化工基础第三章汇总
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化工基础(张四方),吸收
吸收尾气 (A+B)
溶剂S和溶质A。
气体B和少量的溶质A。
吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性
吸收液(A+S)
吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意
图如右所示。
吸收是一种典型传质过程
物质从一相转移到另一相的过程叫传质。传质是在不同的 相态间进行的。
按相态划分
液-固相传质过程
气-固 液-液 气-液
NH3
方平衡分压低；
溶解度 g溶质/1000gH2O
PSO2 =780Hg PO2 =8000Hg ，表明难溶气体，溶液上
方平衡分压高。
溶液上方分压越大的物质越难溶。
由图看出： P*↑溶解度↑；T↓ 溶解度↑ 对于同一种气体，分压一定时， 温度T越高，溶解度越小。
对于同一种气体，温度一定时，
如：气相中有A、B两种组分，A 为吸收质，B 为惰性组分， 则它们的摩尔分率为：y a=n a/n，（n=na+nb）
y b=n b/n
比摩尔分率：指每摩尔惰性组分中所带有吸收质的摩尔数。气 液两相中惰性组分（或溶剂）的量可认为不变。通常以Y代 表气相比摩尔分率,以X代表液相比摩尔分率。
x 1 x 气相中溶质的摩尔数 y Y 气相中惰性组分的摩尔数 1 y X Y x , y 1 X 1Y
气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在 气相和液相内由浓度差推动的传质过程。
吸收质或溶质：混合气体中的溶解组分，以A表示。 惰性气体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分为
混合尾气 (A+B) 吸收剂(S)
吸 收 塔
化工基础第三章(精馏过程的物料衡算与操作线方程)
2018/6/9
1.0
0<q<1
q=1
q>1
a
q=0
d
e
y
q<0
b
c 0 xW xF x 不同加料热状态下的 q 线
2018/6/9
xD
1.0
4、 操作线的作法
用图解法求理论板层数时，需先在x–y图上作出精馏段和提
馏段的操作线。
前已述及，精馏段和提馏段的操作线方程在x－y图上均为直
线。
作图时，先找出操作线与对角线的交点，然后根据已知条 件求出操作线的斜率（或截距），即可作出操作线。
Dx D A 100% FxF
塔釜难挥发组分的回收率ηB：
W (1 x w ) B 100% F (1 x F )
2018/6/9
二、 恒摩尔流的假定
精馏操作时，在精馏段和提馏段内，每层塔板上升的汽相 摩尔流量和下降的液相摩尔流量一般并不相等，为了简化精
馏计算，通常引入恒摩尔流动的假定。
2018/6/9
将以上两式联立后，有：
y n 1
L D L D xn x D xn xD V V LD LD
令R=L/D，R 称为回流比，于是上式可写作：
y n 1
R 1 xn xD R 1 R 1
以上两式均称为精馏段操作线方程。
2018/6/9
两点讨论 （1）该方程表示在一定操作条件下，从任意板下降的液体组 成xn 和与其相邻的下一层板上升的蒸汽组成yn+1 之间的关系。 （2）该方程为一直线方程，该直线过对角线上a(xD，xD)点， 以R/(R+1)为斜率，或在y轴上的截距为xD/(R+1)。
（1）恒摩尔汽流
1.0
0<q<1
q=1
q>1
a
q=0
d
e
y
q<0
b
c 0 xW xF x 不同加料热状态下的 q 线
2018/6/9
xD
1.0
4、 操作线的作法
用图解法求理论板层数时，需先在x–y图上作出精馏段和提
馏段的操作线。
前已述及，精馏段和提馏段的操作线方程在x－y图上均为直
线。
作图时，先找出操作线与对角线的交点，然后根据已知条 件求出操作线的斜率（或截距），即可作出操作线。
Dx D A 100% FxF
塔釜难挥发组分的回收率ηB：
W (1 x w ) B 100% F (1 x F )
