化學(xué)工程傳熱學(xué)課件總復(fù)習(xí)

1、復(fù)習(xí),了解列管換熱器的選擇設(shè)計(jì)步驟,（1）選擇加熱劑 和冷卻劑（2）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，確定基本數(shù)據(jù)（包括兩流體的流量、進(jìn)出 口溫度、定性溫度下的有關(guān)物性、操作壓力等（3）確定流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)通道。（4）確定并計(jì)算熱負(fù)荷。（5） 平均溫度差的計(jì)算。（6） 根據(jù)兩流體的溫度差和設(shè)計(jì)要求，確定換熱器的形式。（7）選取總傳熱系數(shù)，并根據(jù)傳熱基本方程初步算出傳熱面積，以此作為選擇換熱器型號的依據(jù)，并確定初選換熱

2、器的實(shí)際換熱面積A實(shí)，以及在A實(shí)下所需的傳熱系數(shù)K需。,一. 化工生產(chǎn)中常用的加熱劑及冷卻劑,,載熱體：為將冷流體加熱或熱流體冷卻，必須用另一種流體供給或取走熱量，此流體稱為載熱體。冷卻劑：起冷卻作用的載熱體稱為冷卻劑。加熱劑：起加熱作用的載熱體稱為加熱劑,二、確定流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)通道,P139頁,三. 熱負(fù)荷的確定,3.會(huì)求加熱劑的用量或冷卻劑的用量,四. 平均傳熱溫差的計(jì)算,Δt大/Δt小≤2時(shí)，工程計(jì)算中，可取,兩側(cè)變溫

3、錯(cuò)流和折流時(shí)Δtm,先按逆流計(jì)算對數(shù)平均溫度差Δtm逆，再乘以一個(gè)校正系數(shù)，即 Δtm＝Δtm逆式中 ——溫度差校正系數(shù)，其大小與流體的溫度變化有關(guān)，一般不宜小于 0.8。,可表示為兩參數(shù)P和R的函數(shù)： ＝f（P，R），根據(jù)P和R兩參數(shù)由圖查取,折流過程的 算圖,錯(cuò)流過程的 算圖,,五.列管換熱器換熱形式的確定,列管換熱

4、器各類型結(jié)構(gòu)及其優(yōu)、缺點(diǎn),六.選定經(jīng)驗(yàn)K值，初步估算其面積,A估＝,【例2-3】 φ50×5mm的不銹鋼管，熱導(dǎo)率λ1為16W/(m.K)，外包一層石棉， 熱導(dǎo)率λ2為0.2W/(m.K)，若內(nèi)壁溫度為350℃，保溫層外壁溫度為100℃，每米管長的熱損失不超過397W/m，試求保溫層的厚度。,解：由題給條件知：r1=20mm, r2=25mm, λ1= 16W/(m.K), λ2= 0.2W/(m.K),t1=350℃

5、,t3=100 ℃，Q/L= 397W/m。,載熱體輸送管道的保溫,,,,=2.199 r3=55mm,保溫層的厚度為：r3-r2=30mm,課后習(xí)題,1. 解：由題給條件知：b1=0.23m, b3=0.23m, λ1= 1.05W/(m.℃), λ2= 0.144W/(m.℃), λ3= 0.94W/(m.℃),t1=1300℃,t4=50 ℃,課后習(xí)題,2.解：由題給條件知：r1=27mm, r2=30mm, r3=

6、30+30=60mm, r4=30+30+30=90mm, λ1= 16W/(m. ℃), λ2= 0.04W/(m. ℃), λ3= 0.16W/(m. ℃),t1=-100℃,t4=20℃,課后習(xí)題,6.解: 熱負(fù)荷:Q= Q冷= ms2cp2(t2-t1) =,×1100×3.8×1000×(60-20)=1393.33k

7、W,求對數(shù)平均溫度差：,逆流時(shí) 熱流體溫度 127℃ 127℃,冷流體溫度 20℃ 60℃,△t1=107 ℃,△t2=67 ℃,因?yàn)椋?△t1/△t2〈2，所以：,△ tm逆=,,求總傳熱系數(shù)K：,工藝條件要求的換熱器的傳熱面積為：,換熱器實(shí)際的換熱面積為：,7.解: 熱負(fù)荷:Q= Q冷= ms2cp2(t2-t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（80-2

8、0）=1666.7kw,逆流時(shí) 熱流體溫度 110℃ 110℃,對數(shù)平均溫度差：,冷流體溫度 20℃ 80℃,△t1=90 ℃,△t2=30 ℃,若換熱器使用一年后，由于污垢熱阻增加，將會(huì)使換熱器的總傳熱系數(shù)下降（K’），傳熱速率下降（Q’） ，冷流體出口溫度升高(t2’ )。,Q’= ms2cp2(t2’ -t1)=（2.5×104/3600）×4×1000×（72-20

9、）=1444.4kw,若要保證冷流體出口溫度仍為80 ℃,即熱負(fù)荷仍為Q ，總傳熱系數(shù)為K’ ，傳熱速率下降（Q） ，求△ tm”。,設(shè)加熱蒸汽溫度為X,解得：X=123.9℃,有相變傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰有相變對流傳熱的特點(diǎn)①　相變過程中產(chǎn)生大量相變熱（潛熱）；,6. 有相變化的對流傳熱,,②　相變過程有其特殊傳熱規(guī)律，傳熱更為復(fù)雜；,(1)蒸汽冷凝 飽和蒸汽ts和冷壁面tw接觸（ts>tw） 蒸汽放出潛熱→

