文档介绍：§4 传热计算
传热计算主要有两种类型:
设计计算
根据生产要求的热负荷确定换热器的传热面积。
校核计算
计算给定换热器的传热量、流体的温度或流量。
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对间壁式换热器作能量恒算,在忽略热损失的情况下有
上式即为换热器的热量恒算式。
式中 Q——换热器的热负荷,kJ/h或w
W——流体的质量流量,kg/h
H——单位质量流体的焓,kJ/kg
下标c、h分别表示冷流体和热流体,下标1和2表示换热器的进口和出口。
Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1)
一、能量恒算
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若换热器中两流体无相变时,且认为流体的比热不随温度而变,则有
式中 cp——流体的平均比热,kJ/(kg·℃)
t——冷流体的温度,℃
T——热流体的温度,℃
Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)
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若换热器中的热流体有相变,如饱和蒸汽冷凝时,则有
当冷凝液的温度低于饱和温度时,则有
式中 Wh——饱和蒸汽(热流体)的冷凝速率,kg/h
r——饱和蒸汽的冷凝潜热,kJ/kg
Q=Whr=Wccpc(t2-t1)
注:上式应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。
Q=Wh[r+cph(T1-T2)]=Wccpc(t2-t1)
式中 cph——冷凝液的比热, kJ/(kg·℃)
Ts——冷凝液的饱和温度, ℃
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通过换热器中任一微元面积dS的间壁两侧流体的传热速率方程(仿对流传热速率方程)为
dQ=K(T-t)dS=KΔtdS
式中 K——总传热系数, w/(m2·℃)
T——换热器的任一截面上热流体的平均温度, ℃
t——换热器的任一截面上冷流体的平均温度, ℃
上式称为总传热速率方程。
二、总传热速率方程1 总传热速率微分方程
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总传热系数必须和所选择的传热面积相对应,选择的传热面积不同,总传热系数的数值也不同。
dQ=Ki(T-t)dSi=Ko(T-t)dSo=Km(T-t)dSm
式中 Ki、Ko 、Km——基于管内表面积、外表面积、外表面平均面积
的总传热系数, w/(m2·℃)
Si、So、Sm——换热器内表面积、外表面积、外表面平均面积,
m2
注:在工程大多以外表面积为基准。
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对于管式换热器,假定管内作为加热侧,管外为冷却侧,则通过任一微元面积dS的传热由三步过程构成。
由热流体传给管壁 dQ=αi(T-Tw)dSi
由管壁传给冷流体 dQ=αo(tw-t)dSo
通过管壁的热传导 dQ=(λ/b)·(Tw-tw)dSm
由上三式可得
2 总传热系数总传热系数的计算式
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由于dQ及(T-t)两者与选择的基准面积无关,则根据总传热速率微分方程,有
所以
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总传热系数(以外表面为基准)为
同理
总传热系数表示成热阻形式为
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在计算总传热系数K时,污垢热阻一般不能忽视,若管壁内、外侧表面上的热阻分别为Rsi及Rso时,则有
当传热面为平壁或薄管壁时,di、do、dm近似相等,则有
污垢热阻
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