傳熱過程的計算
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- 傳熱過程的計算1 總傳熱速率方程
如圖所示，以冷熱兩流體通過圓管的間壁進行換熱為例，熱流體走管內(nèi)，溫度為T，冷流體走管外溫度為t，管壁兩側溫度分別為TW和tw，壁厚為,b,其熱導率為λ，內(nèi)外兩側流體與固體壁面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為αi和α0。根據(jù)牛頓冷卻定律及傅立葉定律分別列出對流傳熱及導熱的速率方程：
對于管內(nèi)側：
對于管壁導熱:
對于管外側:
即
故有
令 （4.6.1）
則 (4.1.1)
該式稱為總傳熱速率方程。
A為傳熱面積，可以是內(nèi)外或平均面積，K與A是相對應的。
2 熱流量衡算
熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關系，在換熱器保溫良好，無熱損失的情況下，對于穩(wěn)態(tài)傳熱過程，其熱流量衡算關系為：
�。崃黧w放出的熱流量）=（冷流體吸收的熱流量）
在進行熱衡算時，對有、無相變化的傳熱過程其表達式又有所區(qū)別。
�。�1） 無相變化傳熱過程
式中
Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W；
mh,mc-----熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；
Cph,Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；
T1,t1 ------熱、冷流體的進口溫度，K；
T2,t2------熱、冷流體的出口溫度，K。
（2）有相變化傳熱過程
兩物流在換熱過程中，其中一側物流發(fā)生相變化，如蒸汽冷凝或液體沸騰，其熱流量衡算式為：
一側有相變化
兩側物流均發(fā)生相變化 ，如一側冷凝另一側沸騰的傳熱過程
式中
r,r1,r2--------物流相變熱，J/kg；
D,D1,D2--------相變物流量，kg/s。
對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時的熱流量衡算，則應按以上方法分段進行加和計算。
3 傳熱系數(shù)和傳熱面積
�。�1） 傳熱系數(shù)K和傳熱面積A的計算
傳熱系數(shù)K是表示換熱設備性能的極為重要的參數(shù)，是進行傳熱計算的依據(jù)。K的大小取決于流體的物性、傳熱過程的操作條件及換熱器的類型等，K值通�？梢杂蓪嶒灉y定，或取生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，也可以通過分析計算求得。
傳熱系數(shù)K可利用式（4.6.1）進行計算。但傳熱系數(shù)K應和所選的傳熱面積A相對應，假設和傳熱面積Ai、Am和A0相對應的傳熱系數(shù)K分別為Ki、Km和K0，則其相互關系為：
在工程上，一般以圓管外表面積A0為基準計算總傳熱系數(shù)K0，除加以說明外，常將A0、K0分別以A、K表示，即：
�。�4.6.2）
該式又可以改寫為：
式中：di,d0,dm------圓管的內(nèi)徑、外徑、管壁的平均直徑。
（2） 污垢熱阻
換熱器的傳熱表面在經(jīng)過一段時間運行后，壁面往往積一層污垢，對傳熱形成附加的熱阻，稱為污垢熱阻，這層污垢熱阻在計算傳熱系數(shù)K時一般不容忽視。由于污垢層的厚度及其熱導率不易估計，通常根據(jù)經(jīng)驗確定污垢熱阻。若管壁內(nèi)、外側表面上的污垢熱阻分別用Rdi和Rd0表示，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則，式（4.6.2）變?yōu)椋?
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