【正文】 定律來描述： 冷 流體被加熱： Q A t t? ?? ( )w 熱流體被冷卻： )w( TTAQ ???? ?熱阻推動力＝ ??????RtAttttAQ ww??1)(?’ ,?──給熱系數(shù) Tw tw──壁溫 T,t──流體溫度 兩流體通過間壁的傳熱 山東輕工業(yè)學院 26 ? 通常熱損失隨保溫層厚度增加而減少，對于直徑小的管路或設備，加保溫層后散熱仍然很多 . ? 原因：管壁既有熱傳導，又要與環(huán)境對流傳熱。 一般實驗室小管路系統(tǒng)的保溫層不超過其臨界厚度。 穩(wěn)定傳熱過程，兩側給熱與間壁導熱的三個過程熱流量相等。 山東輕工業(yè)學院 29 1 2 1 21 1 1 1w w w wT T T t t t Ttqbb? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ???傳 熱 總 溫 差傳 熱 總 熱 阻三個串聯(lián)的傳熱過程組成： )(11 wTTdAdQ ?? ?)(2 wtwTdAbdQ ?? ?)(23 twtdAdQ －??管外對流： 管壁熱傳導： 管內(nèi)對流： 對于穩(wěn)定傳熱： 321 dQdQdQdQ ???dQqdA?()wwTtb? ??1 ()wTT??? 2 ()wtt???R 山東輕工業(yè)學院 30 dm=(d1+d2)/2 R—— 總熱阻 K—— 傳熱系數(shù) 121 1 1bRK ? ? ?? ? ? ?11d A d d x??內(nèi) 表 面 積 ：1212( ) ( ) ( )ww w w wd Q T T d A T t d A t t d Ab???? ? ? ? ? ?若內(nèi)外表面積不相等 三個串聯(lián)的傳熱過程組成： wmd A d d x??導熱面積： 對平壁： 22d A d d x??外 表 面 積 ：山東輕工業(yè)學院 31 若三個傳熱面積不同， 各熱通量也不同。 傳熱系數(shù) 山東輕工業(yè)學院 33 獲取 K 的另外兩種途徑 (1)查取 K 值 傳熱手冊載有 K 的經(jīng)驗數(shù)值 ， 可供設計參考 。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 (2) 實驗測定 實驗測定換熱器的傳熱量和溫度 ， 由傳熱基本方程計算 K 值 ()Q T tAK??山東輕工業(yè)學院 34 因垢層導熱系數(shù)很小 ， 即使厚度不大 ， 垢層熱阻也很大 ，往往會成為主要熱阻 ， 計算 K值時 ， 污垢熱阻不可忽視 。 以外表面 積為基準 2121111??? ????? sRbsRK平壁 山東輕工業(yè)學院 36 若求整個換熱器的 Q， 需要對 積分， 因 K 和 (T－ t)均具有局部性，因此積分有困難。 )( tTK d AdQ ??總傳熱速率方程 mtKAQ ??—— 總傳熱速率方程 山東輕工業(yè)學院 37 ? 減薄傳熱壁面； ? 當壁面兩側流體的對流給熱系數(shù)差別大，即 α1?α2 K≈α2 ，應設法提高給熱系數(shù)小的一側值 ? 當壁面兩側流體的對流給熱系數(shù)相差不大，即 α1≈α2 應同時提高兩側的給熱系數(shù)。 ? 增大傳熱系數(shù) K，須設法減小占控制地位的主要熱阻。 傳熱過程的計算 熱量衡算 逆流 并流 無相變： 山東輕工業(yè)學院 39 冷熱流體為逆流，其溫度 T、 t 隨傳熱面積的增大而降低， 通過微元面積 dA后， dT、 dt都為負值，若不計熱損失 , 1 1 2 2s p s pd Q m c d T m c d t? ? ? ?1 1 1 2 2 2 2 1( ) ( )s p s pQ m c T T m c t t? ? ? ?有相變 ? ?21 1 1 2 2 2() ps p s s sQ m c T T m r m tCt? ? ? ? ?無相變熱流體使液體沸騰 熱流體放熱 = 冷流體吸熱 ? ?11 1 2 2 2 1()sps s s pQ m r m T m c t tC T? ? ? ? ?飽和蒸汽加熱冷流體 山東輕工業(yè)學院 41 傳熱溫差：推動力 在換熱器中取微分長度 dl， 其傳熱面積為 dA 兩流體通過微元面積 dA 所交換的熱量為 AtTKQ d)(d ??t1 t2 T1 T2 假定： ⑴ 在傳熱過程中 ， 熱損失忽略不計； ⑵ 兩流體的比熱為常數(shù) ， 不隨溫度而變； ⑶ 總傳熱系數(shù) K 為常數(shù) ， 不沿傳熱表面變化 。 當傳熱量一定時 ， 逆流操作所需的傳熱面積小于并流操作 。 當加熱任務一定時 ， 采用逆流傳熱可最大限度地利用熱能 ，加熱劑的用量少 。 并流的優(yōu)點： 當工藝要求被加熱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 。 ? ?? ?2 1 2 11121ppssm C t tmC TT???（ t2＞ T2） 山東輕工業(yè)學院 45 實際上兩流體的流向，是比較復雜的多程流動，或是相互 垂直的交叉流動。 折流： 一流體只沿一個方向流動，另一流體作雙程流 動流動；或者兩流體都反復折回。 