图5-2 套管换热器中的传热 过程
据牛顿冷却定律和傅立叶定律 内 侧
t t dQi h wh 1 i dAi
(5-2a)
间 壁
dQm
t wh t wc b dAm
外 侧
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dQo
t wc tc 1 o dAo
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(5-2b)
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(5-2c)
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h wh wc c
5.1 传热过程分析
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5.2 传热过程的基本方程
• 5.2.1 热量衡算方程 • 5.2.2 传热速率方程
• 5.2.3 总传热系数和壁温的计算
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西 安 交 • 热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化 的相互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽 大 略热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所 化 吸收的热量。 工 图5-2为一稳态逆流操作的 原 套管式换热器，热流体走管 内，冷流体走环隙。 理 对于整个换热器，其热量 电 的衡算式为 子 Q mh ( H h1 H h 2 ) mc ( H c 2 H c1 ) 图5-2 套管换热器中的传热过程 课 式中 Q为整个换热器的传热速率，或称为换热器的热负荷，W；H表示单 件 位质量流体焓值，kJ/kg；下标1和2分别表示流体的进口和出口。
西 安 交 • 将看作常数，因而求得的局部传热系数K‘亦为常数，不 随管长变化，而作为全管长上的总传热系数K ，故式 大 （5-5）可改写为 化 1 1 Ao b Ao 1 工 K o i Ai Am o 原 选取不同的传热面积作为传热过程计算基准时，其总传热系数的数值不 理 同。因此，在指出总传热系数的同时，还必须注明传热面的计算基准。 电 如对应于Ai的总传热系数Ki 子 课 1 1 b Ai 1 Ai 件 K i i Am o Ao
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第五章 传热过程计算与换热器
• • • • • • • 5.1 传热过程分析 5.2 传热过程的基本方程 5.3 传热过程的平均温差计算 5.4 传热效率和传热单元数 5.5 换热器计算的设计型和操作型问题 5.6 传热系数变化的传热过程计算 5.7 换热器
5.2.2 传热速率方程
Q Kt A
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5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 1.总传热系数的计算
如图5-2所示，设两流体通过间壁进行 换热。在换热器中任取一微元段dl，间 壁内、外侧的传热面积分别为dAi和dAo。 壁面的导热系数为l，壁厚为b。内、外 侧流体的温度分别为th和tc，对流传热 系数分别为ai和ao。间壁内侧、外侧的 温度分别为twh和twc。
（5-4）
式中Q为换热器总传热面积上的传热速率，W；为传热若以间壁外侧面为传热面积计算基准， 则其局部传热系数为 1 1 b 1 1 1 dAo b dAo 1 （5-5） dAo i dAi dAm o dAo 或 K o Ko i dAi dAm o 返回 前页 后页 9 主题
5.2.3 总传热系数与壁温计算
• 在稳态条件下
dQi dQm dQo dQ （5-3）
利用式（5-2）和（5-3），可得
dQ th twh twh twc twc tc t h tc t t h c 1 b 1 1 b 1 R i dAi dAm o dAo i dAi dAm o dAo
热量，W。
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5.2.1 热量衡算方程
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西 安 交 • 如前图5-2所示，在换热器中，任取一微元段dl， 对应于间壁的微元传热面积dAo，热流体对冷 大 流体传递热量的传热速率可表示为 化 工 t h tc dQ K (th tc )dAo 原 (5-1) 1 理 K dAo ——微分传热速率方程 电 子 式中K'表示局部传热系数，W/（m2· ℃）；th、tc分 别为热流体和冷流体的局部平均温度，℃。 课 件
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5.2.1 热量衡算方程
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西 安 交 • 对于换热器的一个微元段，传热面积为dA，冷热流体 之间的热量传递满足 大 化 dQ mh dHh mc dHc 工 式中 m为冷热流体质量流率，kg/s；dH表示单位质量流体焓值增 原 量，kJ/kg；dQ为微元传热面积dA上的传热速率，W。下标h和c分 别表示热流体和冷流体。 理 电 如果在换热器中存在热损失，则在换热器中的传热速率为 mc ( H c 2 H c1 ) Qc Q mh ( H h1 H h 2 ) Qh 子 课 式中Q‘h为热流体对环境的散热量，W；Q’C为冷流体对环境的散 件
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西 安 交 • 如图5-1所示，热流体通过间壁与冷流体进行 热量交换的传热过程分为三步进行： 大 化 t （1）热流体以对流传热方式将热 工 量传给固体壁面； Q 原 （2）热量以热传导方式由间壁的 Q t 热侧面传到冷侧面； 理 热流体 冷流体 t 电 （3）冷流体以对流传热方式将间 t 子 壁传来的热量带走。 对流 对流 课 热传导 图5-1中还示出了沿热量传递方向从 件 热流体到冷流体的温度分布情况。 图5-1 流体通过间壁的热量交换
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5.2.2 传热速率方程
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西 安 交 • 对于整个换热器，传热速率方程可写为 大 (5-1a) 化 m 式中K表示总平均传热系数，简称总传热系数或传 工 2· 热系数， W/ （ m ℃）；A为换热器的总传热面积； 原 tm表示冷热流体的平均传热温差，℃。 理 电 • 由传热热阻的概念，传热速率方程还可以写为 tm tm 子 Q 1 课 R 件 KA 式中R=1/KA为换热器的总传热热阻，℃/W。 返回