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新乡学院化工原理精品课程一、蒸汽冷凝1.冷凝方式:滴状冷凝和膜状冷凝5.3.6有相变时的对流传热系数滴膜新乡学院化工原理精品课程2.冷凝过程的热阻:液膜的厚度3.蒸汽冷凝的1)水平管束外12342/300.725grndt式中n——水平管束在垂直列上的管子数;r——汽化潜热(ts下),kJ/kg。特性尺寸l:管外径do2Wsttt定性温度:膜温新乡学院化工原理精品课程湍流2)竖壁或竖管上的冷凝层流413213.1tlgr适用条件:Re2100适用条件:Re2100特性尺寸l:管或板高H定性温度:膜温4.031232Re0077.0g新乡学院化工原理精品课程4.冷凝传热的影响因素和强化措施1)流体物性冷凝液,;冷凝液,;潜热r,2)温差液膜层流流动时,t=ts-tW,,3)不凝气体不凝气体存在,导致,定期排放。4)蒸汽流速与流向(u10m/s)同向时,;反向时,;u新乡学院化工原理精品课程5)蒸汽过热包括冷却和冷凝两个过程。6)冷凝面的形状和位置目的:减少冷凝液膜的厚度垂直板或管:开纵向沟槽;水平管束:可采用错列新乡学院化工原理精品课程沸腾种类1)大容积沸腾2)管内沸腾1.汽泡产生的条件问题:为什么汽泡只在加热面个别地方产生?过热度:t=tW-ts汽化核心:一般为粗糙加热面的细小凹缝处汽化核心生成汽泡长大脱离壁面新汽泡形成搅动液层二、液体沸腾新乡学院化工原理精品课程2.沸腾曲线1)自然对流阶段t5C2)核状沸腾阶段25Ct5C3)不稳定膜状沸腾25Ct工业上:核状沸腾4)稳定膜状沸腾250Ct优点:大,tW小新乡学院化工原理精品课程3、沸腾传热的影响因素及强化措施1)液体的性质,,,强化措施:加表面活性剂(乙醇、丙酮等)2)温差在核状沸腾阶段温差提高,3)操作压强stp新乡学院化工原理精品课程4)加热面新的、洁净的、粗糙的加热面,大强化措施:将表面腐蚀,烧结金属粒新乡学院化工原理精品课程5.4传热过程的计算5.4.1热量衡算5.4.2传热速率方程5.4.3Q的意义及确定5.4.4A的确定5.4.5传热平均温度差5.4.6传热系数5.4.7壁温的计算新乡学院化工原理精品课程传热计算设计计算校核计算根据生产任务的要求,确定换热器的传热面积及换热器的其它有关尺寸,以便设计或选用换热器。判断一个换热器能否满足生产任务的要求或预测生产过程中某些参数的变化对换热器传热能力的影响。依据:总传热速率方程和热量恒算新乡学院化工原理精品课程5.4.1热流量衡算方程在定常传热过程中,过程传递的热量Q必等于热流体放出的热量(负焓变)和冷流体吸收的热量(焓变)。即:Q=Q热=Q冷新乡学院化工原理精品课程管内壁热量:热流体对流传热管外壁热传导冷流体对流传热5.4.2总传热速率方程间壁传热过程:各部分传热速率方程:管内侧流体:管壁导热:管外侧流体:()iiiwQATT()/mmwwQATt000()WQAtt热流体冷流体TtTWtWQQmQKAt新乡学院化工原理精品课程对稳态传热:0imQQQQ00110011iimTtQAAA因此,Rt00111iimRKAAAA令:热流体冷流体TtTWtWQQ新乡学院化工原理精品课程mtTt用平均传热温差代替()新乡学院化工原理精品课程5.4.3Q的意义及确定1.Q的意义:Q表示换热器的传热能力。在设计换热器时,要求其传热能力大于或等于生产任务(热负荷)。即,一般取QQQQQ。2.的确定:等于在单位时间内热流体放出的热量Q热或冷流体吸收的热量Q冷。Q和生产任务有关新乡学院化工原理精品课程无热损失:放吸QQ热流体W1,T1,cp1,H1T2H2冷流体W2,t2,cp2,h1t2h2新乡学院化工原理精品课程无相变时11122221112221ppQwcTTwcttQwHHwhh热量衡算:式中Q──热冷流体放出或吸收的热量,J/s;w1,w2──热冷流体的质量流量,kg/s;cp1,cp2──热冷流体的比热容,J/(s.℃);h1,h2──冷流体的进出口焓,J/kg;H1,H2──热流体的进出口焓,J/kg。新乡学院化工原理精品课程相变时122211122221ppspQwrwcttQwrcTTwctt热量衡算:式中r──热流体的汽化潜热,kJ/kg;TS──热流体的饱和温度,℃。11122221()()mppQKAtwcTTwctt传热计算的出发点和核心:新乡学院化工原理精品课程5.4.4A的确定1.在列管换热器中,两流体间的传热是通过管壁进行的,故管壁表面积可视作传热面积。式中n—管数;d—管径,m;l—管长,m。管径d可根据情况选用管内径di、管外径d0或平均直径dm,则对应的传热面积分别为管内表面积Ai,管外表面积A0或平均表面积Am。Andl新乡学院化工原理精品课程2.设计时:mQAKt对于一定的传热任务,若能由传热速率方程确定传热面积,即可在选定管子规格以后,确定管子的长度或根数,并进而完成换热器的工艺设计或选型工作。新乡学院化工原理精品课程一、恒温传热mttTt二、变温传热tm与流体流向有关5.4.5.传热平均温度差逆流并流错流折流两侧流体温度恒定:TTtt0A(l)t新乡学院化工原理精品课程1、逆流和并流时的tmt2t1TTt1t2TT①一侧变,另一侧不变t2tAt1TT逆流t2tAt1T2T1并流新乡学院化工原理精品课程②两侧均变t2t1T1T2t1t2T1T2t2tAt1T2T1t2tAt1T2T1逆流并流新乡学院化工原理精品课程以逆流为例推导mt假设:1)定态传热、定态流动,W1、W2一定2)cp1、cp2为常数,为进出口平均温度下的3)K沿管长不变化。