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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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