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传热操作技术课件第二章传热操作技术

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传热操作技术1、有一∅108mm ⨯4mm 的管道，内通以200KPa 的饱和蒸气。

已知其外壁温度为110℃。

内壁温度以蒸气温度计。

求每米管长的导热量。

解：已知：2254 5.410r mm m -==⨯ 2221 5.410410 5.010r m ---=⨯-⨯=⨯ 1L m = 2110t ω=℃ 查表得145m λω-=⋅⋅℃ 1120t ω=℃()22212 3.14112011045236720.375.4105.01036720.37n nl t Q W r l l r Wπλ--⨯⨯⨯-⨯===⨯⨯∴ 每米管长的导热量为 2、水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变，现将管内径减半，则管内对流传热系数为原来的多少倍？解：已知：12λλ= 2112d d = 21P P C C = 21μμ= 21ρρ= 21qV qV = 22224qV u d π=0.822222222222240.023nP qV d d C d d ρπλμμλ⎛⎫ ⎪⎪⎛⎫ ⎪∴= ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭ 0.8122222111210.811240.023222 3.48n P d qV d C d ρπλμμλαα⎛⎫ ⎪⎪⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭⎪ ⎪⎝⎭=⨯=3、用一列管式换热器来加热某某溶液，加热剂为热水。

拟定水走管程，溶液走壳程，已知溶液的平均比热容为13.05KJ Kg - ℃，进出口温度分别为35℃和60℃，其流量为1600Kg h - ；水的进出口温度分别为90℃和70℃。

若不考虑热损失，试求热水的消耗量和该换热器的热负荷。

解：已知： 190n t =℃ 270n t =℃ 135c t =℃ 260c t =℃33.0510P C C J Kg ⋅=⨯ ℃ 111600600/36006mc q kg h kg s --===由题意可知：()2131 3.051025612708.3C mc pc c c C Q q C t t Q W=-=⨯⨯⨯=代入数据又 不考虑热损失，则在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量()()()121212C hh mh Ph n n C Cmh P h n n Ph n n Q Q Q q C t t Q Q q C t t C t t ∴==-∴==--查表可得80℃时，314.19510Ph C J kg -=⨯℃ 1312708.30.154.1951020mh q kg s -∴==⨯⨯ ∴热水的消耗量为10.15kg s - ，该换热器的热负荷为12708.3w 。

4、在一釜式列管式换热器中，用280KPa 的饱和水蒸气加热并汽化某液体（水蒸气仅放出冷凝潜热）。

液体的比热溶为14.0kJ kg - ℃，进口温度为50℃，沸点为88℃，汽化潜热为22001kJ kg - ，流量为11000kg h - 。

忽略热损失，求加热水蒸气的消耗量。

解：已知：280P kPa =水 C =液14.0kJ kg -℃ 50T =进℃ 88T =沸℃ 110001000/3600m q kg h kg s -==12200r kJ kg -= 潜热 361110002200100.61103600h m Q q r J S -==⨯⨯=⨯ 湿热 ()()341210004.0108850 4.2103600h m Q q C T T J S -=-=⨯⨯⨯-=⨯ 进沸 6451120.6110 4.210 6.5210h h Q Q Q J S -∴=+=⨯+⨯=⨯又Q q r = 水水5165210Q J S q r r -⋅⨯∴==水水水31270.25217810KPa J kg -=⨯ h1在压强下,r 31313.11216310KPa J kg -=⨯h2压强下,r270.25,313.11kPa kPa ∴n由的汽化比焓可求得280kPa 下汽化比焓r3336270.25313.11217810216310270.252802178102.17510n n r r -⨯-⨯=-⨯-=⨯5416416.52103102.17510310q kg skg s --⨯∴==⨯⨯∴⨯ 水加热用水蒸气的消耗量为 5、用一单壳程四管程的列管式换热器来加热某溶液，使其从30℃加热至50℃，加热剂则从120℃下降至45℃，试求换热器的平均温度差。

