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1、第十章 传热过程分析及换热器热计算,10-1 传热过程分析和计算,1.通过平壁的传热,q1=q2=q3=q,传热系数,传热方程,h1和h2的计算,若一侧，如左侧介质为H2O+CO2等具有辐射、吸收特性的气体，且温度很高，需要考虑辐射特性。,传热方程：,2.通过圆管的传热,h0,tf0,hi,tfi,twi,tw0,r,r0,ri,0,t,l,1=2=3=,对外侧而言：,h0,tf0,hi,tfi,twi,tw0,r,r0,ri,0,t,l,对外侧而言：,习惯上，工程计算都以管外侧面积为基准，因此k未加角码“0”。,从总热阻角度：,不考虑结垢,3.通过肋壁的传热,理想散热量,肋效率,肋面总效率,
2、以肋侧表面积A0为基准的肋壁传热系数：,为了与未加肋平壁传热相比较，可以写出以光侧表面积Ai为基准的肋壁传热系数：,肋化系数：,工程计算中，为表征一种强化表面相对光滑表面的优越性，一般都以未加肋时的表面积（或扎制肋片前胚管面积）做计算总传热系数及传热量的面积。对比各种肋片表面传热性能时，必须对计算面积有清楚的了解,由,外侧热阻：,4.临界热绝缘直径,反比,通过绝缘层的换热量：,临界热绝缘直径，记为dcr,由,通过圆管的换热量：,例1：蒸汽管道，管道外侧包有水泥珍珠岩保温层，管的热损失。,保温材料导热系数：=0.1W/(mK),外界对流换热系数：h0=9W/(K),临界热绝缘直径dcr:,例2：
3、铝线外径绝缘层厚度不同时每米电线的散热量。,绝缘材料导热系数：=0.15W/(mK),外界对流换热系数：h0=10W/(K),临界热绝缘直径dcr:,若didcr，则d0，消弱传热；d0dcr，,讨论,1.强化传热,2.圆筒壁削弱传热,b）在h极小一侧加肋片,a）,一般小、大/极小，可以忽略,则h1或h2,例2：铝线外径绝缘层厚度不同时每米电线的散热量。,计算换热量：,分析：,计算：,10-2 换热器类型及平均温差,蓄热式：,炼铁高炉、炼钢平炉用来预冷或预热空气,火力发电厂冷却塔、化工厂,混合式：,间壁式：,应用最广，冷、热两流体由壁面间隔开来而分别位于壁面两侧,1）套管式换热器,2）壳管式换
4、热器,1.间壁式换热器的主要型式,3）交叉流换热器,4）板式换热器,5）螺旋板式换热器,(hot),(cold),2.简单顺流及逆流换热器的对数平均温差,(hot),(cold),由图可见：,热流体沿程放热，温度不断下降；冷流体沿程吸热，温度不断上升；冷热流体间的温差沿程不断变化,传热量：,整个传热面积上的平均温差,顺流：热流体下标“1”冷流体下标“2”,1）冷热流体的质量流量分别为qm1、qm2。比热容C1、C2，且C1=Const、C2=Const；2）传热系数在整个换热表面上不变；3）换热器无散热损失；4）换热表面中沿管子轴向的导热量可以忽略不计。,假设：,热流体：,冷流体：,通过dA的
5、温差：,通过dA的热量：,；并利用；,分离变量,积分,可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为：,对数平均温差,同样适用于逆流换热，只是,统一表达形式：,3.其它复杂布置时换热器平均温差计算,适用于套管式、螺旋板式换热器计算,对于壳管式、交叉流式换热器平均温差的计算：,是将给定的冷、热流体的进出口温度布置成逆流时的对数平均温差,是小于1的修正系数,这样，复杂布置时平均温差的计算就归结为获得修正系数,工程应用中，通常采用查表获取修正系数,10-3 换热器的热计算,热计算,设计计算,不是独立变量,校核计算,换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式,共有8个自变量,对设计计
6、算：,对校核计算：,设定 和4个进、出口温度中的3个温度，最终求,设定 和2个进口温度，最终求出口温度,换热器热计算的方法,平均温差法,传热单元数法,1.换热器设计计算的平均温差法,具体设计计算步骤：,1）初步布置换热器，并计算出相应的传热系数k,3）由冷、热流体的4个进、出口温度确定tm，计算式注意保持修正系数具有合适的数值。,2）根据给定条件，由热平衡式 求出进、出口温度中的那个特定温度,4）有传热方程 求出所需的换热面积A，并核算换热面积两侧流体的流动阻力,5）如流动阻力过大，改变方案重新设计,设定 和4个进、出口温度中的3个温度，最终求,2.换热器校核计算的平均温差法,具体设计计算步骤
7、：,3）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k,1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡方程 求出另一个流体的出口温度,2）根据4个进、出口温度求得平均温差tm,4）已知kA和tm，求，此时由于流体出口温度是假设的，因此求出的未必真实。,设定 和2个进口温度，最终求出口温度,5）由4个进、出口温度，用热平衡方程式求得另一个，同理，这个也是假设的。,6）比较4）、5）步骤求得的两个值，一般两者不一致，再重新假设一个流体出口温度重复以上步骤1）到6）直到4）、5）两个相差2%5%。,3.换热器的结垢及结垢热阻,污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用Rf表示:,k为有污垢后的换热面的传热系数，k0为洁净换热面的传热系数。,对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成：,管壁导热热阻,外侧污垢热阻,内侧污垢热阻,内侧表面传热系数,外表面与内表面面积比,外侧表面传热系数,肋面总效率（若表面未加肋，则0=1）,作业：10-3，13,简答：P23.1,3,5,6P88.1,3,4P151.1,2,6P185.1,2,6P224.1,2,5P286.1,4,9P338.1,5,8P387.1,3,4,6,7,8P445.1,4,5,7,8,9,
