【正文】 ⑷ 計算總傳熱系數(shù) ， 核算傳熱面積 ， 計算管 、 殼程的給熱系數(shù) α 1和α 2， 確定污垢熱阻 Rs1和 Rs2, 計算總傳熱系數(shù) K計 ， 并計算傳熱面積 A計 ， 比較 A估 和 A計 ， 若 A估 /A計 =～ ， 則初選的設備合適 ， 否則需另設 K估值 ， 重復以上步驟 。 選定換熱器的基本尺寸 ， 如管徑 、 管長 、 管數(shù)及排列等；若選用 ， 在標準中選擇換熱器型號 。 ⑴ 確定流動路徑 ， 根據(jù)任務計算傳熱負荷 ， 確定流體進 、 出的溫度 ，選定換熱器形式 ， 計算定性溫度 ， 查取物性 ， 計算平均溫差 ， 根據(jù)溫度校正系數(shù)不小于 ， 確定殼程數(shù) 。換熱管的排列方式有等邊三角形和正方形兩種，等邊三角形排列比正方形排列更為緊湊 , 但正方形排列的管束清洗方便。 流體流經的路徑選擇 選用和設計中應考慮的問題 選擇的原則 傳熱設備 系列標準規(guī)定采用 φ 25 ,φ 19 2mm兩種規(guī)格的管子。但是，擴展表面的溫度低于基管的溫度，傳熱量的增加率低于傳熱面積的增加率。 關于有相變的沸騰和冷凝傳熱，也發(fā)展了一些強化傳熱的理論和技術，不過，這兩種傳熱過程的給熱系數(shù)已經相當高，強化傳熱的要求并不十分迫切。 通過特殊設計的傳熱壁面不斷改變流體的流動速度和方向，增強邊界層的擾動，如：將換熱面加工成粗糙表面；在管內表面上加工螺紋槽，制成螺紋管或螺旋槽管，在管內安裝插入物強化管內的傳熱，常用插入物是麻花紐帶，制作和裝卸都方便。采取的手段是： 管程流速可以通過增加管程數(shù)來提高，殼程流速可以通過增加折流擋板數(shù)來提高。 當污垢也不構成影響傳熱的主要因素時，則間壁兩側的對流傳熱熱阻就構成問題的主要方面，若兩個 α 存在數(shù)量級的差別時，傳熱的薄弱環(huán)節(jié)處在較小 α 一方，應設法增加小 α 的數(shù)值，若兩個 α 數(shù)值相近，應同時予以提高。 由總傳熱系數(shù)關系式 提高 K值 ， 必須設法提高冷熱流體的兩個給熱系數(shù) ， 降低間壁熱阻和污垢熱阻 ， 但應分清矛盾的主次 ， 重點放在薄弱環(huán)節(jié)上 。 強化傳熱的途徑 物料的溫度是由工藝條件給定的 ， 不能任意變動； 加熱劑 (或冷卻劑 )的進口溫度往往也是不能改動的； 冷卻水的初溫決定于環(huán)境氣候 ， 出口溫度雖可通過增大水流量而降低 ， 但流動阻力迅速增加 ， 操作費用升高； 增加傳熱溫差 在生產上常常采用增大溫差的方法來強化傳熱： 但在大多數(shù)情況下： 用飽和蒸氣作加熱介質，通過增加蒸汽壓力來提高蒸汽溫度； 在水冷器中降低水溫以增大溫差； 冷熱兩流體進出口溫度固定不變，逆流操作增加傳熱溫差。 相反 ， 許多場合需要力求削弱傳熱 ， 隔熱保溫技術在高溫和低溫工程中對提高經濟效益關系重大 ， 已經發(fā)展成為傳熱學的一個重要分支 。假設壁溫時應作粗略估計，由式知，溫差與熱阻成正比，也即：壁溫接近給熱系數(shù)較大一側流體的溫度。若間壁兩側流體的平均溫度分別為 T和 t， 給熱系數(shù)分別為 α 1和 α 2， 則間壁平均溫度 tw滿足下式 12( ) ( )wwq T T t t??? ? ? ?ww tT ?近似取 由于壁溫 tw未知，因而給熱系數(shù) α 1和 α 2也是未知的，因此，由上式求解壁溫需要試差計算。 在計算強制對流、自然對流、冷凝和沸騰傳熱的給熱系數(shù)以及設備的熱損失時，需要知道壁溫，此外，在選擇換熱器類型和管材時，也需要壁溫數(shù)據(jù)。 ,mmtt?? ? ? ? 逆錯流或折流時的平均溫差，通常是先按逆流求算，然后再根據(jù)流動型式加以修正 溫差修正系數(shù) ψ ＜ 1，即 ⊿ tm＜ ⊿tm 逆 ，換熱器設計時 ψ 值不應小于 ，否則不經濟。 若兩種流體都作折流流動或既有錯流又有折流，稱為復雜折流。 兩種流體在列管式換熱器中流動并非是簡單的并流和逆流，而是比較復雜的多程流動，既有折流又有錯流。 但是并流也有它的特點，例如工藝上要求被加熱的流體不得高于某一溫度，或被冷卻的流體不得低于某一溫度，采用并流較易控制。22( ) 115ln55( 565 3 ) / 4 mT t ttTtTT C t C? ? ????????oo由上得:代入上式解得 并流時 T2恒大于 t2， 但逆流時 T2有可能低于 t2， 即逆流時熱流體的出口溫度有可能低于冷流體的出口溫度；而且逆流時熱流體的用量有可能比并流時熱流體的用量少。2239。239。2 2 239。 39。22115 55( 115 ) /( 55 ) / 4 / 355 。 39。 222 39。 39。1 2 2 239。 39。2239。2239。 / hch ph C pCh ph C pCC pC h phmm h ph C pCh ph C pCW C T W C t QW C W CW C W CtttCQ K A t K A W C W CK A W C K A W C?? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ?o解：并流時：則 （ ） （ ） 39。 12115 95 70 55/ 20 / 15 4 / 360 。 t1=55℃ 。 △ t1△ t2T1T2t1t2△ t2T2t1△ t1T1t2 并流時： T1=115℃ 。 并流操作時，冷、熱流體的出口溫度分別為 70℃ 和 95℃ 。 ( 100 40) ( 60 20) C100 40ln60 20mt? ? ?? ? ? ???逆( 100 20) ( 60 40) C100 20ln60 40mt? ? ?? ? ? ???并? ? ? ?312 1500 10 100 60 58300 W3600h phQ WC TT? ? ? ? ? ? ? ?258300 m100 0 mQAKt? ? ???逆 逆 258300 m100 0 ? ? ?并 并解：逆流和并流的平均溫差分別是： 傳熱負荷為： 逆流操作和并流操作時換熱器的面積分別是： ? ?? ?2112c pchphW C t tWC TT???采用逆流傳熱的另一優(yōu)點是節(jié)約載熱體的用量，以物料的加熱為例，加熱劑的用量 當 T T t1和 t2不變時，逆流傳熱的平均溫差大于并流傳熱的平均溫差，逆流操作所需的傳熱面積小于并流操作的傳熱面積。 平均溫差是換熱器兩端溫差的對數(shù)平均值，稱對數(shù)平均溫差。若已知并流和逆流時總傳熱系數(shù) K=1000W/(m2 （一）逆流或并流時的平均溫差 逆流 【例 31】 在套管換熱器中用 20℃ 的冷卻水將某溶液從 100℃ 冷卻至 60℃ ，溶液流量為 1500kg/h， 溶液比熱為 (公斤 ? 平均溫差還與參與換熱的兩流體的流動方式有關，流體的流動方式不同，平均傳熱溫差不同。 m Ttt? ? ?Tt傳熱溫差 ? 參與熱交換的兩種流體或其中之一有溫度變化，熱流體放出熱量溫度沿程降低，冷流體獲得熱量溫度沿程升高，冷熱流體的溫度差沿換熱器表面各點是不同的。