2018/6/9
二、 恒摩尔流的假定
精馏操作时，在精馏段和提馏段内，每层塔板上升的汽相 摩尔流量和下降的液相摩尔流量一般并不相等，为了简化精
馏计算，通常引入恒摩尔流动的假定。
2018/6/9
将以上两式联立后，有：
y n 1
L D L D xn x D xn xD V V LD LD
令R=L/D，R 称为回流比，于是上式可写作：
y n 1
R 1 xn xD R 1 R 1
以上两式均称为精馏段操作线方程。
2018/6/9
两点讨论 （1）该方程表示在一定操作条件下，从任意板下降的液体组 成xn 和与其相邻的下一层板上升的蒸汽组成yn+1 之间的关系。 （2）该方程为一直线方程，该直线过对角线上a(xD，xD)点， 以R/(R+1)为斜率，或在y轴上的截距为xD/(R+1)。
（1）恒摩尔汽流
化工基础第三章传热过程
(3) 常压下气体混合物的导热系数估算式为
m
式中 yi ——组分i的摩尔分率。 M i ——组分i的摩尔质量，kg/kmol。 ④.一般规律 (1)
1 i yi M i / 3 1 yi M i / 3
金 非金 (2) s l g (3) 晶 非晶 (4) (气体除外 ) 纯 混
第三章 传热过程 23
t+△t dt/dn n
t
t-△t
Φ dS
图 温度梯度和傅里叶定律
第三章 传热过程
24
3） 导热系数：表征物质导热能力的物性参数。
①．固体
式中：0为固体在0C的导热系数，W/(mK)，W/(mC)； α为温度系数， 1/ C。 金属的导热系数最大，其中以银和铜的导热系数值最 高；若金属材料的纯度不纯，会使λ大大降低。固体非 金属次之。（绝热材料λ<0.23 W/(mK) ） ②．液体 导热系数较小 (1) 金属液体： t , (2) 非金属液体（除水、甘油外）：t, （略减小） (3) 有机化合物水溶液的导热系数估算式为
第三章 传热过程 19
二、传导传热
1、导热基本定律 傅里叶定律
1） 温度场和温度梯度
温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度
分布，称为温度场(temperature field)。
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即
t = f (x，y，z，τ) 式中：t —— 温度； x, y, z —— 空间坐标； τ—— 时间。
T2
t1 T2
T1
套管式
T1 T2
t2
列管式
夹套式
第三章 传热过程 13
《化工设备机械基础3版》第三章
T
Ip
max
T Wt
Wt I p / R
1 D3
16
空心轴
则
令
Wt I p /(D / 2)
实心轴与空心轴 I p 与 Wt 对比
Wt
Ip
/ R 1 D3
16
Wt I p /(D / 2)
§3.4 圆轴扭转的强度条件
扭转强度条件：
1. 等截面圆轴：
max
Tmax
W2.t 阶梯形圆轴：
交线。
纯剪切
三、切应变 剪切胡克定律
在切应力的作用下，单 元体的直角将发生微小的
G
τ
改变，这个改变量
应变。
称为切
G
—
剪切弹性模量(GN/m2)
当切应力不超过材料 的剪切比例极限时，切应
变与切应力τ成正比，这
个关系称为剪切胡克定律。
各向同性材料， 三个弹性常数之间的 关系：
G E
2(1 )
§3.4 圆轴扭转时的应力
Pa
21.98MPa
满足强度要求。
§3.5 圆轴扭转时的变形和刚度条件
一、圆轴扭转的变形
相对扭转角
抗扭刚度
n
Tili
i1 GIPi
二、圆轴扭转的刚度条件
单位长度扭转角
' d T
dx GI p ' T 180
GI p
rad/m ⁰/m
扭转刚度条件
' max
[' ]
[ ' ]许用单位扭转角
§3.1 扭转的概念和实例
扭转受力特点 及变形特点:
杆件受到大小相等,方向相反且作用平 面垂直于杆件轴线的力偶作用, 杆件的横截 面绕轴线产生相对转动。
第七版化工设备机械基础第三章知识总结
第七版化工设备机械基础第三章知识总结首先，化工设备机械基础第三章介绍了静态设备的结构和功能。
