工学大连理工大学化工原理课程讲义传热.pptx

两无限大平壁间辐射两无限大平壁间辐射 有效辐射：有效辐射：两固体壁面间的有效辐射：角系数：角系数 (总能量被壁面拦截分率)。=f(两壁面形状，大小，相对位置，距离等）024516730.21.00.80.60.4341圆盘形 2正方形 3长方形（边长比2:1）4长方形（狭长）21角系数 平行壁间辐射传热的角系数4.5.4 气体的热辐射气体的热辐射 气体气体：单、对称双原子气体（H2、O2、空气）近似透热体，透热体，无吸收、发射能力。多原子气体(CO2、H2O蒸气)高温时具有很强发射和吸收能力。气体热辐射特点：气体热辐射特点：*选择性选择性 只发射和吸收某一波长范围的辐射能；*容积辐射特性容积辐射特性 吸收和发射在整个体积内进行。气体发射能力：气体发射能力：同时存在两种以上传热方式的综合传热现象。例例：设备表面的热损失，对流+热辐射 间壁换热过程中，对流+导热 (2)设备热损失计算设备热损失计算4.5.5 复合传热与设备热损失的计算复合传热与设备热损失的计算 (1)复合传热复合传热tw环环境境 t热损失热损失：经验关联式：经验关联式：空气自然对流时，空气自然对流时，平壁保温层外：圆管保温层外：空气沿粗糙表面强制对流时，空气沿粗糙表面强制对流时，空气流速 u5m/s hT=6.2+4.2u 空气流速 u5m/s hT=7.8u0.78(3)绝热层的临界半径绝热层的临界半径设稳态传热，管道外表面与环境间热损失为：htit1R1tR2triro绝热层的分析示意图 热损失与绝热层外半径的关系增加绝热层厚度，热损失一定减小。增加绝热层厚度，热损失可能增加，保温层的选择：保温层的选择：对需保温的管子，ri一定。如果要满足保温条件，应从、hT两方面考虑，选择合适的保温层材质。绝热层的临界厚度为绝热层的临界厚度为：r1r2r3圆管外的保温 计算基础：计算基础：热流量衡算方程和传热速率方程热流量衡算方程和传热速率方程。4.6.1 热流量衡算方程热流量衡算方程 稳态传热，忽略热损失时，冷流体吸收热量冷流体吸收热量=热流体放出热量热流体放出热量 (1)无相变传热无相变传热4.6 传热过程的计算传热过程的计算计算类型计算类型：设计型计算：已知设计型计算：已知th1，th2，tc1，qmc，qmh，K 求 传热面积A；操作型计算：操作型计算：已知th1，tc1，qmc，qmh，K，A 求th2、tc2、。tc2 th1tc1th2(2)有相变传热有相变传热 饱和状态饱和状态下下说明：说明：换热过程中各流股热流量间关系；各流股间相互制约，热量守恒。非饱和状态下非饱和状态下例：过热蒸气冷凝过冷液体又如：过冷液体 沸腾 过热蒸气过热蒸汽冷流体热流体过冷液体4.6.2 总传热速率方程总传热速率方程 间壁传热过程：间壁传热过程：各部分传热速率方程：各部分传热速率方程：管内侧流体：管壁导热：管外侧流体：热流体冷流体thtcth,wtc,w热流体冷流体thtcth,wtc,w对稳态传热对稳态传热:式中，K 总传热系数，W/（m2K）。注意注意：K 与 A 对应，选Ai、Am 或 Ao 故稳态传热时，故稳态传热时，4.6.3 传热系数和传热面积传热系数和传热面积K 传热系数传热系数，表示换热设备性能的重要参数。表示换热设备性能的重要参数。(1)K的计算的计算 在实际生产中以外表面积Ao作为传热面积。K的来源：的来源：实验测定；取生产实际的经验数据；计算求得。实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻：圆管中：圆管中：平壁：平壁：(2)污垢热阻污垢热阻 Rd,i和和 Rd,o污垢热阻影响：污垢热阻影响：使h，热流量。污垢热阻取值：污垢热阻取值：经验数据。注意注意：传热系数、污垢热阻的单位。(3)壁温计算壁温计算 忽略污垢热阻，稳态传热时：结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度。结论：壁温接近表面传热系数大的一侧流体温度。4.6.4 平均温度差平均温度差 (1)恒温传热恒温传热 两侧流体温度恒定：(2)变温传热变温传热 一侧有温度变化thtc 沿管长某截面取微元传热面积dA，两侧流体均有温度变化传热速率方程传热速率方程：热量衡算方程热量衡算方程：tc1tc2th1th2tc1tc2th1th2 当qmhcph、qmccpc=常数时，-th、-tc为线性关系，所以，-(th-tc)也为线性关系。th1tc2th2 传热量dthdtcdAdtc1t=th-tc 平均传热温度差的推导 t2 t1说明：说明：并流：并流：逆流：逆流：进、出口条件相同时，工业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。工业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。逆流并流 一侧流体温度有变化，另一侧恒温时，错流、折流时平均温差 图算法图算法11212 一侧流体变温时的温差变化温度校正系数原因原因:换热器内出现温度交叉或温度逼近现象。避免措施避免措施:采用多个换热器串联或采用多壳程结构，换热器个数或所需的壳程数,可用图解法确定。说明：说明：th1tc2th2tc1ANs=2无相变换热器设计计算a）校正系数 可根据R和P两参数从相应的图中查得。b）温差校正系数 恒小于1。c）当 值小于0.8时，则传热效率低，经济上不合理，操作不稳定。4.6.5 传热效率和传热单元数法传热效率和传热单元数法 设计型计算无须试差法,操作型计算需用试差法。设计型计算设计型计算总之，对于设计型计算冷、热流股的温度都已知，或者通过热流量衡算达到已知，无须试差。操作型计算操作型计算 已有一台面积为A的换热器，若用其加热某流体，若采用1955年由凯斯导出的传热效率及传热单元数法，则能避免试差而方便地求得其解。(1)(1)传热效率和传热单元数传热效率和传热单元数 传热效率传热效率 逆流：逆流：哪一侧流体能获得最大的温度变化（th1-tc1）max，这将取决于两流体热容量流率(qmcp)的相对大小。tc1th2 tc1th2th2th1tc1tc2传热温度传热th1 tc2温度温度传热逆 流 传 热 效 果 示 意 图并流：并流：tc1th2 tc2th1th2th1tc2tc1传热温度温度传热 并流传热效果示意图传热单元数传热单元数NTU (The Number of Transfer Units)温度传热面积tc1th2th1tc2dthdtcdA单程逆流换热器流体温度分布 传热效率和传热单元数的关系传热效率和传热单元数的关系 传热单元数物理意义：传热单元数物理意义：单位传热推动力引起的温度变化；表明了换热器传热能力的强弱。应用应用已知R和NTU，可求得，进而求th2 和tc2，可避免试差计算。为便于工程计算，将、NTU、R之间关系绘制成曲线1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTU 单程逆流换热器中与NTU和R间的关系R=00.250.50.751.0th1tc2th2tc1K=常数1.00.64.03.00.02.05.01.00.40.20.00.8NTU 单程并流换热器中与NTU和R间的关系R=00.50.751.0th1tc2th2tc1K=常数0.25单壳程多管程（管程数单壳程多管程（管程数2、4、6）说明：说明：在传热单元数相同时，逆流时换热器的传热效率 总是大于并流。对一组串联的换热器：对一组串联的换热器：E1 E2 E3 E4作业：p340 29 32 36