浙江大学：《化工原理》本科课程教学资源（PPT课件）第五章 传热过程计算与换热器（习题课）

幻灯片3目录 第五章传热过程计算与换热器 习题课 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 1/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 1/23 第五章 传热过程计算与换热器 幻灯片3目录 习题课

习题课操作型分析 热量衡算和传热速率 例3:无相变的冷、热流体在套管式换热器中进行换热,今 若热流体的质量流量增大,而其它操作参数不变,试定性分 析K、Q、t2、T2、Δtm的变化趋势。 套管式 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 2/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 2/23 热量衡算和传热速率 t1 T1 T2 ? t2 ? 套管式 m1  习题课--------操作型分析 例3：无相变的冷、热流体在套管式换热器中进行换热，今 若热流体的质量流量增大，而其它操作参数不变，试定性分 析K、Q、t2、T2、tm的变化趋势

LMTD法: Q=K△tn4 2=m,CPIT,-T2) Q=m2cn2(2-t1) m b +Ra1+ T a+ KA a1A 4 A 2 套管式 K:a1=03Re18Pr1"a1以败个 0.8 Q:排除法 内 假设Q不变,由式1得△tn↓ 由式2得T2个,由式3得t2不变,t2 △,个 出现矛盾的结果,故假设不成立 浙江大学本科生课程 A 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 3/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 3/23 Q = Kt m A (1) ( ) 1 1 T1 T2 Q m c = p − (2) ( ) 2 2 2 1 Q m c t t = p − (3) 2 2 1 2 1 1 1 1 1 A Ra A b Ra KA  A  m  = + + + + (4) LMTD 法： K： n d 1 0.8 1 1 1 0.023 Re Pr 内   = 0.8  1  u1 K Q：排除法 假设 Q 不变，由式 1 得t m  由式 2 得T2  ，由式 3 得t 2 不 变， T1 t2 T2 t1 0 A t m  出现矛盾的结果，故假设不成立 m1 2不变 t1 T1 T2 ? t2 ? 套管式 m1 

Q=K△tnA Q=mcn(r1-T2)(2) m Q=m2cm2(2-t1)(3) b +Ra,+ +Ra,+ KA a1A1 A 套管式 假设Q变小,由式1得△tn↓ 由式2得T,个,由式3得t,↓, →△个故假设不成立 Q个 t:由式3知2个 A 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 4/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 4/23 假设 Q 变小，由式 1 得tm  由式 2 得 T2  ，由式 3 得 t 2  ， T 1 T 2 0 A tm  故假设不成立 Q  t2：由式 3 知t2  Q = Kt m A (1) ( ) 1 1 T1 T2 Q m c = p − (2) ( ) 2 2 2 1 Q m c t t = p − (3) 2 2 1 2 1 1 1 1 1A Ra Ab Ra KA  A  m  = + + + + (4) t 1 T 1 T 2 ? t 2 ? 套管式 m 1 

Q=K△tmA Q=m,cI TI-T2 (2) Q=m2cn2(2-1)(3) 2排除法 KAa1+Ra1+、6 +Ra,+ a4 (4) 假设T2不变,口由式2知Qam1,T 由a11"知K随m增加的幅度小于08次 故由式1知Q随m增加的幅度小于0.8次方 与Qm相矛盾,故假设不成立 0 A 假设T2变小,→由式2知Q随m1增加的幅度大于1次方 由a1∞u1知K随m增加的幅度小于0.8次方, 由式1知Q随m1增加的幅度小于0.8次方 与Q随m增加的幅度大于1次方的结论相矛盾,故假设不成立 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 T2↑ 5/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 5/23 排除法 假设 T2不变， 与Qm1相矛盾，故假设不成立 T2：tm  由 0.8  1  u1 知 K 随 m1 增加的幅度小于 0.8 次方， 故由式 1 知 Q 随 m1增加的幅度小于 0.8 次方 T1 T 2 0 A 与 Q 随 m1增加的幅度大于 1 次方的结论相矛盾，故假设不成立 tm  由 0.8  1  u1 知 K 随 m1 增加的幅度小于 0.8 次方， 由式 1 知 Q 随 m1增加的幅度小于 0.8 次方 假设 T2变小， T2  Q = Kt m A (1) ( ) Q = m1c p1 T1 − T2 (2) ( ) 2 2 2 1 Q m c t t = p − (3) 2 2 1 2 1 1 1 1 1A Ra Ab Ra KA  A  m  = + + + + (4) t 2  由式 2 知 Q  m 1 ， 由式 2 知 Q 随 m1增加的幅度大于 1 次方 t 2 

