文档介绍：传热过程的基本问题
⑴载热体用量的确定;
⑵设计新的换热器;
⑶核算现有换热器的传热性能;
⑷强化或削弱传热的方法。
解决这些问题需要两个基本关系式
热量恒算式
若忽略过程热损失
传热速率关系
传热速率(热流量) Q :单位时间内所交换的热量(W)
——传热基本方程式
传热通量(热流密度) q:单位时间单位传热面积上传递的热量(W/m2)
K ——总传热系数,W/(m2·K)
传热过程的计算
传热负荷
生产上对物料加热(冷却)时所需提供(移除)的热量,即生产工艺需要的传热速率(传热任务) 。
设: Q —传热速率,W;
W1、W2 —热、冷流体的质量流率,kg/s;
Cp1、Cp2 —热、冷流体的比热,J/(kg·K);
T1、T2 —热流体的进、出口温度,℃;
t1、t2 —冷流体的进、出口温度,℃;
r —流体的汽化或冷凝潜热,kJ/kg。
无相变:
有相变:
若忽略热损失,则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量
传热温差:推动力
换热过程中,热流温度沿程降低,冷流温度沿程升高,故冷热流体温度差在换热器表面各点不同。
当用传热基本方程式计算整个换热器的传热速率时,必须使用整个传热面积上的平均温差。
传热温差:推动力
在换热器中取微分长度 dl,其传热面积为 dA
两流体通过微分面积 dA 交换的热量为
t1
t2
T1
T2
dl
dA
T
t
假定:
⑴在传热过程中,热损失忽略不计;
⑵两流体的比热为常数,不随温度而变;
⑶总传热系数 K 为常数,不沿传热表面变化。
传热温差:推动力
热流放出的热量
冷流吸收的热量
两式相减并令
逆流传热微分式
dl
dA
T
t
传热温差:推动力
两边求积分
根据换热器总热量恒算式
两式相减
比较传热基本方程式
同样可推出并流传热平均温差计算式
逆流和并流传热的平均温差的特点
T1、T2、t1、t2 相同时,逆流平均温差大于并流平均温差。当传热量一定时,逆流操作所需的传热面积小于并流操作。
逆流时热流体的出口温度可低于冷流的出口温度(高于冷流的入口温度),并流时热流体的出口温度必大于冷流的出口温度。当加热任务一定时,采用逆流传热可最大限度地利用热能,节约载热体的用量。
在换热器中,若参与换热的两流体都变温,则一般都采用逆流操作,但是并流也有它的特点,例如工艺上要求被加热的流体不得高于某一温度,或被冷却的流体不得低于某一温度,采用并流较易控制。但需要注意,倘若采用逆流代替并流而节省了载热体,则其平均温差就未必仍比并流的大。
传热温差:推动力
错流和折流时的平均温差
列管式换热器中两种流体的流动比较复杂的多程流动。
对于错流或折流平均温差,通常是先按逆流求算,然后再根据流动型式加以修正,即
——温差修正系数
与冷热两流体温度变化有关,表示为 P 和 R 两参数的函数
传热温差:推动力
温差修正曲线
传热温差:推动力
错流和折流时平均温差的数学解析式
对于 m 壳程、2m×n 管程(如1-2,1-4,2-8,…)换热器:
当 R≠1 时:
当 R = 1 时:
<1(tm<tm,逆)是由于复杂流动中同时存在并流和逆流;
换热器设计时值不应小于 ,否则不经济;
可改用多壳程来增大,即将几台换热器串联使用。