910第4章传热_4-5_传热系数

1/5一、教学课题：第四章传热第四节传热计算四、传热系数五传热计算示例及分析六、工业冷源与热源二、教学目的：通过学习，使同学们掌握计算传热系数K的基本公式，了解传热系数K的物理意义及间壁式传热过程。三、课时：2h，第24次第16周12.19日星期四C25、C26（5、6节）四、课型：新课五、教具：白板笔、多媒体、激光笔六、教学重点：计算传热系数K及传热面积教学难点：计算传热系数K及传热面积七、教学方法和手段：主要以讲授为主，图表教学为辅八、主要内容：同学们好！上节课我们学习第四节传热计算，课程较难，请同学们回顾下什么是1、传热总速率方程2、传热平均温度差3、并流与逆流的比较及4、传热负荷Q的计算，今天请同学们翻到教材154页，我们开始学习传热系数及通过一些示例我们来巩固传热面积、效率的求解。我们主要内容有：四、传热系数1、传热系数K的物理意义是换热器工作效率的重要参数，其值越大换热效果越好。2、间壁式传热过程定常传热：各传热步骤的传热速率Q相等3、计算传热系数K的基本公式设管外为热流体，管内为冷流体一）、换热器中总传热系数的数值范围K=f（流体的物性，传热过程的操作条件，换热器的类型）二）、总传热系数K的计算面积长度放大dsdl热流中心区冷流中心区管内管外同一横截面2/5/在长度为dl，传热面积ds上放大如上图所示：给热：wiiiiwiwiTTdsadQdsaTTdsTTadq,1)(（1）导热：wmmwmwwtTdsdQbdsbtTdsbtTdq,)(（2）给热：ttdsadQdsattdsttadqwoooowowo,1)(（3）以上:oiss,－换热器管内表面积和外表面积[m2]；0,aai－换热器管内侧和外侧的对流传热系数[)(2CmWo]；b－管壁的厚度[m]；－管壁材料的导热系数[)(CmWo]；mS－管壁内外侧表面的平均面积[m2]。（212SS221SSSm；212SS1212lnSSSSSm）因为稳定传热，所以dQ是相等的。故（1）＋（2）＋（3）得：oomiidsadsbdsaitTdq1（4）对长度为dl，面积为ds间壁，两侧流体的总传热速率方程为：dstTKdq)(与（4）联立可得：oomiidsadsbdsaiKds11（5）当传热面积为平壁或薄管壁时：因为moiddd，所以moidsdsdsds。3/5/(5)可简化为：oiabaK111（6）若管壁两侧有污垢：（6）可写为：0''''''111abbbaKi（7）总热阻等于各分热阻之和，类似于串联电路，总电阻＝各分电阻之和。三）、两点讨论：1.在总传热速率方程式中，应注意总传热系数和传热面积的对应关系。选择的传热面积不同，总传热系数的数值不同。通常换热器的规格是用管外表面积oS表示的，因此基于管外侧面积的oK应用较多，各种手册中所列的K值，若无特别的说明，可视为基于管外表面积的K。对于平壁或薄管壁则不必考虑总传热系数和传热面积的对应关系。故由（5）取odsds，（5）式两边同乘以0ds，可得：omoiioomoiioadbddadadsbdsdsadsK1110（8）（ioioiodddlddlddsds）而总传热速率方程式：mootSKq2.欲提高K值，必须设法减小起决定作用的热阻。当管壁和污垢热阻可以忽略时，（7）可简化为oiaaK111（9）若0i则ooaKaK,11（10）由（10）式可知：总热阻由热阻大的那一侧的对流传热系数所控制，要提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的a值。若两侧a值相差不大时，则必须同时提高两侧的a才能提高K值。四）、K值的来源设计换热器时，总传热系数K值的来源有以下三个方面：1.选用与工艺条件相仿，传热设备类似，而较为成熟的经验K值为设计的依据。2.实验查定：mootSQK3.K值的计算：oomoioiiiooaRsdbdddRsdadK11''bRsi''''bRso计算得到的K值与实际相差较大，因为a的关联式有一定的误差及污垢热阻也不易估计准确等4/5/原因所致。