78第四章传热第四节传热计算.tmp

1/6一、教学课题：第四章传热第四节传热计算二、教学目的：通过学习，使同学们掌握1、热量衡算公式及相关计算2、传热速率方程相关计算3、传热平均温度差相关概念及定义三、课时：2h，第23次第16周12.17日星期二C25、C26（1、2节）四、课型：新课五、教具：白板笔、多媒体、激光笔六、教学重点：热量衡算公式及相关计算、传热速率方程相关计算、传热平均温度差相关概念及定义教学难点：热量衡算公式及相关计算、传热速率方程相关计算七、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！上节课我们学习了第一节概述、第二节热传导及第三节对流传热，我们来回忆下上次我们学习的内容有：牛顿冷却定律对流传热系数的计算无相变对流传热系数的计算有相变化的对流传热请同学们翻到教材147页，我们这两节课学习第四节传热计算，课程较难，请同学们认真学习，化工原理中所涉及的传热计算主要有两类：一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷Q，确定换热器的传热面积S；另一类是校核计算，即计算给定换热器的传热量，流体的流量或温度等。我们第一次传热课程就学习了传热Q概念及计算，接下来我们来看什么是传染计算中的第一个热量衡算。第四节传热计算TmKSq一、热量衡算下面仅考虑稳定传热过程：假设换热器绝热良好，热损失可以忽略。根据能量守恒定律：则在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，即：)()(1221ccchhhHHWHHWq（1）式中q－换热器的热负荷（即传热速率），WhkJ或；W－流体的质量流量，hkg；H－单位质量流体的焓，kgkJ。（下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2表示换热器的进口和出口。）若换热器中两流体无相变化，且流体的比热不随温度而变或可取平均温度下的比热时，式（1）可表示为：)()(1221ttCWTTCWqpccphh（2）2/6/式中pC－流体的平均定压比热，)(CkgkJo；t－冷流体的温度，Co；T－热流体的温度Co。若换热器中的热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝时，式，(1)可表示为：)(12ttCWrWqpcch（3）式中hW－饱和蒸汽（即热流体）的冷凝，hkg；r－饱和蒸汽的冷凝潜热，kgkJ。式（3）的应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。若冷凝液的温度低于饱和温度时，则式（3）变为：)()]([122ttCWTTCrWqpccsphh（4）式中phC－冷凝液的比热，)(CkgkJo；sT－冷凝液的饱和温度[℃]。我们讲过了：导热、给热.现在讲总热传热速率方程。二、传热速率方程通过换热器中任一微元面积ds的间壁两侧传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程写出，即：tdsKdstTKdq)(（1）式中K－局部总传热系数[)(2CmWo]；T－换热器的任一截面上热流体的平均温度[℃]；t－换热器的任一截面冷流体的平均温度[℃]。应指出，总传热系数必须和所选择的传热面积相对应，因此式（1）可以表示为：mmooiidStTKdStTKdStTKdq)()()((2)式中moiKKK,,－基于管内表面积，外表面积和内外表面积平均面积的总传热系数[)(2CmWo]；moiSSS,,－换热器管内表面积、外表面积和内外侧表面的平均面积[2m]。由于dq及(T-t)和选择的基准面积无关，故oioioioioiiodddlddlddSdSdddSdSKK,（3）及omommodddSdSKK（4）3/6/式中moiddd,,－管内径，外径和内外径的平均直径[m]。三、传热平均温度差上式是总传热速率的微分方程式，积分后才有意义。积分的结果将是用平均温度差代替局部温度差。为此必须考虑换热器中两流体的温度变化情况以及流体相互间流动的方向。假定：（1）.传热为稳定操作过程；（2）.两流体的比热为常数（可取进、出口的平均值）；（3）.总传热器的热损失可以忽略。一）、恒温传热时的平均温度差。例如蒸发器中，饱和蒸汽和沸腾液体间的传热是恒温传热。Δt=T-tQ=KS(T-t)=KSΔt①两侧恒温t②一侧恒温一侧变温t二）、变温传热下的平均温度差。变温传热，若两流体流向不同，则对温度差影响也不同，应分别讨论。1.以逆流传热为例进行推导因为传热面积dS很小，热流体温度TT+dT，近似取为T；冷流体温度tt+dt，近似取为t，所以通过换热器任一微元面积dS的间壁两侧流体传热速率方程，可以仿照对流传热速率方程写出：tdSKdStTKdq)(由换热器热量衡算的微分式：dtCWdTCWdqpccphhdT是后项减前项为负值,pC用平均温度下的值可按常量考虑，传热速率不能为负值，所以hW前4/6/面加负号。根据前述假定（1）和（2），由上式可得：常量；及phhCWdTdq常量pccCWdtdq。0Δq0qΔΔ逆流并流dqdtdqdT或表示一个函数（曲线）的切线的斜率，斜率为常数参照T－Q图y=kx，kxy，k－直线的斜率，说明q与（T或t）成直线关系。而直线方程斜截式：y=kx+b而写成T=mq+k(1)''kqmt(2)(1)-(2)得：T-t)()(''kkqmmt式中m、k、k’分别为q－T和q－t直线的斜率和截距。t和q也是直线关系。由上式可知q与t的直线斜率为：邻边对边qttdqtd12)(；将dstkdstTkdq)(代入上式可得qtttkdstd12)(，利用相似三角形对应边成比例。由前述（3）知K为常量，积分上式：sottdsqttttdK1221)(1,得：sqttttK1212ln1；则：mtKSttttKSq1212ln（3）5/6/（3）式适用整个换热器的总传热速率方程式，由此可得：1212lntttttm（4）（21,tt是任一选定的，一般大的选为2t。）当212tt可用212tt代替对数平均温差。2.逆流与并流比较（1）一侧流体变温，另一侧恒温时，并流和逆流的对数平均温差时相等的。（2）两侧流体都变温时，由于流体的流动方向不同，两端的温度差也不相同，因此并流与逆流的mt是不等的。通常逆流传热推动力大于并流传热推动力。例题：在一逆流换热器中，用高温SO3气体加热低温的SO2气体，已知SO2由573K加热到703K，SO3气体初温为833K，两流体流量均为10t/h，比热均取1.05kJ/（kg﹒K）。换热器外壁面积为360m2，热损失为Q热的10%，热流体走管内。求SO3的终温和传热系数。（例题讲解见课件与板书）小结1、管外强制对流传热系数的确定2、有相变传热的相关概念3、热负荷的计算4、传热总速率方程5、对数平均温度差的计算6、并流与逆流的比较6/6/九、作业：P.1824-13（1）、（5）4-14十、教后记1、计算较多：热负荷的计算、传热总速率方程及对数平均温度差的计算，需要更详细讲解。2、平均温度差的计算属于重点，有一个前提是两者的比值要小于或等于2时则平均温度差为两者和的平均值，此处要做重点讲解与表达。