第五节稳定传热的计算

第三节 传热基本方程及传热计算从传热基本方程m t kA Q ∆= （４－１１）或传热热阻传热推动力=∆=kA t Q m 1 （４－１１ａ）可知，要强化传热过程主要应着眼于增加推动力和减少热阻，也就是设法增大m t ∆或者增大传热面积Ａ和传热系数Ｋ。

在生产上，无论是选用或设计一个新的换热器还是对已有的换热器进行查定，都是建立在上述基本方程的基础上的，传热计算则主要解决基本方程中的m t K A Q ∆,,,及有关量的计算。

传热基本方程是传热章中最主要的方程式。

一、传热速率Ｑ的计算冷、热流体进行热交换时，当热损失忽略，则根据能量守恒原理，热流体放出热量h Q ，必等于冷流体所吸收的热量c Q ，即c n Q Q =，称之热量衡算式。

1． 1． 无相变化时热负荷的计算 （1） （1） 比热法()()1221t t c m T T c m Q pc c ph h -=-= （4-12）式中 Q ——热负荷或传热速率，J.s -1或W ； c h m m ,——热、冷流体的质量流量，kg.s -1；ph pc cc ,——冷、热流体的定压比热，取进出口流体温度的算术平均值下的比热， k Ｊ.（kg.k ）-1；21,T T ——热流体进、出口温度，Ｋ（°C ）； 21,t t －冷流体的进出口温度，Ｋ（°C ）。

（２）热焓法)(21I I m Q -= （４－１３） 式中 1I ——物料始态的焓，k Ｊ.kg -1； 2I ——物料终态的焓，k Ｊ.kg -1。

２．有相变化时热负荷计算Gr Q = （４－１４） 式中 G ——发生相变化流体的质量流量，kg.s -1；r ——液体汽化（或蒸汽冷凝）潜热，k Ｊ.kg -1。

注意：在热负荷计算时，必须分清有相变化还是无相变化，然后根据不同算式进行计算。

对蒸汽的冷凝、冷却过程的热负荷，要予以分别计算而后相加。

当要考虑热损失时，则有：通常在保温良好的换热器中可取h Q Q ）（损%5~2=三、平均温度差m t ∆的计算在间壁式换热器中，m t ∆的计算可分为以下几种类型：１．１．两侧均为恒温下的传热两侧流体分别为蒸汽冷凝和液体沸腾时，温度不变，则：m t ∆＝Ｔ－t ＝常数 ２．２．一侧恒温一侧变温下的传热 可推得计算式为：()()21212121ln ln t t t t t T t T t T t T t m ∆∆∆-∆=-----=∆ （４－１５）式中m t ∆为进出口处传热温度差的对数平均值，温差大的一端为1t ∆，温差小的一端为2t ∆，从而使上式中分子分母均为正值。

稳定热传导计算公式热传导是物体内部或不同物体之间热量传递的过程。

在热传导过程中，热量从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。

稳定热传导计算公式是一种用来计算热传导过程中热量传递的公式。

本文将详细介绍稳定热传导计算公式的含义、用途和应用。

稳定热传导计算公式用于计算热传导过程中热量的传递速率。

这个公式是基于热传导定律建立的，热传导定律表明热传导速率与温度梯度成正比，与传导物质的导热性质和传导距离成反比。

稳定热传导计算公式可以表示为：Q = k * A * ΔT / d其中，Q是热量传递速率，单位是瓦特（W）；k是传导物质的热导率，单位是瓦特/米·开尔文（W/m·K）；A是传导物体的传热面积，单位是平方米（m^2）；ΔT是传导物体的温度梯度，单位是开尔文/米（K/m）；d是传导物体的传热距离，单位是米（m）。

通过这个公式，我们可以计算出在给定的条件下热传导的速率。

热传导速率越大，热量传递得越快。

热传导速率受到传导物质的热导率、传热面积、温度梯度和传热距离的影响。

热导率是传导物质的一个物性参数，它反映了传导物质导热性能的好坏。

热导率越大，传导物质导热能力越强，热传导速率也就越大。

传热面积是热量传递的表面积，传热面积越大，热传导速率越大。

温度梯度是热传导过程中温度的变化率，温度梯度越大，热传导速率越大。

传热距离是热传导过程中热量传递的距离，传热距离越短，热传导速率越大。

稳定热传导计算公式可以应用于各种热传导问题的热量传递速率的计算。

例如，可以用这个公式来计算热量在固体材料中的传递速率，计算建筑物墙体中热量的传递速率，计算电子器件中热量的传递速率等等。

通过计算热传导速率，我们可以了解热量传递的快慢，从而进行热工设计、热传导材料的选择等工作。

总之，稳定热传导计算公式是一种用来计算热传导过程中热量传递速率的公式。

通过该公式，我们可以计算热传导速率，了解热量传递的快慢，从而进行热工设计和热传导材料的选择。

第五节 热量衡算与热交换计算一、热量衡算 传热计算根据总传热方程进行： Q=KA△tm 对于一个热交换器，传热计算的内容有两种，一为设计计算，即根 据给定的传热量，确定热交换器的几何尺寸和结构参数；二为校核计算， 即对某些热交换器，根据它的尺寸和结构进行校核，看其能否满足传热 量的要求。

这两种计算的关键都在于传热面积是否合适，计算的基本依 据是总传热方程以及与之相关的热量衡算式，在第四节中，已对总传热 方程进行了较为详细的讨论，下面介绍热交换中的热量衡算式。