解：当并流时 30℃→50℃ 120℃→45℃11203090t =-= ℃ 250455t =-= ℃121290529.41905m n nt t t t l l t --∴=== ℃ 当逆流时 30℃→50℃ 45℃←120℃11205070t =-= ℃ 2453015t =-= ℃121270155535.717014153m n n nt t t t l l l t --∴==== ℃ ∴当并流时，换热器的平均温度差为29.41℃，当逆流时，换热器的平均温度差为35.71℃6、在某列管式换热器中，管子为∅25mm ⨯2.5mm 的钢管，管内外的对流传热系数2200w m - ℃和22500w m - ℃，不计污垢热阻，试求：（1）此时的传热系数。

（2）将i α提高1倍时（其它条件不变）的传热系数。

（3）将0α提高1倍时（其它条件不变）的传热系数。

解：已知： 2.50.0025mm m δ== 0250.025A mm m == 2200i w m α-=℃-1 25 2.52200.020i A mm m =-⨯== 145w m λ-= ℃-1 00.02252im A A A m +== （1）202500w m α-=℃-1 00011i i M K A A A A δαλα∴=++10.0250.00250.02512000.02450.02252500=⨯++⨯⨯ 2149.0313W m -= ℃-1（2）将i α提高1倍，即i α`=400`k 00011i i m A A A A δαλα=++10.0250.00250.02514000.02450.02252500=⨯++⨯⨯=2278.9400w m - ℃-1（3）将0α提高1倍，即0α`=50002w m - ℃-1K`00011i i M A A A A δαλα=++10.0250.00250.02512000.02450.02255000=⨯++⨯⨯2153.6098w m -= ℃-1增幅：153.6098149.03133.1149.0313-=%7、为了测定套管甲苯冷却器的传热系数，测得实验数据如下：冷却器传热面积为2.82m ，甲苯的流量为12000kg h - ，由80℃冷却到40℃。

冷却水从20℃开始到30℃，两流体呈逆流流动，试求所测得的传热系数和水的流量为多少？ 解：已知：A 22.8m = 2000/3600mh q kg s =查表可得 31.710/Ph C KJ =⨯(kg ℃) 甲苯 80℃→40℃ 水 30℃←20℃ 150t = 220t = 1212502032.755020m n nt t t t l l t --=== ℃ ()12h mh ph n n Q q C h h =-320001.71040360037777.8w=⨯⨯⨯=又mQA K t = m Q K A t ∴=237777.8411.972.837.5K w m -∴==⨯ ℃-1又C h Q Q = ()21c mc c c pc Q q h h C =- 查表得 4.179/pc C kJ =(kg/℃-1) ()2137777.80.904/4.17910h mc pc c c Q q kg s C h h ∴===-⨯∴所测得的传热系数为2411.97w m - ℃-1，水的流量为0.904kg/s. 8、用列管式冷却器将一有机液体从140℃冷却至40℃，该液体的处理量为，比热容为。

用一水泵抽河水作冷却剂，水的温度为30℃，在逆流操作下冷却水的出45℃，总传热系数为，温度差校正系数为0.8。

计算：（1）冷却水的用量（水的比热容为）；（2）冷却器的传热面积。

（3）若水泵的最大供水量为，采用并流操作行不行？解：已知：1140n t =℃ 240n t =℃ 31610/3600m q kg s -=⨯12.303C KJ kg -= ℃-1 130c t =℃ 235c t =℃ 0.8t α= 1290.75K w m -= ℃-1 14.187C KJ kg -= 水℃-1(1) mh mc q C t q C t =热水水 ()()3610/3600 2.30314040 6.114.1874530mh mc q C t q kg C t ⨯⨯⨯-∴===⨯- 水水℃-1 (2) 逆流 140→40 45←301404595t =-= ℃ 2403010t =-= ℃12129510`37.789510`37.780.830.22m n n m m t t t t l l t t t t α--=====⨯= 由m Q AK t = 得32610/3600 2.3031000.044290.7530.22mh m m q C t QA m K t K t ⨯⨯⨯====⨯（3）采取并流流操作 140→40 30→45114030110t =-= ℃ 245405t =-= ℃12121105`33.981105m n nt t t t l l t --∴=== `33.980.827.18m m t t t α==⨯= 31610/3600 2.303100 3.374.18727.18mh m m m q C t Qq kg s C t C t -⨯⨯⨯====⨯由m Q K A t = 得： 32610/3600 2.3031000.049290.7527.18m Q A m K t ⨯⨯⨯===⨯3113.3768.780.068780.049m q qv m s L S A --==== 17qv L S -∴〈 ∴可以采取并流流操作。

