大连理工大学：《化工原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 传热（4.4）传热计算

一、能量衡算 第四章 二、总传热速率微分方程 传热 三、总传热系数 四、平均温度差 五、传热面积的计算 第四节 六、传热单元数法 传热计算 七、壁温的计算 八、保温层的临界直径 下页 國国 2021/2/21

2021/2/21 第四章 传热 一、能量衡算 二、总传热速率微分方程 三、总传热系数 四、平均温度差 五、传热面积的计算 六、传热单元数法 七、壁温的计算 八、保温层的临界直径 第四节 传热计算

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, 传热计算 以便设计或选用换热器。 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。 依据:总传热速率方程和热量恒算 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 传热计算 设计计算 校核计算 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。 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。 依据：总传热速率方程和热量恒算

、热量衡算 热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系 对于间壁式换热器,假设换热器绝热良好,热损失可忽略 则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸 收的热量。即Q=W(Hn-HAn)=W(Ha-H2) —换热器的热量衡算式 应用:计算换热器的传热量 若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度 下的比热时Q=Wc ph T2)=W 2 C pc (2-4) 2021/2/21 上页下页返回

2021/2/21 一、热量衡算 热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系 对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略 则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸 收的热量。即： ( ) ( ) Q = Wh Hh1 − Hh2 = Wc Hc1 − Hc2 ——换热器的热量衡算式 应用：计算换热器的传热量 若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度 下的比热时 ( ) ( ) 1 2 2 1 Q W c T T W c t t = h p h − = c p c −

若换热器中热流体有相变化,例如饱和蒸汽冷凝,冷凝 液在饱和温度下离开 Q=Wh r=Wecnt2-t) 若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器 2=Wnr+ ph( 2 T,川=Wcn(t pc 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝 液在饱和温度下离开。 ( ) 2 1 Q W r W c t t = h  = c p c − 若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器  ( ) ( ) 2 2 1 Q W r c T T W c t t = h + p h s − = c p c −

、总传热速率方程 通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速 率方程,可以仿照对流传热速率方程写出: dQ=K(T-tdS=k△taS 总传热速率微分方程or传热基本方程 K——局部总传热系数,(Wm2) 物理意义:在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传 热速率。 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 二、总传热速率方程 通过换热器中任一微元面积的间壁两侧的流体的传热速 率方程，可以仿照对流传热速率方程写出： dQ = K(T −t)dS = KtdS ——总传热速率微分方程 or 传热基本方程 K——局部总传热系数，（w/m2℃） 物理意义：在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传 热速率

当取△t和k为整个换热器的平均值时,对于整个换热器 ,传热基本方程式可写成 Q=KS△tm K—换热器的平均传热系数,w/m2K 或O=A/1 一总传热热阻 KsKs 注意:其中K必须和所选择的传热面积相对应,选择的 传热面积不同,总传热系数的数值不同 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 当取△t和k为整个换热器的平均值时，对于整个换热器 ，传热基本方程式可写成： m Q = KSt 或 K——换热器的平均传热系数，w/m2·K KS Q t m 1 =  / KS 1 ——总传热热阻 注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的 传热面积不同，总传热系数的数值不同

传热基本方程可分别表示为: Q=K SAtm=KoSoAtm=kmsmAt 式中: K,、K。、Kn分别为管内表面积、外表面积和内外侧 的平均表面积的传热系数,wm2K 换热器管内表面积、外表面积和内外侧 的平均面积,m2。 注:工程上大多以外表面积为计算基准,K不再加下标“o 2021/2/21 上页返回

2021/2/21 传热基本方程可分别表示为： i i m m m m m Q = K S t = K S t = K S t 0 0 式中： Ki、Ko、Km——分别为管内表面积、外表面积和内外侧 的平均表面积的传热系数，w/m2·K Si、So、Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧 的平均面积，m2 。 注：工程上大多以外表面积为计算基准，Ko不再加下标“ o

总传热系数 1、总传热系数K的来源 1)生产实际的经验数据 2)实验测定 3)分析计算 2、传热系数K的计算 流体通过管壁的传热包括: 1)热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热 lQ=ao r )d 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 三、总传热系数 1、总传热系数K的来源 1) 生产实际的经验数据 2) 实验测定 3) 分析计算 2、传热系数K的计算 流体通过管壁的传热包括： 1) 热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热 ( ) dQ =o T −Tw dSo

2)通过管壁的热传导dQ= b 3)管壁与流动中的冷流体的对流传热O=a1(tn-t)S1 间壁换热器总传热速率为:dQ=K(T-)kS0 T-t At T do W W W b R Kds 0 doas o nds t -t N, R a ds 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 2) 通过管壁的热传导 m w w dS b T t dQ  − = 3) 管壁与流动中的冷流体的对流传热 ( ) i w i dQ = t − t dS 间壁换热器总传热速率为： ( )dS0 dQ = K T − t T t KdS T t dQ  = − = 0 1 0 0 1 dS T T W  − = 1 1 R t = m W W dS b T t  − = 2 2 R t = i i w dS t t  1 − = 3 3 R t =

利用串联热阻叠加原则: dQ △T△t1+△t2+△ R r+r+ r b Kdso adso nds m a dS 若以外表面为基准 1 1 bdS K ao ndsm a, ds 2021/2/21 上页下页返回

2021/2/21 利用串联热阻叠加原则： R T dQ  = 1 2 3 1 2 3 R R R t t t + +  +  +  = m i i dS dS b KdS  dS   1 1 1 0 0 0  = + + 若以外表面为基准 m i i dS dS dS bdS K    0 0 0 1 1 = + + dS =d dl m dm d dS  dS0 = 0 i di d dS dS0 0 , =