04食品工程原理传热.ppt

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2.1 总传热系数的计算式 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 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 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 2.2 污垢热阻 当管壁热阻和污垢热阻可忽略时，则可简化为 若αo<< αi，则有 总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制，即当两个对流传热系数相差不大时，欲提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α。 若两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K值。 若污垢热阻为控制因素，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 由上可知： 例 一列管式换热器，由?25×2.5mm的钢管组成。管内为CO2，流量为6000kg/h，由55℃冷却到30℃。管外为冷却水，流量为2700kg/h，进口温度为20℃。CO2与冷却水呈逆流流动。已知水侧的对流传热系数为3000W/m2·K，CO2 侧的对流传热系数为40 W/m2·K 。试求总传热系数K，分别用内表面积A1，外表面积A2表示。 解：查钢的导热系数λ=45W/m·K 取CO2侧污垢热阻Ra1=0.53×10-3m2·K/W 取水侧污垢热阻Ra2=0.21×10-3m2·K/W 以内、外表面计时，内、外表面分别用下标1、2表示。 两种流体进行热交换时，在沿传热壁面的不同位置上，在任何时间两种流体的温度皆不变化，这种传热称为稳定的恒温传热。如蒸发器中，饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。 Δt=T-t 式中 T——热流体的温度℃； t——冷流体的温度℃。 三、传热平均温度差的计算 按照参与热交换的两种流体在沿着换热器壁面流动时各点温度变化的情况，可将传热分为恒温传热与变温传热两类。  1 恒温传热 在传热过程中，间壁一侧或两侧的流体沿着传热壁面，在不同位置时温度不同，但各点的温度皆不随时间而变化，即为稳定的变温传热过程。该过程又可分为下列两种情况： (1) 间壁一侧流体恒温另一侧流体变温，如用蒸汽加热另一流体以及用热流体来加热另一种在较低温度下进行沸腾的液体 。 (2) 间壁两侧流体皆发生温度变化，这时参与换热的两种流体沿着传热两侧流动，其流动方式不同，平均温度差亦不同。即平均温度差与两种流体的流向有关。生产上换热器内流体流动方向大致可分为下列四种情况。 2 变温传热 并流 参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以相同的方向流动。 生产上换热器内流体流动方向大致可分为下列四种情况： 逆流 参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以相对的方向流动。 错流 参与换热的两种流体在传热面的两侧彼此呈垂直方向流动。 ? 折流 简单折流：一侧流体只沿一个方向流动，而另一侧的流体作折流，使两侧流体间有并流与逆流的交替存在。 复杂折流：参与热交换的双方流体均作折流。 T2 T1 t1 t2 T1 T2 t1 t2 图 两侧流体变温时的温度变化 并流 逆流 错流 折流 1 2 1 2 1 2 1 2 图 换热器中流体流向示意图 假设： 传热为稳定操作过程。 两流体的比热为常量。 总传热系数为常量（K不随换热器的管长而变化）。 换热器的热损失可忽略。 以逆流为例：热量衡算微分方程为 dQ= -Wh cphdT= Wc cpcdt 根据假定，则有 3 逆流和并流时的平均温度差 Q~T和Q~t为直线关系，即 T=mQ+k t=m?Q+k? Δt=T-t=(m-m?)Q+(k-k?) 温度 T1 传热量Q T2 t1 Δt1 t2 Δt2 0 从上式可以看出： Δt~Q关系呈直线，其斜率为 将总传热速率微分方程代入上式，则有 由于K为常量，积分上式有 式中Δtm称为对数平均半径。当Δt2/ Δt1≤ 2时，可用（Δt2+ Δt1）/2代替对数平均温度差。 注：（1）应用上式求Δtm时，取换热器两端的Δt中数值