传热基本方程及传热计算.docx
第三节传热基本方程与传热计算从传热基本方程Q=kAfm(4-11)或二AJ=传热推动力兀一丽而(4-1 1a)可知，要强化传热过程主要应着眼于增加推动力和削减热阻，也就是设法增大J或者增大传热面积A和传热系数K0在生产上，无论是选用或设计一个新的换热器还是对已有的换热器进行查定，都是建立在上述基本方程的基础上的，传热计算则主要解决基本方程中的°AKA1.与有关成的计算。传热基本方程是传热章中最主要的方程式。一、传热速率Q的计算'冷、热流体进行热交换时，当热损失忽视，则依据能属守恒原理，热流体放出热增5,必等于冷流体所汲取的热量,即2=Q，称之热吊衡算式。1. 1.无相改变时热负荷的计算<1)(1)比热法Q="*-Tj=SCN(Gf)(4-12)式中Q一热负荷或传热速率，J.s,W;心网热、冷流体的质量流量，kg.s1;CzJ-冷、热流体的定压比热，取进出口流体温度的算术平均值下的比热，kJ.(kg.k)-,;Z-热流体进、出口温度，K(oC);人也一冷流体的进出口温度，K(oC)o(2)热燧法(4-13)式中A物料始态的熔，kJ.kg1;A物料终态的嫡，kJ.kg,o2.有相改变时热负荷计算Q=Gr(4-14)式中G发生相改变流体的质及流肽，kg.s1;一液体汽化(或蒸汽冷凝)潜热，kJ.kg1.0留意：在热负荷计算时，必需分清有相改变还是无相改变，然后依据不同算式进行计算。对蒸汽的冷凝、冷却过程的热负荷，要予以分别计算而后相加。当要考虑热损失时，则有：。“=2+服通常在保温R好的换热器中可取以=(2-5%)Q.三、平均温度差”的计算在间壁式换热器中，乙的计算可分为以下儿种类型：1. .1.两侧均为恒温下的传热两侧流体分别为蒸汽冷凝和液体沸腾时，温度不变，则：",=-t=常数2. 2.一储恒温一侧变温下的传热可推得计算式为：At=(TTIMTT2)=M-&2K一,一T-I11.1-15)式中A(为进出口处传热温度差的对数平均值，温差大的一端为M,温差小的一端为从而使上式中分子分母均为正值。a./=aVM当MM2时，则：m2,即可用算术平均值。3. 3.两侧均为变温下的稳定传热其计算式与式(415)完全一样。4. 4.困难流淌时Aj的计算流体是困难错流和折流时，其A九的计算较为困难，一般用下式计算：A1.节=ZG&&z(4-16)式中一为按逆流操作状况下的平均温度差，心为校正系数，为P,R两因数的函数，即：%=f(P,R),对于各种换热状况下的也值，可在有关手册中查到。人的计算要留意：<1)(1)计算通常用式(4-15)所示的对数平均温度差,当M/维M2时，可用算术平均值代替。(2)(2)为避开不同操作条件下的计算错误，最好用图示出流淌方向并注明温度：r>逆流444tST1(3)当冷、热流体操作温度肯定时，M总大于&片。当要求传热速率肯定时，逆流所需的设备投资费用与操作费用均少于并流，故工业生产的换热设备一般采纳逆流操作.四、总传熊系数K的确定总传热系数K值有三个来源：一是选取阅历值；二是试验测定值；三电计算。1. 1.换热器中总传热系数数值的大致范困换热器中总传热系数K值，可参看天津高校编化工原理上册，P239表4-2与谭天恩等三人编化工原理上册P232表5-3。K值改变范围很大，选取K值时应留意换热器型式与冷热介质均符合要求。2. 2.现场测定总传热系数依据传热速率方程式Q=KA2、当传热敏Q、传热面积A与平均温度差AJ为已知时，则可测出某换热设备在该工艺条件下的K值。3. 3.总传热系数的计算两流体通过间曜的传热过程是由热流体对管曜对流一管壁热传导一管壁对冷流体的对流所构成的串联传热过程，利用申联热阻的关系，即可导出总传热系数K的计算式。若以传热管外表面积4(A=Mj)为基准，其对应的总传热系数K"为:/Ama0=1J-1.+AA+-1.«.4</(4-17)同理，若以传热管内表面积MA=应”为基准，共对应的总传热系数K，为：KKi1bA1IA+-+-«.24/A.1=1ITdida>dct0J0(4-18)若以传热管壁的平均面积A“(A.=，M")为基准，其对应的总传热系数K”为“IK=±1.+.±1.aA,anA1(4-19)由此可见，所取基准传热面积不同，K值也不同，即工儿*用。当传热面积为平壁时，则：4=4=4,此时的总传热系数K为：K-1K-IbI一十一.一a»入a4(4-20)当壁阻%较%"'%，小的多时，/可忽视不计，此时K为：(4-21)留意：(1)总传热系数和传热面积的对应关系。所选基准面积不同，总传热系数的数值也不同。手册中所列的K值，无特别说明，均视为以管外表面为基准的K值。(2)管壁薄或管径较大时，可近似取4=A=4,即圆筒壁视为平壁计算。(3)总传热系数K值比两侧流体中值小者还小。(4)当4<<a,时，壁阻可忽视不计时，则Kn%且Q=">A>M,HkAM,当6«%时，壁阻可忽视不计时，则且Q=K;ANWa,48w由此可知，总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所限制的，即两个对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高a较小的；若两侧a相差不大时，则必需同时提高两侧的Q值，才能提高K值。五、污垢麟阻污垢的存在，将增大传热阻力，污垢热阻一般由试验测定，其数值范国可参看天津府校编化工原理上册附录二十二与谭天恩等三人编化工原理上册表5-2。对传热面按平壁处理时，其总的热阻为：(4-19)式中RQ凡为管壁两侧的流体的污垢热阻。六、金疆的计算壁温可按下式计算：(4-20)(4-21).=，+号aeAc(4-22)壁温总是接近对流传热系数值大的一侧流体的温度。壁温的详细计算过程需进行试差。