静态设备是指在化工生产过程中保持固定位置的设备，主要包括容器、塔器、换热器等。
在静态设备中，我们学习了它们的基本构造和主要功能，如容器的截面形状和容积计算方法、塔器的结构类型和塔板的工作原理，以及换热器的换热原理和传热面积的计算方法等。
其次，还介绍了传动机构的结构和工作原理。
传动机构是指将能量传递给设备的机构，包括传动件和传动方式。
在传动机构中，我们学习了常见的传动方式，如齿轮传动、皮带传动和链传动等，以及它们的主要特点和适用范围。
此外，我们还学习了传动件的选择和设计原则，包括轴的材料选择、轴承的选用和联轴器的设计等。
最后，介绍了密封装置的结构和工作原理。
密封装置是防止化工设备泄漏的重要组成部分，包括静密封和动密封两种类型。
在密封装置中，我们学习了常见的密封形式，如填料密封、机械密封和波纹管密封等，以及它们的工作原理和应用范围。
此外，我们还学习了密封性能的评价指标和检测方法，以及常见故障的排除方法。
通过学习这些内容，我们可以更好地理解和应用化工设备，从而提高生产效率和安全性。
化工基础 第三章 传质过程-I
如果没有实验数据，物质的分子扩散系数值 D可以由 经验或半经验公式进行估算。 （1）扩散组分A在气体B中的扩散系 T 1 1 2 D [ m / h] 1/ 3 1/ 3 2 P(v A vB ) M A M B 式中：D － 扩散系数 [m2/h]；
首先建立虚拟膜的概念。 浓度的变化也逐渐减慢，至 湍流流体经过固体壁面时， 外流区后几乎不存在浓度梯 在壁面附近有一个层流底层， 度了，如图3-I-1所示。 或称流体膜。若有扩散物质 从固体表面扩散出来（例如 食糖溶于水中，或萘升华到 空气中），则扩散物质只能 靠分子扩散通过层流底层， 分子扩散速度小，所以层流 底层中浓度差很大，即浓度 梯度大。在层流底层外，从 过渡区到外流区（湍流主 体），逐步依靠流体质点的 图3-I-1 位移和混和进行传质，
作用。
§2 传质设备
经验公式（ 3-I-2 ）虽然误差较大，但能说明影
响扩散的诸因素中，既有物质本身的性质如分子量
和摩尔体积，又有外部条件如温度和压力，而且使
用也比较方便，可用于估算D值。
从式（ 3-I-2 ）也可以看出，扩散系数与气体浓 度无关，但随温度升高和压力下降而加大。 如果已经知道在热力学温度T0和压力P0下的扩散 系数D0，则可按下式计算出它在热力学温度T和压力 P时的扩散系数D的数值：
有人认为在这种情况下这个膜层已经不复存在。
（ 2 ）在上述情况下，物质传递主要靠漩涡来进行，
即传质方式主要是对流扩散，而分子扩散很少。此时的 传质速率主要取决于流体力学条件，而与流体性质的关 系极小。
继双膜理论之后又陆续提出了一些理论，如溶质渗透
理论，表面更新理论，界面动力状态理论，无规漩涡模
型等。这些理论在说明自由界面的非稳态漩涡扩散和流 体力学影响因素等方面又大大向前发展了。它们所提出 的传质机理和实际情况更为接近。但是由于这些理论所 依据的主要参数（如表面单元暴露时间，新表面的形成 速率等）还难于直接测出，因此直接根据它们进行计算 来解决实际问题尚有困难，而只是在指导研究上有较大
《化工技术基础实验》课件-第三章正交试验法
投曲量w/%
八、正交试验结果的方差分析法
★适宜操作条件 发酵时间取4水平:72h
初始pH值取1水平: pH=4 投曲量取2水平: 10% 发酵温度:20～50℃ ★ 进一步试验方向
发酵时间＞72h 投曲量＞10% 效果怎样? 方差分析与极差分析的比较: ①在方差分析中必须有不安排因素或交互作用的空列，作为误 差列；②在极差分析中以极差大小确定因素或交互作用的重要 性，而在方差分析中，以各因素的显著程度决定因素或交互作 用的显著程度。
1
三种方案 数据点的分布
全面搭配法 简单比较法
正交设计正法交的实数验据法点分布
正交试验法能回答的问题:
用正交表做实验,除了搭配均衡、实验次数少之 外，还可以回答以下问题: ▲ 因素的主次，即各因素对指标影响的哪个大
哪个小； ▲ 指标随因素取不同水平的变化规律； ▲ 适宜的操作条件； ▲ 进一步的实验方向。
接上表
列号 1 试验号 T
2
3
