化工原理-chap5_1-考研试题文档资料系列.ppt

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1、浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器1/25幻灯片1目录5.15.1间壁式换热器的传热过程分析间壁式换热器的传热过程分析 5.1.15.1.1换热器简介换热器简介 5.1.25.1.2间壁式换热器的传热过程分析间壁式换热器的传热过程分析5.25.2间壁式换热器的传热过程计算间壁式换热器的传热过程计算 5.2.1 5.2.1 总传热速率方程总传热速率方程 5.2.2 Q5.2.2 Q的计算的计算 5.2.3 K5.2.3 K的计算的计算 5.2.4 5.2.4 t tm m的计算的计算 5.2.5 5.2.5 传热单元数法传热单元数法 浙江大学本科生课程 过程工程原理第五

2、章 传热过程计算与换热器2/25 蓄热式蓄热式间壁式间壁式直接接触式直接接触式T t 间壁式 热流体 蓄热式 t T 直接接触式 冷流体5.1间壁式换热器的传热过程分析间壁式换热器的传热过程分析5.1.1换热器简介换热器简介 分类分类 浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器3/25 夹套式夹套式列管式列管式套管式套管式 t1T1 T2 t2 套管式 T1 T2 夹套式 t1T1 T2 t2 列管式间壁式换热器间壁式换热器5.1.1换热器简介换热器简介 浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器4/25浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与

3、换热器5/25浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器6/25浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器7/25管程数：单管程、双管程、多管程壳程数：单壳程、双壳程、多壳程 t1T1 T2 t2 单管程、单壳程 t1T2 T1 t2 双管程列管式 t1T2 T1 t2 双管程、双壳程列管式换热器列管式换热器浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器8/25 T Tw tw t T1T2t1t25.1.2间壁式换热器的传热过程分析间壁式换热器的传热过程分析三个串联传热环节： 热流体侧的对流传热 间壁的导热 冷流体侧的对流传热浙江大学本科生课

4、程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器9/25dAKtTdAdAbdAtTdAttdAbtTdATTdQxmwmwww1111122112211 总总热热阻阻总总推推动动力力 式中 A 可取 A1、Am、A2等。mxtKAtdAKQ 出出进进-总传热速率方程平均传热温差5.2间壁式换热器的传热过程计算间壁式换热器的传热过程计算5.2.1 总传热速率方程总传热速率方程总传热系数，单位W/m2K T Tw tw t T1T2t1t2浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器10/25T Tw tw t mtKAQ 无相变时： 1221ttcmTTcmQpccphh 有相变时

5、：mrQ T1T2t1t25.2间壁式换热器的传热过程计算间壁式换热器的传热过程计算-称为总传热热阻KA15.2.2 Q的计算的计算浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器11/25T Tw tw t 以冷、热流体均为等温变化为例。221122111111AAbAtTAttAbtTATTQmwmwww T1T2t1t2TtTtT Tw tw t 5.2间壁式换热器的传热过程计算间壁式换热器的传热过程计算5.2.3 K的计算的计算（1）查经验数据：）查经验数据：P250表表5-1（2）实验测定）实验测定（3）分析计算）分析计算浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计

6、算与换热器12/252211111AAbAKAm 222111111ARaAbRaAKAm T Tw tw t 考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器13/25 T t t 0 AtTtm T t t2 t1 0 A T1 T2 t t 0 A T1 并流 T2 t t2 t1 0 A T1 t2 逆流 T2 t t1 0 A5.2.4 tm的计算的计算一恒温差传热二变温差传热mtKAQ 浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器14/25tdAKdQ dtcmdQdTcmdQpccphh pccphhc

7、mdQdtcmdQdT11 BcmcmdQtTdphhpcc 11BtddQ tdAKBtd QttdQBtd021 T1 t1 t2 逆流 T2 t t2 t1 0 dA ABKAtt 12ln以冷、热流体均无相变、逆流流动为例：5.2.4 tm的计算的计算BQtt 12浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器15/25 T1 t1 t2 逆流 T2 t t2 t1 0 AmtKAttttKAQ 1212ln1212lntttttm 其中其中-对数平均温差5.2.4 tm的计算的计算（逆、并流）（逆、并流）浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器16/

