化工第四章：传热.ppt

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1、【例例4-1】一一套套管管换换热热器器的的内内管管为为252.5mm的的钢钢管管，钢钢的的导导热热系系数数为为45 W/(mK)，该该换换热热器器在在使使用用一一段段时时间间以以后后，在在换换热热管管的的内内外外表表面面上上分分别别生生成成了了1mm和和0.5mm厚厚的的污污垢垢，垢垢层层的的导导热热系系数数分分别别为为1.0 W/(mK)和和0.5 W/(mK)，已已知知两两垢垢层层与与流流体体接接触触一一侧侧的的温温度度分分别别为为160和和120，试试求求此此换换热热器器单单位位管管长长的传热量。的传热量。解：换热器的热流密度解：换热器的热流密度 W/m代入数据得代入数据得【例【例4-2

2、】工业炉的炉壁，由下列三层组成：】工业炉的炉壁，由下列三层组成：耐火砖耐火砖 =1.4W/(mK),b1=225mm保温砖保温砖 =0.15W/(mK),b2=115mm保温砖保温砖 =0.8W/(mK),b3=225mm今测得其内壁温度为今测得其内壁温度为930，外壁温度为，外壁温度为55，求单位，求单位面积的热损失。面积的热损失。解：由串联热阻的概念解：由串联热阻的概念 W/m2【例【例4-3】在套管换热器中用在套管换热器中用20的冷却水将某溶液从的冷却水将某溶液从100冷却至冷却至60，溶液流量为，溶液流量为1500kg/h，溶液比热为溶液比热为3.5kJ/(kg)，已测得水出口温度为，

3、已测得水出口温度为40，试分别计算并流，试分别计算并流与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传热系数热系数K=1000W/(m2)，求并流操作和逆流操作所需的求并流操作和逆流操作所需的传热面积。传热面积。平均温差是换热器两端温差的对数平均值，称对数平平均温差是换热器两端温差的对数平均值，称对数平均温差。并流逆流平均温差计算式相同，两端温差的均温差。并流逆流平均温差计算式相同，两端温差的计算方法不同。计算方法不同。解：逆流和并流的平均温差分别是：解：逆流和并流的平均温差分别是：传热负荷为传热负荷为：逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是

4、：逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：【例例4-4】套套管管换换热热器器外外管管内内径径60mm，内内管管规规格格384.0mm，用用水水将将为为2500kg/h的的某某液液体体有有机机物物从从100冷冷却却至至40，水水走走管管内内，有有机机物物走走环环隙隙，逆逆流流流流动动，操操作作温温度度下下，有有机机物物密密度度860kg/m3,粘粘度度2.810-3N.s/m2，比比热热2.26kJ/(kg.)，导导热热系系数数0.452W/(m.),水水的的进进、出出口口温温度度分分别别为为15和和45，热热损损失失忽忽略略不不计计。试试求求：(1)水水对对管管内内壁壁的的给给热热系系数数；(

5、2)有有机机溶溶液液对对管管外外壁壁的的给给热热系系数数；(3)若若将将水水流流量量增增加加20%，其其他他条条件件不不变，重求水对管内壁的给热系数。变，重求水对管内壁的给热系数。解：解：水的定性温度：水的定性温度：，查得，查得2=995.7kg/m3,2=0.0008Ns/m2,=0.618W/(mK)Cp2=4.174kJ/(kgK)根据热量衡算式求得水流量根据热量衡算式求得水流量 kg/s管内流速：管内流速：m/s水侧给热系数：水侧给热系数：W/(m2K）套管环隙当量直径套管环隙当量直径de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm,环隙流速环隙流速 m/s (过渡流过渡流)根据过