456 789
总酸度/ %
τ
pH e e e e e w
y
9
3
1
3 122 22
1
12.08
(30) (12) (5)
(5%)
10
3
2
4 121 11
2
13.13
(30) (24) (4)
(10%)
11
3
3
1 212 21
2
8.03
(30) (48) (7)
(10%)
大于所考察的因素和交互作用列；用极差法分析 实验结果时，正交表的列数要大于或等于因素和 交互作用列。 ★对试验精度要求高的，要选实验次数多的大表。
五、正交表的表头设计
《化工设备机械基础》第三章习题解答
第三章 内压薄壁容器的应力分析一、 名词解释 A 组：⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M 处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
二、 判断题（对者画√，错着画╳） A 组：1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？（1） 横截面为正六角形的柱壳。
（×） （2） 横截面为圆的轴对称柱壳。
（√） （3） 横截面为椭圆的柱壳。
（×） （4） 横截面为圆的椭球壳。
（√） （5） 横截面为半圆的柱壳。
（×） （6） 横截面为圆的锥形壳。
（√）2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
（×）3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 21=，则该点的两向应力σσθ=m 。
（√）4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。
（×）5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。
（√） B 组：1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。
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1) 流体的流动状态 2) 流体的对流状态 3) 流体的物理性质 4) 传热壁的形状、排列方式和尺寸
3、对流给热系数的准数关联式 f (, d , , , ,t,Cp , )
因式分析法得出在无相变时：
L
K(
L
)a (CP
)b
(
gtL3 2
2
)c
L Nu ds准数
K为热交换器总的传热系数,单位:W/m2•K
对于复合平面壁:
1
K 1 n i 1
1 i1 i 2
对于圆筒壁:
q
2L(T t)
1 1 ln r2 1
1r1 1 r1 2r2
对于多层圆筒壁:
q
1
2L(T t)
n
1 ln ri1
1
1r1 i1 i ri 2r2
2、传热的平均温差 1）恒温传热
第三章 传热过程
3.1 概述
1、化工生产中的传热问题
1）要求热量的传递速率要高，以减少传热设备的 面积，降低生产费用；
2）要求减缓传热速率，以维持保温、保冷的操作 条件。
要求掌握：传热的机理、影响因素、强化传 热的途径、传惹设备的基本结构和特点，设备 传热面积的计算。
2、传热过程中的基本物理量
1）热量：Q，单位：J 1J=1牛顿/米， 1J=0.2389cal
2）传热速率：q,单位：W 1W=1J/s
3）热强度：单位时间单位面积上的传热量， 单位：W/m-2
4）焓：单位质量的物质所具有的热量， 单位：J/kg，或J/mol
5）比热：CP，单位： J/kg•K，或J/mol•K
3、稳定传热和不稳定传热
稳定传热： 传热面上的各个点的温度不随时间变化
不稳定传热： 传热面上的各个点的温度随时间变化
3.2 传导传热
传热机理：依靠物体内自由电子的运动或分子 的振动来传递热量。
热传导发生在固体壁面之间 1、热传导的基本方程
dQ d A dt dn
dQ
d
A dt
dn
该式称为Fourier定律
稳定导热时：
q Adt dn