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传热操作技术—间壁式换热器(化工原理课件)

传热操作技术—间壁式换热器(化工原理课件)


U形管式
U型管式换热器
U形管式
➢ 优点：不会产生热应力，结 构较简单，造价低
➢ 缺点：U形管内不易清洗，因 此要求管内流体要清洁、不 易结垢
➢ 适用场所：高温、高压
列 管 换 热 器
换热器 结构的 设计
列管换热 器的结构 和分类
换热器 的选型
壳体 管束
管板 封头
列管15换.5 热 器
带补偿圈的 固定管板式
管式换热器结构不紧凑
在管式换热 器的基础上 加以改进
1
高效紧 凑的换
热器
采用各种板 状换热表面
2
1.螺旋板式换热器
1，2—金属片；3—隔板；4，5—冷流体连接管；6，7—热流体连接管
04 01 03 02
优点 1 2 3 4
传热系数大
结构紧凑，单位体积的传热面约 为列管式的3倍 冷、热流体间为纯逆流流动,，传 热平均推动力大
冷、热流体温度不同，则壳体和管束受热 不同，其膨胀程度也不同。两者温差大于50℃， 管子会扭弯、断裂或从管板上脱落，毁坏换热 器。
从结构上考虑热膨胀的影响
按消除热应力的方式
固定管板式
浮头式
U形管式
固定管板式 固定管板换热器(∆t<50℃)
➢ 优点:结构简单，成本低。 ➢ 缺点:壳程检修和清洗困难 ➢ 适用场所：壳程必须是清
由于流速较高以及离心力的作用,在 较低的Re下即可达湍流,使流体对器 壁有冲刷作用而不易结垢和堵塞
缺点
操作压强和温度不能太高，目 前操作压强不大于2MPa,温度不 超过300~~400℃
流体在换热器内做螺旋式流动， 加上定距片对流体流动的干扰作 用，其流动阻力较大
检修困难
2.板式换热器
2工程传热学课件第二章

2工程传热学课件第二章


绘制等温面（线）的意义：
绘出物体内的等温面（线），可以直观地了解物体内温度 分布情况。如缩孔的产生位置判断。★
长春理工大学机电工程学院
第二章 导热基本定律
温度梯度（Temperature gradient）：
有了等温面的概念，就可以定义温度梯度了。 因为在同一等温面上，各处的温度是相同的，所以在等温 面上没有热量传递。热量传递只能由高温等温面向低温等温面 传递。且热量传递方向只能是沿着等温面的法线方向。可证明。 ★ 定义：通常把温度场中任意点的温度沿等温面法线方向的增加 率称为该点的温度梯度，即grad t。其定义式如下：
※傅里叶定律为实验定律，普遍适用（变物性、非稳态、固液气） ※引起物体内部或物体之间的热量传递的根本原因：温度梯度； ※一旦温度分布 t f ( x , y , z , ) 已 知，热流密度可求（求解导热问题 的关键：获得温度场）。如下例：
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第二章 导热基本定律
问题：
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第二章 导热基本定律
如图所示（书上图2-10）为根据温度-时间曲线绘制的纯铝 圆柱铸件的温度场，由图中可以看出： ※在铸件截面上某一点，不同时刻，其温度是不同的。
如：至表面距离25 mm处，浇注后1分钟时，温度约为644℃ ，而在浇注后2分钟时，温度约为627℃，可见铸件某一点的温度 t 是浇注时间 的函数。 ※在同一瞬间，铸件截面各点的温度也不同。 如在浇注后2分钟，至表面距离25 mm及50 mm处的温度分别为627℃及653℃，可见在同 一瞬间，铸件截面上各点温度 t 是各点空间坐 标 x, y, z的函数。 综上所述，可知温度 t 是坐标 x, y, z 和 时间 的函数，所以温度场的数学表达式为:
传热学课件第 二 章 稳 态 热传导