Mtn:无法判断 逆流 A 0 并流 A 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 6/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 6/23 : m t 无法判断 T1 T2 t2 t1 0 A T1 T2 t1 t2 逆流 0 A 并流

E-NTU法 n,C n. pc Rh R T1-T2 T-t m KA NTU NTU- KA h ph n c 教材P262图57~8 套管式 K:a1=003Re"P1"=2不交一k个 0.8 内 KA Cn个NTU aC 由教材P6图可知,T1 励h m> n. M. NTU R e vg KA↑→Bc=T1-t 上↑:t2个口Q Pc 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 7/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 7/23 -NTU 法 c p c h p h Rh m c m c C = ， h p h c p c Rc m c m c C = 1 1 1 2 T t T T h − −  = 1 1 2 1 T t t t c − −  = h p h h m c KA NTU = , c p c c m c KA NTU = 教材 P262 图 5-7~8 , CRh =   m h ph h h m c m KA NTU 1 (m  0) 由教材 P262 图可知，  − − = 1 1 1 2 T t T T h  T2  , CRc =  c pc c m c KA NTU  − − = 1 1 2 1 T t t t c  t 2  Q  t1 T1 T2 ? t2 ? 套管式 m1  n d 1 0.8 1 1 1 0.023 Re Pr 内  K： = 0.8  1  u1 K m1 2不变

△tn:无法判断 快速分析: m1→a1个,K个,Q↑→t2个,2↑→Δn不定 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 8/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 8/23 : m t 无法判断 m1 1 ,K ,Q t 2 ,T2 t m 不定 快速分析：

Q=K△tmA (1) Q=m2cn1(1-T2)(2) Q=m2cn2(2-t1)(3 练习无相变的冷、热流体k=a,A+kmn+4n+Rn2+a2A2(4) 在套管式换热器中进行换热, 今若冷流体的进口温度t1下 降,而其它操作参数不变, 试定性分析K、Q、t2、T2、T Δtn的变化趋势。 LMTD法: K:K不变∵a1a2不变 套管式 Q:Q↑排除法 T 2 △△tn个 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算刂换热器 9/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 9/23 t1  T1 T2？ t2？ 套管式 LMTD 法：K 不变 Q  T2  t2 ： K： Q： T2： m t  1 、 2 不变 排除法 t m  T1 T2 0 A t 2  练习1 无相变的冷、热流体 在套管式换热器中进行换热， 今若冷流体的进口温度t1下 降，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、t2、T2、 tm的变化趋势。 Q = Kt m A (1) ( ) Q = m1 c p1 T1 − T2 (2) ( ) 2 2 2 1 Q m c t t = p − (3) 2 2 1 2 1 1 1 1 1 A Ra A b Ra KA  A  m  = + + + + (4)

E-NTU法 n,C n. pc Rh R T1-T2 T-t KA NTU NTU- KA h ph n c 教材P262图57~8 套管式 C不变M不变口不变哈T2口Q个→An↑ 2-1+T1 C2不变M不变口s不变6=T=1-t 不变 T1-t1 浙江大学本科生课程 化工原理 第五章传热过程计算与换热器 10/23

浙江大学本科生课程 化工原理 第五章 传热过程计算与换热器 10/23 K ： K 不变 h1、h2 不变 CRh不变 NTUh不变 Q   c不变 T2  CRc不变 NTUc不变  h不变 tm  1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 T t T t T t t t T T c −− = − − − + −  = 不变 1 1 1 2 T t T t −−  t 2  -NTU 法 c p c h p h Rh m c m c C = ， h p h c p c Rc m c m c C = 1 1 1 2 T t T T h −−  = 1 1 2 1 T t t t c −−  = h p h h m c KA NTU = , c p c c m c KA NTU = 教材 P262 图 5 - 7 ~ 8 t 1  T 1 T 2 ？ t 2 ？ 套管式