K) 水 —氣體 12~60 水 —水 800~1800 水 —煤油 350左右 水 —有機溶劑 280~850 氣體 —氣體 12~35 飽和水蒸氣 —水 1400~4700 飽和水蒸氣 —氣體 30~300 飽和水蒸氣 —油 60~350 飽和水蒸氣 —沸騰油 290~870 參與換熱的兩種流體的溫度都恒定不變，例如在蒸發(fā)器中用飽和蒸汽加熱液體使之蒸發(fā)汽化。 因此，使用計算的 K值時應慎重，最好與另外兩種方法作對照，以確定合理的 K值。 ⑵ 實驗測定 通過實驗測定現(xiàn)有換熱器的流量和溫度，由傳熱基本方程計算 K值： 實驗測定可以獲得較為可靠的 K值。 11 oo odo dio oi m i idbd dRRdd dK ???? ? ? ? ??11fooR KK???用 Rf表示管壁內外兩側污垢熱阻之和，則 式中 KO為清潔表面的總傳熱系數(shù)， KO′ 是含有結垢表面的總傳熱系數(shù)，分別測得這兩個傳熱系數(shù)，即可確定 Rf值。 由于垢層的厚度和導熱系數(shù)不易準確估計，工程計算上通常是選用污垢熱阻的經驗數(shù)值。 若垢層厚度為 ⊿ s， 垢層導熱系數(shù)為 λ s， 則垢層熱阻為 Rd=⊿s/ λ s。 污垢熱阻 換熱器在運行一段時間后，流體介質中可沉積物會在換熱表面上生成垢層，有時換熱面還會被流體腐蝕而形成垢層。 管內流體對流傳熱控制。 TwtwTt熱流體 冷流體Q QA1A2b總傳熱系數(shù) 冷熱兩流體通過間壁進行熱交換的總熱阻等于兩個對流熱阻與一個導熱熱阻之和，這和串聯(lián)電路的歐姆定律類似。 AQq /?傳熱速率方程 總傳熱系數(shù) K綜合反映傳熱設備性能，流動狀況和流體物性對傳熱過程的影響，倒數(shù) 1/K稱為傳熱過程的總熱阻。 熱阻推動力?????KAttKAQ mm 1傳熱速率有兩種表示方法 : (傳熱速率 Q): 單位時間內在整個傳熱面積上由熱流體傳給冷流體的熱量。而熱通量q是指單位傳熱面積上的傳熱速率。 上式為傳熱速率方程或傳熱基本方程，是換熱器傳熱計算的重要依據(jù)。 ? ? ? ? ? ? ? ?1 1 2 20 0 0 0c pc h ph c pc h phW C t W C T W C t W C T? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?1 2 2 1h ph c pcW C T T W C t t? ? ? ?吸放 ＝ 傳熱速率方程式： 換熱器的傳熱速率 Q與傳熱面積 A和冷熱兩種流體的平均溫差 △ tm成正比 。 化工過程中連續(xù)生產是主要的，因而我們主要討論穩(wěn)定傳熱。特點：傳熱速率、熱通量均為變量。特點：通過傳熱表面的傳熱速率為常量，熱通量不一定為常數(shù)。由式可知，設備壁面溫度越高，熱損失越大。 聯(lián)合給熱系數(shù)用下列近似關系式計算 。 許多化工設備的外壁溫度高于周圍環(huán)境大氣的溫度 ， 這些設備的表面以對流和輻射兩種形式向環(huán)境大氣散失熱量 ， 因此 ， 設備的熱損失應為對流傳熱量和輻射傳熱量之和 ， 由于對流而損失的熱量為 ? ?C C w wQ A t t???4 412 100 100wRwT TCtt?????? ????? ????????????設備的熱損失 由于輻射而損失的熱量： 對流和輻射的聯(lián)合傳熱 ??????????????????????????442121 100100TTACQ ww? ( ) ( ) ( )C R