化工原理上册课件37－38学时第五篇 章 传热.ppt

* * 第五章 传 热 5.3 换热器的传热计算 5.3.1 热平衡方程 5.3.2 总传热速率微分方程和总传热系数 5.3.3 传热计算方法 一、平均温度差法 对总传热速率微分方程 积分，可得 总传热速率积分方程 传热过程冷、热流体的平均温度差 推导平均温度差的表达式时，对传热过程作以下简化假定： ①传热为稳态操作过程； ②两流体的定压比热容均为常量； ③总传热系数为常量； ④忽略热损失。 一、平均温度差法 1.恒温传热时的平均温度差 换热器中间壁两侧的流体均存在相变时，两流体温度可以分别保持不变，这种传热称为恒温传热。 冷流体温度 热流体温度 一、平均温度差法 2.变温传热时的平均温度差 （1）逆流和并流时的平均温度差 逆流 并流 一、平均温度差法 图5-9 逆流时平均温度差的推导 一、平均温度差法 根据假定条件③，积分上式得 总传热速率方程式 一、平均温度差法 对数平均温度差 逆流和并流时计算平均温度差的通式。 一、平均温度差法 讨论： （1）在工程计算中，当 时，可用算术平均温度差（ ）代替对数平均温度差，其误差不超过4%。 （2）在冷、热流体的初、终温度相同的条件下，逆流的平均温差较并流的为大。 一、平均温度差法 逆流： 采用逆流操作，若换热介质流量一定，则可以节省传热面积，减少设备费；若传热面积一定，则可减少换热介质的流量，降低操作费，因而工业上多采用逆流操作。 并流： 若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。 一、平均温度差法 （2）错流和折流时的平均温度差 单管程，多管程 单壳程，多壳程 一、平均温度差法 图5-10 错流和折流示意图 一、平均温度差法 温差校正系数 安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowman）图算法 一、平均温度差法 先按逆流计算对数平均温度差，然后再乘以考虑流动方向的校正因素。即 具体步骤如下： ①根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差⊿t’m。 ②按下式计算因数 R 和 P： 一、平均温度差法 ③根据 R 和 P 的值，从算图中查出温度差校正系数； ④将纯逆流条件下的对数平均温度差乘以温度差校正系数，即得所求的。 一、平均温度差法 一边恒温时 值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时存在逆流和并流的缘故。 通常在换热器的设计中规定， 值不应小于0.8，否则值太小，经济上不合理。若低于此值，则应考虑增加壳方程数，将多台换热器串联使用，使传热过程接近于逆流。 一、平均温度差法 二、传热单元数法 1. 传热效率ε 换热器的传热效率ε定义为 定义最大可能传热量 式中 WCp 称为流体的热容量流率，下标 min表示两流体中热容量流率较小者，并称此流体为最小值流体。 换热器中可能达到的最大温差 较小者具有较大温差 二、传热单元数法 若冷流体为最小值流体，则传热效率为 若热流体为最小值流体，则传热效率为 二、传热单元数法 若已知传热效率，则可确定换热器的传热量和冷、热流体的出口温度 二、传热单元数法 （2）传热单元数 NTU 由换热器热平衡方程及总传热速率微分方程 对于冷流体 二、传热单元数法 对于热流体，同样可写出 积分上式得 基于冷流体的传热单元数 基于热流体的传热单元数 二、传热单元数法 * * *