4)热损失忽略不计。新乡学院化工原理精品课程选一个微分单元:()dQwcdtdQKdATt冷冷21-)mwcttQQKAt冷冷(2101221()ln()tAtmwcdtKdATtdtwcKdATtTtwcKATtwcttKAt冷冷冷冷冷冷冷冷t2tAt1TT逆流dA2112lnmtttTtTt新乡学院化工原理精品课程T2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt1212lnmttttt新乡学院化工原理精品课程1)也适用于并流T2t1t2T1At2t1111tTt222tTt新乡学院化工原理精品课程2)较大温差记为t1,较小温差记为t2;3)当t1/t22,则可用算术平均值代替2/)(21tttm21tttm=4)当t1=t2新乡学院化工原理精品课程mmtt'流型),,(RPf1221ttTTR冷流体温升热流体温降1112tTttP两流体初温差冷流体温升mt':逆流时的平均温度差2、错流、折流时的mt新乡学院化工原理精品课程3、逆流与并流的比较(1)逆流操作的特点:一是在冷、热流体进、出口温度相同的条件下,;在相同的Q下,A逆<A并。二是可能节约冷却剂或加热剂的用量。(2)并流的出口温度有一定的限制。如对逆流:或对于并流:2t2T2t2Tmmtt逆并新乡学院化工原理精品课程5.4.6总传热系数dAt2W1,T1W2,t1T2新乡学院化工原理精品课程•热流体固体壁面一侧•固体壁面一侧另一侧•固体壁面另一侧冷流体对流3Q热传导2Q对流1QQKAttwTw对流对流导热冷流体热流体tTQ新乡学院化工原理精品课程(3)管内对流3()iiwQATT2()mwwQdATt100()wQAtt-(1)管外对流(2)管壁热传导对于稳定传热123QQQQ新乡学院化工原理精品课程0000111100111iimKAAAA式中K——总传热系数,W/(m2·K)。1TtQKA新乡学院化工原理精品课程污垢热阻式中R1、R2——传热面两侧的污垢热阻,m2·K/W。,,00011111sisiimRRKAAAA新乡学院化工原理精品课程讨论:1.以外表面为基准(dA=dA0):00000111ssimiiAARRKAA00000111ssimiiddAdlRRKdd式中K0——以换热管的外表面为基准的总传热系数;dm——换热管的对数平均直径。0()/lnomiiddddd新乡学院化工原理精品课程以壁表面为基准:000111iissiimiddRRKdd000111mmssimiiddRRKdd以内表面为基准:工程上习惯以A外为表面积作为计算基准面,所以以后所遇的传热系数K(如没有特殊说明)均为相对于外管表面。02idd2.可近似用平壁计算新乡学院化工原理精品课程4.当管壁和污垢热阻忽略时,总热阻取决于a小的一侧流体的热阻。00111iK当«时,K≈0i05.壁温接近于热阻较小一侧的流体温度。3.当传热面为平面时,A=Ai=A0=Am,,00111sisimRRKA新乡学院化工原理精品课程6.1/K值的物理意义总热阻总推动力KdAtTtTKdAdQ1)()(00000111ssimiiddRRKdd总热阻外侧的热阻壁阻内侧的热阻新乡学院化工原理精品课程5.4.5壁温的计算稳态传热001100WQTTAWWmQtTAWiiQttA1.大,即δ/Am小,热阻小,tW=TW新乡学院化工原理精品课程0i)()(tTTTWWTW接近于T,即大热阻小侧流体的温度。3.两侧有污垢2.当tW=TW,壁比较薄时得01/1/WWiTTTt壁比较薄时001/1/WSWiSiTTRTtR新乡学院化工原理精品课程5.5热辐射5.5.1基本概念5.5.2物体的辐射能力5.5.3两固体间的相互辐射5.5.4高温设备及管道的热损失新乡学院化工原理精品课程5.5.1基本概念1.辐射:物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射:物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。特点:•能量传递的同时还伴随着能量形式的转换;内能1→电磁波能→内能2•温度较高时考虑;•不需要任何介质。新乡学院化工原理精品课程辐射传热的特性★具有反射、折射和吸收的特性;★服从光的反射、折射定律;★能在均一介质中作直线传播。新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程QRQDQANQ能量守恒定律:DRAQQQQ式中——吸收率;——反射率;——穿透率。AQQARQQRDQQD1DRA3.热辐射对物体的作用总能量Q;被物体吸收QA;被反射QR;穿过物体QDA,R,D=f(物体性质、温度、表面、辐射波长)新乡学院化工原理精品课程44.黑体、镜体(白体)、透热体、灰体⑴能全部吸收辐射能的物体A=1,R=D=0黑体⑵能全部反射辐射能的物体R=1,A=D=0镜体⑶能透过全部辐射能的物体D=1,A=R=0透热体无光泽的煤A=0.97近于黑体干净的雪R=0.985近于白体磨光的金属R=0.97近于白体一般的物体,既不是黑体,也
本文标题:各部分传热速率方程
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