6、渡流给热系数的计算方法，有根据过渡流给热系数的计算方法，有 故得溶液侧给热系数：故得溶液侧给热系数：水流量增加后的给热系数水流量增加后的给热系数 例例4-6：某空气加热器，蒸汽在管间冷凝，以加热管内流动的：某空气加热器，蒸汽在管间冷凝，以加热管内流动的空气，已知空气侧传热系数空气，已知空气侧传热系数50W/m2K，蒸汽冷凝传热系数蒸汽冷凝传热系数5000W/m2K，为强化传热，现为强化传热，现 （1）将蒸汽给热系数提高）将蒸汽给热系数提高1倍，求总传热系数；倍，求总传热系数；（2）将空气给热系数提高）将空气给热系数提高1倍，求总传热系数。倍，求总传热系数。解解：计算表明：计算表明：提高大给热系

7、数，提高大给热系数，总传热系数基本总传热系数基本不变；不变；提高小给热系数提高小给热系数1倍，总传热系数倍，总传热系数提高近提高近1倍。倍。【例【例4-74-7】在双管程列管式换热器中用】在双管程列管式换热器中用0.30.3MPaMPa(表压表压)的的饱和蒸汽将流量为饱和蒸汽将流量为20002000kg/hkg/h的某溶液从的某溶液从2020加热至加热至8080，溶液走管程，蒸汽走壳程，冷凝水于饱和温度下排出，换，溶液走管程，蒸汽走壳程，冷凝水于饱和温度下排出，换热器内装有热器内装有4646根根252.5mm252.5mm的管子，已知溶液的比热的管子，已知溶液的比热C CP P=2.8kJ/(

8、kg=2.8kJ/(kgK)K)，密度密度850kg/m850kg/m3 3，总传热系数总传热系数K=1000W/K=1000W/(m(m2 2K),K),传热温差近似取为蒸汽的饱和温度与溶液的平均传热温差近似取为蒸汽的饱和温度与溶液的平均温度之差温度之差，溶液的平均温度取为进、出口温度的算术平均值。，溶液的平均温度取为进、出口温度的算术平均值。忽略换热器的热损失，试确定：忽略换热器的热损失，试确定：溶液在管内的流速；溶液在管内的流速；蒸汽的消耗量；蒸汽的消耗量；换热管的长度。换热管的长度。解：解：溶液的体积流量：溶液的体积流量：管程流通截面积：管程流通截面积：管内平均流速：管内平均流速：查得

9、表压查得表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝潜热下饱和蒸汽的冷凝潜热r=2140kJ/kg,蒸汽消耗量蒸汽消耗量 表压表压0.3MPa下饱和蒸汽的冷凝温度下饱和蒸汽的冷凝温度ts=142.9,传热温差：传热温差：根据传热速率方程根据传热速率方程换热管长度：换热管长度：【例例4-8】两两流流体体在在列列管管式式换换热热器器中中进进行行热热量量交交换换，已已知知管管内内热热流流体体的的平平均均温温度度为为175，给给热热系系数数为为10000W/(m2K)，管管外外冷冷流流体体的的平平均均温温度度为为120，给给热热系系数数为为1000 W/(m2K)，忽略管壁热阻和污垢热阻，试计算管壁的平均温度。忽

10、略管壁热阻和污垢热阻，试计算管壁的平均温度。解：根据管壁平均温度的计算公式解：根据管壁平均温度的计算公式tw=170例例4-94-9一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m3m，直径，直径为为 25252mm2mm。水以。水以0.7m/s0.7m/s的流速在管内流过，并从的流速在管内流过，并从1717被加热到被加热到3737。流量为。流量为1.25kg/s1.25kg/s、温度为、温度为7272烃的烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为凝潜热为315kJ/kg315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数。已

11、测得：蒸气冷凝传热系数 0 0=800W/=800W/(m(m2 2)，管内侧热阻为外侧的，管内侧热阻为外侧的40%40%，污垢热阻又为，污垢热阻又为管内侧热阻的管内侧热阻的70%70%，试核算：（，试核算：（1 1）换热器每程提供的）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（传热面积（外表面为基准）；（2 2）换热管的总根数；）换热管的总根数；（3 3）换热器的管程数。）换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为损失，水的比热为4.18kJ/(kg)4.18kJ/(kg)解：解：（1 1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）换热器每程提供的传热面积

