21传热系数及平均温差1教学讲义.ppt

■ 〓 PCE/ETP-BJTBU/ZYW 21 Overal coefficientand and mean  temperature difference of heat transfer A. Calculation of heat load B. Rate of heat transfer and overal co- efficient C. Varying temperature drop and mean temperature difference D. Example A. 热负荷的计算 第21讲 传热系数和平均温差 对稳态传热过程（间壁换热器任一侧流体）作热量 （或焓）衡算，有： 物料带入焓+加入净热量=物料带出焓 ?Hi+Q’= ?Ho Q’= ?Ho - ?Hi =?ΔH 其中：Q’──物料从换热器获得净热，称热负荷，W ?Hi 、?Ho ──物料带入、带出焓，W，焓基 准为273K的液态 在恒压、无化学反应情况下，有： ?ΔH 无相变 ?ΔH=mscpΔt 有相变 ?ΔH=msr 其中：ms ──流体质量流量，kg//s cp ──流体平均比热容，J/kg.℃ r ──流体相变热，J/kg Δt──流体进、出口温差，℃（注意与传热推动 力的区别） 对间壁换热器两侧流体，忽略散热损失，有： 热流体放热=冷流体吸热 Q1’=-Q2’ α1、α2──分别为热、冷流体的对流给热系数，W/m2.℃， 包含了影响对流给热各种因素，……，点特性 热流顺序传过热流体、壁面、冷流体，在稳态下，应有： 可得： 在工程上，传热速率写作： K──总传热系数，包含整个传热过程的影响因素， W/m2.℃，……,具有点特性 比较上面两式，得： ? 可见，K是有基准面的。 b. 传热系数与热阻 在工程上，常以换热器管外表面为基准，即dA=dA2，则 当管壁较薄时，上式可写为： 如管壁热阻较对流热阻很小时，则有： ? ⑴ 由式1/K=1/α1+b/λ+1/α2知，K由各环节热阻加和 而成，因此原则上减少任一环节热阻，均可提高K值， 增大传热速率。 ⑵ 如各环节热阻有不同数量级时，1/K值由其中最大热 阻决定，如套管换热器中，b/λ通常很小，可以略之， 则1/K?1/α1+1/α2 ，当α1>>α2时，则有K ?α2 ，反之 K ?α1──在串联过程中，存在控制环节，这为强化传 热提供了途经，……。 ⑶ 污垢热阻，……。如内、外壁污垢热阻分别用R1、R2表示，则： ⑷ 在换热器设计计算中，常需先估计K值，计算后，再 校核K值。所以，应了解不同情况的K值大致范围。 传热系数测定实验装置如下图所示。 传热系数测定实验装置 C. 变温降与平均温度差 从dQ=KdA(T-t)，及传热过程知：推动力Δt=T-t 沿传 热面变化──变温降，且K具有点特性。 如Δt 、K能以平均值代之，则传热速率方程可写为： Q=KAΔtm ? K值可以通过计算平均α1、α2等实现（下次课讨论）， A与K的基准对应；下面讨论Δtm关系式。 流体在换热器中温度变化规律如图所示。 在dA内，热流股给出热量：dQ=-ms1cp1dT 在dA内，冷流股取得热量：dQ=ms2cp2dt 对上面图示两种情况，如取一微元传热面积(虚线处)，两 股流体的温差为： Δt=T-t ───→ d(Δt)=dT-dt T t Δt T1 T2 t1 t2 T1 t1 T2 t2 (并流) ms1 ms2 T t Δt T1 T2 t1 t2 T1 t1 T2 t2 (逆流) ms1 ms2 dA dA 对微元传热面积dA，有： dQ=KdAΔt ──→KdAΔt=-d(Δt)/? 如K可视为常数，则： 则： 积分之，得： ? ⑴ 并流时Δt1=T1-t1，Δt2=T2-t2； 逆流时Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1； ⑵ 如果Δt1/Δt2<2时，Δtm=(Δt1+Δt2)/2 ⑶ 如进、出口温度相同， Δtm逆> Δtm并──设计时， 一般选逆流。 但对热敏性物料，为控制流体温度，有 时采用并流（并流时t2<T2，逆流时却可能有 t2>T2）。 另外， Q=KAΔtm 则： 所以 对数平均温差 ■ 传热速率方程dQ＝KdA(T-t)中的K、(T-t)