的边 界条件相接近。 2.蓄热室内传热系数 a3∞*(1+B)°6,1 蓄热室内通过砖格内部的热阻分为两部分,一项为 与蓄热能力有关;另一项为 (1+B)28 与砖格在厚度方向上的导热能力有关 3λτ0 当6=[3工BP时,民最小
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 冷却期 t t (1 K )(t t ) W,min 1 W,max W,min cp W,2 = + − − 当 3 2 时， 2 K 0.73 0.05 = − 若取加热期及冷期内 K1 的平均值为 0.67，则 (t t ) 3 1 t t w,max w,min cp W,2 cp W,1 − = − 砖格表面温度及其平均温度图 加热期末及冷却期末砖格内 断面上的温度分布图 加热期末砖体的平均温度 w,max 1 cp k,1 t 3 2 t = t − 冷却期末砖体的平均温度 w,min 2 cp k,2 t 3 2 t = t + 从以上分析可以看出，蓄热室内气体与砖体间传热的特点与通过表面热通量为常数的边 界条件相接近。 2．蓄热室内传热系数 0 2 2 2 1 1 1 ] 3 (1 ) c 1 [ 3 1 1 1 K + + + + = kJ/(m2·℃) 蓄热室内通过砖格内部的热阻分为两部分，一项为 c 1 ，与蓄热能力有关；另一项为 0 2 3 (1 ) + ，与砖格在厚度方向上的导热能力有关。 当 0.5 2 0 ] (1 ) 3 [ + = 时， Rk 最小