8、25 错流 折流逆逆,mmtYt 若流动非逆并流，如错流、折流，则tm需采用相应的计算式，如式5-23。5.2.4 tm的计算的计算工程上，为了快速计算， tm常用下述方法： PRFY, 1221ttTTR 1112tTttP 其中： t1T1 T2 t2 列管式浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器17/25AtKQm 21TTcmQphh 12ttcmQpcc 222111111ARaAbRaAKAm LMTD法法-对数平均温差法对数平均温差法 小结小结1212lntttttm （逆、并流）逆逆,mmtYt （其他流动情况）浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热

9、过程计算与换热器18/25pccphhRhcmcmC phhpccRccmcmC 1112tTttc 1121tTTTh 12TThtTdTNTUphhAphhxcmKAcmdAK 0 21ttctTdtNTUpccApccxcmKAcmdAK 0 tTdAKdtcmdTcmdQxpccphh 5.2.5 传热单元数法（传热单元数法（ -NTU）引入：热容流率热容流率CR： 传热效率传热效率 传热单元数传热单元数NTU：均为无因次数群传热单元数法公式推导：传热单元数法公式推导：浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器19/25 T1 t2 T2 t t1 0 ABKAtt

10、12ln RcpccphhpccpccphhpccCcmcmcmcmcmcmB 111111 111212121121121121111121111221121211tTtttttttTTTtttTTTtTtttTTTtTtTtTtt cRccphhpccCtTttcmcmtTtt 111111121112以逆流为例：以逆流为例：前面已推得：前面已推得：式中：(*)浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器20/25 RccRcpcccRccCNTUCcmKAC 1111ln 代入式中得： cRcRccRccNTUCCNTUC 1exp11exp1 （逆流时总传热速率方程）

11、,RCfNTU 可可见见 RRRCCCNTUor 111ln11（逆流时总传热速率方程）pccphhRhcmcmC phhpccRccmcmC 1112tTttc 1121tTTTh phhhcmKANTU pccccmKANTU RRCNTUC 11exp1 同同理理（并流时总传热速率方程）参见图5-710浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器21/25思考：逆流中，当1RC时，NTU=？ 111 NTU RccRcRccCCCNTU 111ln11（逆流时总传热速率方程）浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器22/25最大可能传热速率最大可能传热

12、速率率率冷流体实际吸收热量速冷流体实际吸收热量速 1112tTttc 最最大大可可能能传传热热速速率率率率热热流流体体实实际际放放出出热热量量速速 1121tTTTh 1221ttcmTTcmQpccphh 11minmaxtTmcQp maxQQ最大可能传热速率最大可能传热速率实际传热速率实际传热速率 传热效率传热效率 的物理意义：的物理意义：实际传热速率：最大可能传热速率：当热流体的热容密度mhcph最小时：当冷流体的热容密度mccpc最小时：1112tTttc 1121tTTTh T1 t2 T2 t t1 0 A浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器23/25 T

13、1 t2 T2 t1 0 A12345T(3)T(4)T(1)t(2)t(3)t(1)t(4)T(2)以逆流为例，将整个传热面分成若干段) 1()() 1()( kkkkttorTT每每一一段段温温升升（或或温温降降），每一段均有：温温升升（或或温温降降）平平均均传传热热推推动动力力 ) 1()() 1()(. kkkkkmttorTTt即即传热单元传热单元传热单元和传热单元数的物理意义：传热单元和传热单元数的物理意义：什么是传热单元？ 传热单元的个数就是传热单元数。用 NTU 表示。什么是传热单元数？ 浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器24/25 T1 t2 T2 t1 0 A12345T(3)T(4)T(1)t(2)t(3)t(1)t(4)T(2)传热单元 12TThtTdTNTU个个NtTTtTTtTTtTTtdTNmNkmkkmmTTTTTTTTNkk 111.)1(1.)1()(2 .)1()2(1 .2)1(1)1()()1()2()1()1(2传热单元和传热单元数的物理意义：传热单元和传热单元数的物理意义：浙江大学本科生课程 过程工程原理第五章 传热过程计算与换热器25/25 tT 1 T2 T1 T 12TThtTdTNTU传热单元数的几何意义：传热单元数的几何意义：