12、（外表面为基准），S S1 1；由题意知，水以由题意知，水以0.7m/s0.7m/s的流速在管内流过，欲求的流速在管内流过，欲求S S1 1，需，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为：两流体交换的热量为：单管内水的流量为：单管内水的流量为：每程所需管子数为：每程所需管子数为：取每程管子数为取每程管子数为2020，则每程所能提供的传热外表面积为：则每程所能提供的传热外表面积为：(2)(2)换热管的总根数；换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。由

13、所需的总传热面积可求取换热管的总根数。则任务所需的传热外表面积为则任务所需的传热外表面积为 换热管总根数为换热管总根数为 换热器的管程数由题意管程数为：例例4-104-10在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为流体的进口温度分别为2020和和110110。在换热器使用的。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为初期，冷却水及空气的出口温度分别为4545和和4040，使，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至进口温度不变的情况下

14、，冷却水出口温度降至3838，试，试求：（求：（1 1）空气出口温度为多少？（）空气出口温度为多少？（2 2）总传热系数为原）总传热系数为原来的多少倍？（来的多少倍？（3 3）若使冷却水加大一倍，空气流量及）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（？（水水 空气空气）（）（4 4）冷却水流量加大后，换热器的）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？传热速率有何变化？变为多少？解：使用初期 使用一年后（1 1）空气出口温度）空气出口温度题题意可得：使用初期意可得：使用初期 （1 1）使用一年后使用

15、一年后 （2 2）两式相比（两式相比（2 2）/（1 1），得），得 =59.6（2 2）总传热系数）总传热系数方程方程(2)/(1)(2)/(1)，得：，得：（3 3）冷热流体的出口温度冷热流体的出口温度一年后一年后 （3 3）（4 4）方程（方程（4 4）/（3 3），得：），得：整理前半式的方程整理前半式的方程 （5 5）又因又因 由等比定理由等比定理 整理得整理得 （6 6）联立（联立（5 5）和（）和（6 6），可得：），可得：（4 4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？化？变为多少？例例4-114-11在套管换热器中用在

16、套管换热器中用120120的饱和蒸汽于环隙间冷的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h4000kg/h，比热，比热容为容为1.9kJ/(kg)1.9kJ/(kg)，温度从，温度从3030升至升至6060。蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为传热系数为1101104 4W/(mW/(m2 2)，换热管内侧污垢热阻为，换热管内侧污垢热阻为4104104 4m m2 2/W/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为阻及热损失。换热管为 54542mm2mm的钢管，有效长度为的钢管，有效长度为12m12m

17、。试求：（。试求：（1 1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg2204kJ/kg）；（）；（2 2）管内苯的对流传热系数）管内苯的对流传热系数 i i；（；（3 3）当苯的流量增加当苯的流量增加50%50%、但其他条件维持不变时，苯的、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（出口温度为若干？（4 4）若想维持苯的出口温度仍为）若想维持苯的出口温度仍为6060应采取哪些措施？作出定量计算。应采取哪些措施？作出定量计算。解：（解：（1 1）饱和蒸汽流量；）饱和蒸汽流量；（2 2）管内苯的对流传热系数）管内苯的对流传热系数 i i；（1 1）（2 2）（3 3）苯的流量增加）苯的流量增加50%50%，苯的出口温度为若干，苯的出口温度为若干将其代入（将其代入（2 2）式得）式得 代入（代入（1 1）式得）式得 （4 4）若想维持苯的出口温度仍为）若想维持苯的出口温度仍为6060应采取哪些措施应采取哪些措施？作出定量计算。？作出定量计算。(a)(a)将管子加长，将管子加长，由（由（1 1）式得）式得(b)(b)提高加热蒸气压强（温度）提高加热蒸气压强（温度）