总之计算K值应慎重，最好与前述两种方法对照以确定合适的K值。（选经验K值与查定的K计算：A、管内、外对流传热系数分别为50W/(m2.K)、1000W/(m2.K)忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。B、管内、外对流传热系数分别为100W/(m2.K)、1000W/(m2.K)忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。C、管内、外对流传热系数分别为50W/(m2.K)、2000W/(m2.K)忽略管壁热阻和污垢热阻，计算总传热系数。表4-8（列管式换热器K值大致范围）热流体冷流体传热系数K热流体冷流体传热系数K水水850~1700低沸点烃类冷凝水455~1140轻油水340~910高沸点烃类冷凝水60~170重油水60~280水蒸汽冷凝水沸腾2000~4250气体水17~280水蒸汽冷凝轻油沸腾455~1020水蒸汽冷凝水1420~4250水蒸汽冷凝重油沸腾140~425水蒸汽冷凝气体30~300练习两流体在一列管式换热器中进行热交换，根据设计者的估算，该换热器在需要被清洗时，管壁两侧产生的污垢热阻约共为5×10-4(m2.℃)/W，而此时的传热总系数K约为300W/(m2.℃)，则污垢被清洗后K值约为＿＿＿W/(m2.℃)（按平壁计）。五、计算示例与分析例4-12（设计型计算）例4-13（操作型计算，试差）例4-14（操作型计算）例4-12某厂要求将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却至30℃。冷却水走管外与苯逆流换热，进口水温20℃，出口不超过50℃。已知苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m2.℃)和1700W/(m2.℃)，污垢热阻和管壁热阻可略，试求换热器的传热面积。已知苯的平均比热容为1.9kJ/(kg.℃)，水的平均比热容为4.18kJ/(kg.℃)。例4-13某厂使用初温为25℃的冷却水将流量为1.4kg/s的气体从50℃逆流冷却至35℃，换热器的面积为20m2，经测定传热系数约为230W/(m2.℃)。已知气体平均比热容为1.0kJ/(kg.℃)，试求冷却水用量及出口温度。例4-14某套管换热器，空气从管内流过，温度从t1升至t2，管间为水蒸汽冷凝，管壁及污垢热阻5/5/均可忽略。现欲使空气流量增大一倍，并要求空气出口温度不变，问加热管需比原来长多少倍？六、工业热源与冷源1）工业上传热过程有3种情况1、一种工艺流体被加热或沸腾，另一侧使用外来工业热源，热源温度应高于工艺流体出口温度2、一种工艺流体被冷却或者冷凝，另一侧使用外来工业冷源，冷源温度低于工艺流体的出口温度3、需要冷却的高温工艺流体同需要加热的低温工艺流体之间进行换热，节约外来热源与冷源降低成本。2）冷源与热源要求1、温度必须满足工艺要求2、易于输送、使用调节3、腐蚀性小，稳定性好，不易结垢，价廉易得3）、工业热源与冷源1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）小结1、传热系数K的意义及计算2、冷热流体的对流传热系数相差很远时，K接近于小的对流传热系数3、壁温接近于大的对流传热系数一侧流体的温度九、作业第五节自学，预习第六节换热器十、教后记1、传热系数K的物理意义：是换热器工作效率的重要参数，其值越大换热效果越好。2、间壁式传热过程：为定常传热：各传热步骤的传热速率Q相等。3、计算传热系数K的基本公式中要注意设管外为热流体，管内为冷流体。4、在教学方面要注意有耐心、细心，更加认真备课，更加有心地教学，更加缩短理论与实践的差距，为制浆工艺与造纸工艺等专业课程打好坚实的基础。