基础化学实验教学示范《化工原理实验》课程教学课件（上册，讲稿）第四章 传热 4.4 传热过程计算

第四章热量衡算传热总传热速率方程三、总传热系数第四节四、平均温度差法传热过程计算五、传热单元数法下页助滋画2025/11/11

2025/11/11 第四章 传热 一、热量衡算 二、总传热速率方程 三、总传热系数 四、平均温度差法 五、传热单元数法 第四节 传热过程计算

根据生产任务的要求，确定换热器的设计计算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。医操作计算判断一个换热器能否满足生产任务的5区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。-2依据：总传热速率方程和热量衡算服返上页下页回2025/11/11

2025/11/11 传热计算 设计计算 操作计算 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衡算

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L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,(Hhl - Hh2)=W(Hcl -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Q = WhCph(Ti -T2)= W.Cpc(t2 -t)返上页页回下2025/11/11

2025/11/11 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 ph   c pc 

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 = W.Cpc(t2 -t)若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器.MQ=W, [r+Ch(T,-T)J=W.ce(t2 -t)上页下页返回2025/11/11

2025/11/11 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 pc  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 ph s c pc     

总传热速率方程二、对流传热温度分布世店院温度中页返上下页回2025/11/11

2025/11/11 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：楼dO = K(T -t)dS = K△tdS摩总传热速率微分方程or传热基本方程K一局部总传热系数，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：反映了传热过程的强度及传热总阻力大小。服返上页下页回2025/11/11

2025/11/11 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；反映了传热过程的强度及传热总阻力大小

当取△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：L = KS△tmK换热器的平均传热系数，W/（m?·K）总传热热阻或O = △tmKSKS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。页返上下页回2025/11/11

2025/11/11 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 tm 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,S,Atm = KoSoAtm = KmSmAtm式中：分别为管内表面积、外表面积和内外K,.KKm侧的平均表面积的传热系数，W/（m?·K)换热器管内表面积、外表面积和内外侧S,.S.Sm的平均面积，m2。“o”注：工程上大多以外表面积为计算基准，K不再加下标返上页下页回2025/11/11

2025/11/11 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

三、总传热系数I修1、总传热系数K的来源号P229表4-6生产实际的经验数据1实验测定2)分析计算3)2、传热系数K的计算流体通过管壁的传热包：1）热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热心dQ= α(T - T)dS。= (T -T)/(1 / αodS.)2修返上页下页回2025/11/11

2025/11/11 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 P229表4-6 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       0 0 dQ T T dS T T / 1/ dS o  w o   w 

T,-t.W2）通过管壁的热传导do:ba ds.mdQ= α,(tw-t)ds3）管壁与流动中的冷流体的对流传热2间壁换热器总传热速率为：dQ=K。(T-t)dS。（基于间壁换热器外表面）t-tT-tT-TwTw-twdob11Iads.K。 dS.α; ds,αo dS.上页下页返回2025/11/11

2025/11/11 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：   0 0 dQ  K T  t dS 0 0 1 K dS T t dQ   0 0 1 dS T TW    m W w dS b T t    i i w dS t t 1    （基于间壁换热器外表面）