傳熱溫差：推動力 復雜流向時的平均溫差 （ 2）錯流和折流 山東輕工業(yè)學院 46 傳熱溫差：推動力 錯流和折流時的平均溫差 對于錯流或折流平均溫差 ， 通常是先按逆流求算 ， 然后再根據(jù)流動型式加以校正 ， 即 ? —— 溫差校正系數(shù) ,mmtt?? ? ?? 逆? ?,f P R? ?211 1ttPtT????冷 流 體 的 溫 度 升 高冷 熱 流 體 最 大 溫 差1221TTRtt????熱 流 體 的 溫 度 降 低冷 流 體 的 溫 度 升 高 ?與冷熱流體溫度變化有關 ， 表示為 P 和 R 兩參數(shù)的函數(shù) 山東輕工業(yè)學院 47 傳熱溫差：推動力 ,1 2 2 1 2 11221( ) ( ) ( 1 ) ( )l n ( 1 ) ( 1 )lnmT t T t R t tt TtP P RTt? ? ? ? ?? ? ?? ???逆,mmtt???? 逆222221 2 2 1 21221 2 2 1 1 2 2 1221 2 2 1 1 2 2 1( ) ( ) 1 ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 ( 1 1 )lnln( 2 ( 1 1 )( ) ( ) ( ) ( )mT T t t R t ttT t T t T T t t P R RP R RT t T t T T t t? ? ? ??? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?推導 ? 與 P 和 R 的關系： 12折流時，理論平均溫差計算式： 2221ln111 ( 2 ( 1 1)ln( 2 ( 1 1)PR PRR P R RP R R??? ??? ? ? ? ?? ? ? ?圖 519（ a） ? ?＜ 1(?tm＜ ?tm, 逆 )是由于復雜流動中同時存在并流和逆流 ? 換熱器設計時 ? 值不應小于 ， 否則不經(jīng)濟； ? 可改用多殼程來增大 ?，即將幾臺換熱器串聯(lián)使用 。 解決方法： 傳熱效率與傳熱單元數(shù) （ εNTU） 法 山東輕工業(yè)學院 51 傳熱效率 ε max? ?1211 12111111m a x()()spspmcQ TT TTQ m c ttTT?? ?? ? ???m i n 1 1m a x ( ) ( )spQ m c T t??熱 流體 熱 容流量小 冷流體 熱 容流量小 2122 21111122m a x()()spspmc ttQ ttQ m c ttTT?? ?? ? ???1 1m i nm a x ( ) ( )spQ Q m c tT??? ? ?求 ε， 須 引入 傳熱單 元 數(shù)概 念。 ? 需同時確定流體的流量和它的出口溫度（ ms2 和 t2） ： 需確定 CR1， 由于 CR1 包含在對數(shù)項中，計算仍需試差。 m i n 1 1m a xm a x( ) ( )spQ Q m c T tQ? ? ? ?1 1 2 2s p s pm c m c?以熱容流量小的為基準 1 1 1 2 1 211 1 1 1 1 1()()spspm c T T T Tm c T t T t???????2 2 2 1 2 122 2 1 1 1 1()()spspm c t t t tm c T t T t???????1 1 2 2s p s pm c m c?山東輕工業(yè)學院 56 傳熱單元數(shù)法 單程逆流換熱器中 ε 和 NTU 關系 折流換熱器中 ε 和 NTU 關系 山東輕工業(yè)學院 57 傳熱單元數(shù)法 傳熱單元數(shù)計算式 熱流體 冷流體 逆流 并流 定義 ? ?? ?1111111 e x p 1e x p 1RR RNT CUNT CCU????????? ?11111 e x p 11RRN T CUC?? ? ???????1211 11121112 2212111pppmsRssTTtTmCttCmCTTKA TTNT Um C t????????????? ?? ?22222 21 e x p 1e x p 1RR RNT CUNT CCU????????? ?22221 e x p 11RRN T CUC?? ? ???????2121 1221222 1 1 121222pppmsRsstttTmCTTCt t m CKA ttNT Um C t????????????山東輕工業(yè)學院 58 壁溫的計算 假設壁溫時應作粗略估計 ， 溫差與熱阻成正比 ，即壁溫接近給熱系數(shù)較大一側流體的溫度 。 d s 2 s1 d s 2 s1 垂直于管束 平行于管束 山東輕工業(yè)學院 62 流體在管束外橫掠流動 PrnReCCNu ?列數(shù) 直列 錯列 C1 n C2 n C2 1 s1/d0 = ~3 時 C1 = 1 + s1/d0 s1/d0 3 時 C1 = 2 3 4 對第一排管子，不論錯列或是直列， C2 和 n 都相同， 從第二排起，錯列的 C2值較大， α也較大； 在第三排以后，直列和錯列的 α值均不再變化。 ?????????321332211AAAAAA