10、在壁面凝成液體→膜狀液體和滴狀液體 a、膜狀冷凝（可潤濕） 壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，與直接接 觸壁相比，附加了液膜的熱阻。δ越厚，傳熱效果越差。,b、滴狀冷凝（不潤濕）,壁面大部分的面積直接暴露于蒸汽中。因沒液膜阻礙，傳熱系數(shù)很大。,,,,,,,膜狀冷凝,滴狀冷凝,蒸汽在水平管外膜狀冷凝的α,n——水平管束在垂直列上的管數(shù)；特性尺寸：管外徑do；定性溫度：λ取tS 下的值，其余為膜平均溫度。,c. 影響冷凝

11、傳熱的因素,冷凝液膜兩側(cè)的溫度差：,流體物性的影響：,不凝性氣體的影響：形成氣膜，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降。,蒸氣過熱的影響：過熱蒸汽，若壁溫高于飽和溫度，傳熱過程與無相變對流傳熱相同；若壁溫低于飽和溫度，按飽和蒸汽冷凝處理。,蒸氣流速的影響：流速不大時(shí)，影響可忽略； 流速較大時(shí)，且與液膜同向，α增大；

12、 流速較大時(shí)，且與液膜反向， α減小。,（2）液體的沸騰傳熱 對液體加熱時(shí)，液體內(nèi)部伴有由液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡的過程，稱為液體沸騰（又稱沸騰傳熱）。工業(yè)上液體沸騰的方法有兩種：一種是將加熱壁面浸沒在無強(qiáng)制對流的液體中，液體受熱沸騰，稱為池內(nèi)沸騰；另一種是液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰，稱為管內(nèi)沸騰。,沸騰過程：,過熱度↑，汽化核心數(shù)↑，氣泡產(chǎn)生和長大的速度↑，使沸騰加劇，沸騰傳熱膜系數(shù)

13、↑。,說明：由于氣泡產(chǎn)生，使液體擾動(dòng)↑ 因此：,大容積飽和沸騰曲線,影響沸騰傳熱的因素,,加熱壁面的影響：粗糙壁面, α ↑，光滑的壁面, α ↓； 被油脂污染的壁面, α ↓ ，清潔表面, α ↑； 水平管束沸騰傳熱，上排管 α ↓ 。,二. 傳熱過程強(qiáng)化的途徑,增大傳熱系數(shù)，可以提高換熱器的傳熱速率。增大傳熱系數(shù)，實(shí)際上就是降低換熱器的總熱阻。間壁兩側(cè)流體間傳熱總熱阻等于兩側(cè)流體的對流傳熱熱阻、污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻之

14、和。由此可見，要降低總熱阻，必須減小各項(xiàng)分熱阻。但不同情況下，各項(xiàng)分熱阻所占比例不同，故應(yīng)具體問題具體分析，設(shè)法減小占比例較大的分熱阻。,3．增大傳熱系數(shù),一般來說，在金屬換熱器中壁面較薄且導(dǎo)熱系數(shù)高，不會(huì)成為主要熱阻。,污垢熱阻是一個(gè)可變因素，在換熱器剛投入使用時(shí)，污垢熱阻很小，可不予考慮，但隨著使用時(shí)間的加長污垢逐漸增加，便可成為阻礙傳熱的主要因素。,減小污垢熱阻的具體措施有：提高流體的流速和擾動(dòng)，以減弱垢層的沉積；加強(qiáng)水質(zhì)處理，盡

15、量采用軟化水；加入阻垢劑，防止和減緩垢層形成；采用機(jī)械或化學(xué)的方法及時(shí)清除污垢。,當(dāng)壁面熱阻和污垢熱阻均可忽略時(shí),要提高K值必須提高流體的α值。當(dāng)兩α相差很大時(shí)，例如用水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣，則1/K≈1/α小，此時(shí)欲提高K值，關(guān)鍵在于提高α小的那一側(cè)流體的α。若αi與α0較為接近，此時(shí)，必須同時(shí)提高兩側(cè)的α，才能提高K值。,在列管換熱器中，為提高α，對于無相變對流傳熱，通常采取如下具體措施：,①在管程，采用多程結(jié)構(gòu)，可使流速成倍增加

16、，流動(dòng)方向不斷改變，從而大大提高了α，但當(dāng)程數(shù)增加時(shí)，流動(dòng)阻力會(huì)隨之增大，故需全面權(quán)衡；,②在殼程，也可采用多程，即裝設(shè)縱向隔板，但限于制造、安裝及維修上的困難，工程上一般不采用多程結(jié)構(gòu)，而廣泛采用折流擋板，這樣，不僅可以局部提高流體在殼程內(nèi)的流速，而且迫使流體多次改變流向，從而強(qiáng)化了對流傳熱。,對于冷凝傳熱，除了及時(shí)排除不凝性氣體外，還可以采取一些其他措施，如在管壁上開一些縱向溝槽或裝金屬網(wǎng)，以阻止液膜的形成。對于沸騰傳熱，實(shí)踐證明，