当热损失为零时， 对热交换器作热量衡算可得到单位时间的传热量， 此传热量又叫热负荷，即式 3-20 中的传热速率 Q。

热负荷分为两种，即工艺热负荷和设备热负荷，工艺热负荷是指工 艺上要求的在单位时间内需要对物料加入或取出的热量，用 QL 表示，单 位为 W。

设备热负荷是热交换器所具备的换热能力，所以设备热负荷也 就是热交换器的传热速率 Q。

当热损失不可忽略时，为满足工艺要求，Q 应大于 QL。

由热量衡算得到的是工艺热负荷 QL。

如果流体不发生相变化，比热 取平均温度下的比热，则有：QL=whcph(T1-T2)=wccpc(t2-t1)( 3-29)式中 w----流体的质量流量，kg/s； cp----流体的平均定压比热，kJ/(kg·K); T----热流体温度，K； t----冷流体温度，K； （下标 h 和 c 分别表示热流体和冷流体，下标 1 和 2 表示热交换器 的进口和出口）式 3-29 是热交换器的热量衡算式，也称为热平衡方程。

若流体在换热过程中有相变，例如饱和蒸汽冷凝成同温度冷凝液时，则 有：QL=whr=wccpc(t2-t1)(3-30)式中 wh----饱和蒸汽的冷凝速率，kg/s； r----饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg； 当饱和蒸汽在热交换器中冷凝后， 冷凝液液温度继续下降到 T2,两部分热 量（即潜热和显热）要加起来计算，这时：QL=wh[r+cph(Ts-T2)]=wccpc(t2-t1)式中 cph-----冷凝液的比热，kJ/kg·K； Ts------冷凝液饱和温度，K。

第五节 传热过程的计算化工生产中广泛采用间壁换热方法进行热量的传递。

间壁换热过程由固体壁的导热和壁两侧流体的对流传热组合而成，导热和对流传热的规律前面已讨论过，本节在此基础上进一步讨论传热的计算问题。

化工原理中所涉及的传热过程计算主要有两类：一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷，确定换热器的传热面积；另一类是校核计算，即计算给定换热器的传热量、流体的流量或温度等。

两者都是以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算基础。

4-5-1 热量衡算流体在间壁两侧进行稳定传热时，在不考虑热损失的情况下，单位时间热流体放出的热量应等于冷流体吸收的热量，即：Q=Q c =Q h （4-59） 式中 Q ——换热器的热负荷，即单位时间热流体向冷流体传递的热量，W ； Q h ——单位时间热流体放出热量，W ； Q c ——单位时间冷流体吸收热量，W 。

若换热器间壁两侧流体无相变化，且流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时，式（4-59）可表示为()()1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （4-60） 式中 c p ——流体的平均比热容，kJ/（kg ·℃）； t ——冷流体的温度，℃； T ——热流体的温度，℃； W ——流体的质量流量，kg/h 。

若换热器中的热流体有相变化，例如饱和蒸气冷凝，则()12t t c W r W Q pc c h -== （4-61） 式中 W h ——饱和蒸气（即热流体）的冷凝速率，kg/h ； r ——饱和蒸气的冷凝潜热，kJ/kg 。

式（4-61）的应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。

若冷凝液的温度低于饱和温度时，则式（4-61）变为()[]()122t t c W T T c r W Q pc c s ph h -=-+= （4-62） 式中 c ph ——冷凝液的比热容，kJ/（kg ·℃）； T s ——冷凝液的饱和温度，℃。

第一章流体流动和输送（*计算题）（一）课程内容化工、生物、食品、环境等许多生产领域中的处理对象多为流体，掌握流体流动的规律是解决流体输送以及研究传热、传质过程及设备的重要基础。

本章重点讨论流体流动的基本原理，并运用基本原理分析和解决流体输送过程的计算问题。

（二）学习要求要求通过对本章的学习能理解和掌握流体和流体流动的一些基本概念和基本原理，掌握运用基本原理分析和解决流体输送过程的基本计算问题。

（三）考核知识点和考核要求第一节流体的物理性质[1]了解：流体的压缩性。

[2]理解：连续性假定；流体的密度；流体的黏度。

[3]掌握：牛顿黏性定律。

第二节流体静力学[1]了解：体积力；表面力[2]理解：流体压强的度量。

[3]掌握：压强的静力学测量。

[4]熟练掌握：流体静力学基本方程。

第三节流体流动的基本概念[1]了解：边界层和边界层的分离。

[2]理解：稳态与非稳态流动；流量与流速；流动的形态与雷诺数。

[3]掌握：层流与湍流的特性。

第四节流体流动的质量衡算和能量衡算[1]掌握：质量衡算；能量衡算。

[2]熟练掌握：连续性方程；柏努利方程的应用。

（①大计算题）第五节流体流动的阻力[1]了解：直管阻力损失的实验研究；因次分析法。

[2]理解：直管阻力；局部阻力；当量直径[3]掌握：层流时的速度分布；湍流的速度分布；局部阻力损失的计算。

[4]熟练掌握：直管阻力损失的计算；（大计算题）第六节流体输送管路的计算[1]了解：分支管路计算。

[2]理解：管路特性曲线。

[3]掌握：管径的确定；并联管路计算。

[4]熟练掌握：简单管路计算；管路特性方程。

第七节流速和流量的测定[1]了解：文丘里流量计[2]理解：皮托管、孔板流量计和转子流量计的原理。

[3]掌握：毕托管、孔板流量计和转子流量计的计算方法。

第八节非牛顿流体的流动[1]了解：非牛顿流体及其流动特点第九节液体输送机械[1]了解：离心泵的类型；往复泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵、漩涡泵的工作原理和特点。