化工第四章：传热.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,【例4-1】一套管换热器的内管为,252.5mm,的钢管，钢的导热系数为45,W/(mK)，,该换热器在使用一段时间以后，在换热管的内外表面上分别生成了1,mm,和0.5,mm,厚的污垢，垢层的导热系数分别为1.0,W/(mK),和0.5,W/(mK)，,已知两垢层与流体接触一侧的温度分别为160和120，试求此换热器单位管长的传热量。,解：换热器的热流密度,W/m,代入数据得,【例4-2】工业炉的炉壁，由下列三层组成：,耐火砖,=1.4W/(mK),b,1,=225mm,保温砖,=0.15W/(mK),b,2,=115mm,保温砖,=0.8W/(mK),b,3,=225mm,今测得其内壁温度为930，外壁温度为55，求单位,面积的热损失。,解：由串联热阻的概念,W/m,2,【例4-,3】,在套管换热器中用20的冷却水将某溶液从100冷却至60，溶液流量为1500,kg/h，,溶液比热为3.5,kJ/(kg,)，已测得水出口温度为40，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热系数,K=1000W/(m2)，,求并流操作和逆流操作所需的传热面积。,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。,解：逆流和并流的平均温差分别是：,传热负荷为,：,逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：,【例4-4】套管换热器外管内径60,mm，,内管规格,384.0mm，,用水将为2500,kg/h,的某液体有机物从100冷却至40，水走管内，有机物走环隙，逆流流动，操作温度下，有机物密度860,kg/m3,粘度2.810-3,N.s/m2，,比热2.26,kJ/(kg.,)，导热系数0.452,W/(m.),水的进、出口温度分别为15和45，热损失忽略不计。试求：(1)水对管内壁的给热系数；(2)有机溶液对管外壁的给热系数；(3)若将水流量增加20%，其他条件不变，重求水对管内壁的给热系数。,解：水的定性温度：，查得,2=995.7kg/m3,2=0.0008Ns/m2,=0.618W/(mK)Cp2=4.174kJ/(kg,K),根据热量衡算式求得水流量,kg/s,管内流速：,m/s,水侧给热系数：,W/(m2K）,套管环隙当量直径,de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm,环隙流速,m/s,(,过渡流),根据过渡流给热系数的计算方法，有,故得溶液侧给热系数：,水流量增加后的给热系数,例4-6：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,50W/m2K，,蒸汽冷凝传热系数,5000W/m2K，,为强化传热，现,（1）将蒸汽给热系数提高1倍，求总传热系数；,（2）将空气给热系数提高1倍，求总传热系数。,解,：,计算表明：,提高大给热系数，,总传热系数基本,不变；,提高小给热系数,1倍，总传热系数,提高近1倍。,【例4-7】在双管程列管式换热器中用0.3,MPa,(,表压)的饱和蒸汽将流量为2000,kg/h,的某溶液从20加热至80，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46根,252.5mm,的管子，已知溶液的比热,C,P,=2.8kJ/(kg,K)，,密度,850kg/m,3,，,总传热系数,K=1000W/(m,2,K),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,，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：,溶液在管内的流速；,蒸汽的消耗量；,换热管的长度。,解：溶液的体积流量：,管程流通截面积：,管内平均流速：,查得表压0.3,MPa,下饱和蒸汽的冷凝潜热,r=2140kJ/kg,蒸汽消耗量,表压0.3,MPa,下饱和蒸汽的冷凝温度,t,s,=142.9,传热温差：,根据传热速率方程,换热管长度：,【例4-8】两流体在列管式换热器中进行热量交换，已知管内热流体的平均温度为175，给热系数为10000,W/(m,2,K)，,管外冷流体的平均温度为120，给热系数为1000,W/(m,2,K)，,忽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,t,w,=170,例,4-9,一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为,3m,，直径为,25,2mm,。水以,0.7m/s,的流速在管内流过，并从,17,被加热到,37,。流量为,1.25kg/s,、温度为,72,烃的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,315kJ/kg,。已测得：蒸气冷凝传热系数,0,=800W/(m,2,),，管内侧热阻为外侧的,40%,，污垢热阻又为管内侧热阻的,70%,，试核算：（,1,）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（,2,）换热管的总根数；（,3,）换热器的管程数。,计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为,4.18kJ/(kg),解：（,1,）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），,S,1,；,由题意知，水以,0.7m/s,的流速在管内流过，欲求,S,1,，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流量与单管内水的流量之比。,两流体交换的热量为：,单管内水的流量为：,每程所需管子数为：,取每程管子数为,20,，则每程所能提供的传热外表面积为：,(2),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。,则任务所需的传热外表面积为,换热管总根数为,换热器的管程数,由题意管程数为：,例,4-10,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,20,和,110,。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为,45,和,40,，使用一年后，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,38,，试求：（,1,）空气出口温度为多少？（,2,）总传热系数为原来的多少倍？（,3,）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？（,水,空气,）（,4,）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？,解：使用初期 使用一年后,（,1,）空气出口温度,题意可得：使用初期,（,1,）,使用一年后,（,2,）,两式相比（,2,）,/,（,1,），得,=59.6,（,2,）总传热系数,方程,(2)/(1),，得：,（,3,）,冷热流体的出口温度,一年后,（,3,）,（,4,）,方程（,4,）,/,（,3,），得：,整理前半式的方程,（,5,）,又因,由等比定理,整理得,（,6,）,联立（,5,）和（,6,），可得：,（,4,）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？,例,4-11,在套管换热器中用,120,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,4000kg/h,，比热容为,1.9kJ/(kg),，温度从,30,升至,60,。蒸汽冷凝传热系数为,110,4,W/(m,2,),，换热管内侧污垢热阻为,410,4,m,2,/W,，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为,54,2mm,的钢管，有效长度为,12m,。试求：（,1,）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为,2204kJ/kg,）；（,2,）管内苯的对流传热系数,i,；（,3,）当苯的流量增加,50%,、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（,4,）若想维持苯的出口温度仍为,60,应采取哪些措施？作出定量计算。,解：（,1,）饱和蒸汽流量；,（,2,）管内苯的对流传热系数,i,；,（,1,）,（,2,）,（,3,）苯的流量增加,50%,，苯的出口温度为若干,将其代入（,2,）式得,代入（,1,）式得,（,4,）若想维持苯的出口温度仍为,60,应采取哪些措施？作出定量计算。,(a),将管子加长，由（,1,）式得,(b),提高加热蒸气压强（温度）,