传热学课件第 二 章 稳 态 热传导


d2t d x2
m 2 t t f
1
通过肋壁的导热
一、等截面直肋的导热
4.求解：
4>.引入过余温度：<1>式变为 <4> 5>.解微分方程得温度场 <4>式为一个二阶线性齐次常微分方程，它的通解为： =C1emx+C2e-mx <5> 将边界条件<2>、<3>代入<5>即得肋片沿H方向的温度分布：
通过圆筒壁的导热
一、已知第一类边界条件
据傳里叶定律并整理后可得热流量的表达式： 1 ln d2 2l d1 式中的分母即为长度为l的圆筒壁的导热热阻。 单位为：℃/W 实际工程多采用单位管长的热流量ql来计算热流量：

t w1 t w 2
ql
Q l

t w1 t w 2
d ln d2 2 1 1
通过平壁的导热
二、已知第三类边界条件：
q
q
t f 1 t f 2
1 1 h1 h2
也可写作：q=k（tf1-tf2） （请牢记K的物理意义！） 对于冷热流体通过多层平壁的导热，可写作：
t f 1 t f 2
1 h1

i 1
n
i 1 i h2
若已知传热面积A，则热流量为：
e m x H e m x H 0 e mH e mH
d 2 m 2 d x2
or :
0
或写作：
0
ch mx H ch mH
expmx H exp mx H expmH exp mH
1
h21d x 0
第二章 传热

第二章 传热


热风炉用耐火制品来自高 炉 用 系 列 耐 火 制 品
维持炼铁高炉 的长寿或者保 护窑炉外环境-有益传热
L
第二章 传 热
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 传导传热——导热 对流换热 热辐射 综合传热 热换器 不稳定传热 传质原理
传热有三种方式，即传导、对流与辐射。
实际传热过程，几种方式同时并存—综合传热。 在研究传热之前，首先建立温度场的概念
例1: 如图，有一红砖墙，其厚度为240mm(长度及宽度远 远大于厚度，可视为“一维”导热)，墙的两表面温度分别为
t1=140℃、t2=20℃。
求: 通过此墙壁的 热流密度q和平壁 a、b、c各平面的 温度ta，tb，tc ?
这些平面相距均 为60mm。
解： 不考虑红砖的λ随温度变化， 取λ= 0.50W/(m·℃) q = ( t1 - t2 ) λ/ = (140-20)×0.50 / 0.24 = 250 W/m2 ta = t1 – [ ( t1 - t2 ) / ] x =140-[(140-20)/0.24]×0.06=110℃ tb = 80℃ tc=50℃.
温度场是传热的必要条件: 物体（气-固-液）中 存在温度差，热量总是从高温向低温流动. 温度场是空间与时间函数: t = f (x, y, z,η) 如果温度场不随时间改变，则称为稳定传热，反之 为不稳定传热。 例如: A> 窑炉中的窑墙、窑顶，虽然各点温度不同，但 不随时间而改变，属稳定传热. B> 在加热或冷却过程中，同一部位的温度都随 时间改变，属不稳定传热.
一、导热基本定律 －傅立叶定律
傅立叶在研究固体导热现象时确定： 单位时间内传递的热流量Φ (热流密度、热流通量)， 与温度降度以及垂直于导热方向的截面积F成正比 Φ= -λ · (ət/ən) · F W 对单位时间，单位面积所传递的热流量，即热流密度 （热流通量）可表示为： q= -λ·（ət/ ən） W / m2 这就是傅立叶定律的数学表达式。