λ：导热系数，单位：W/m•K
2、平面壁的稳定热传导
1) 单层平面壁的稳定热传导
(t3
t4 ),ort3
t4
q3 A
3 3
(3)
稳定热传导时:
(1)+(2)+(3)得:
t1
t4
q (1 A 1
2 2
3 ) 3
q
(t1 t4 )
1 2
A
3
At
n i
1 2 3 i1 i
例1、若炉灶的炉壁顺序地由24cm的耐火砖 (λ=0.9 W/m•K),12cm的绝热砖(λ=0.2 W/m•K), 和24cm的建筑砖(λ=0.63 W/m•K),砌成.传热稳定后 耐火砖的内壁温度为940℃，普通砖的外壁温度为 50 ℃，试求每秒每平方米壁面因热传导而散失的热量， 并求各砖层交界面的温度。
3、圆筒壁稳定热传导 1）单层圆筒壁稳定热传导
q Adt dn
A 2rl
q 2rl dt dr
r2 qdr t2 2ldt
r1 r
t1
q ln
r2 r1
2l(t1 t2 )
q 2l(t1 t2 )
ln r2 r1
r2
r1
, rm
r2 r1 ln r2
r1
q
2lrm (t1
例3、在常压下空气在内径为25.4mm的管中流动被 加热，温度由180℃上升到220 ℃。若空气的流速 为15m/s，求空气与壁面的给热系数。
3.4 热交换器的计算
1、总传热方程
q1
1 A1 (T
t w1 ) ,T
tw1
q1
1 A1
(1)
q2
Am
(tw1
tw2
)
,
tw1
tw2
q2 Am
(2)
q3
CP Pr
gtL3 2 2
Gr
Prandtl准数 Grashof准数
自然对流
Nu=f(Pr,Gr)
强制对流
Nu=f(Pr,Rr)
在圆管、无相变、湍流时
Nu 0.023Re0.8 Prm
同时要求： Re 104, Pr 0.6 ~ 160, L 50
d
管中流体被加热：m=0.4 管中流体被加热：m=0.3
2 A2 (tw2
t),tw2
t
q3
2 A2
(3)
(1)+(2)+(3)得:
T t q1 q2 q3 1 A1 Am 2 A2
稳定传热时：q1 q2 q3 q
q
1
T t
1
1
1 A1 Am 2 A2
对于平面壁: A1 A2 Am A
q KAt 1
K 1 1 1 2
t2)
Am (t1 t2 )
(t1 t2 )
Am
三层或多层传热壁：
q
2l((t1 t2 )
1 ln r2 1 ln r3 1 ln r4
1 r1 2 r2 3 r3
n
2lt
1 ln ri1
n
2lt
1 ln di1
i1 i ri
i1 i
di
例2、Φ38×2.5的蒸汽管(钢的λ=50 W/m•K), 包有绝缘热层.第一层是40cm的矿渣棉(λ=0.07 W/m•K),第二层是20cm的石棉泥(λ=0.15 W/m•K), 若管内壁温度为140℃，石棉泥外壁温度为30 ℃， 试求每米管长的热损失速率.若以同样的石棉作 内层,矿渣棉作外层时,情况如何?试做比较.
t T t
2）变温传热温差
当 t1 t2
2时，tm
t1 t2 2
当 t1 t2
2时，tm
t1 t2 ln t1
t2
对于错流和折流:
tm tm逆
R
热流体的温降 冷流体的温升
T进 t出
T出 t进
P
冷流体的温升 两流体的初始温差
t出 T进
t进 t进
例4、用套管方式加热器来加热原油。原油在管外 流动，进口温度为120℃，出口温度为160 ℃。机油 在管内流动，进口温度为245 ℃，出口温度为175 ℃。 试计算并流和逆流时的平均温差。又若单位时间内的 传热量一定，问逆流和并流所需的传热面积相差多少？
q
Q
A dt
dn
qdn Adt
qdn
t2 Adt
0
t1
q A(t2 t1)
q
t2
t1
A
2) 多 层 平 面 壁 的 稳 定 热 传 导
q1
1 A1 1
(t1
t2 ),ort1
t2
q1 A
1 1
(1)
q2
2 A2 2
(t2
t3 ),ort2
t3
q2 A
2 2
(2)
q3
3 A3 3
3.3 对流传热 发生在流体与固体壁面之间,是由于流体质点 的运动并相互碰撞,从而使能量传递.
方式:1)自然对流 2)强制对流
1、对流传热的机理
传热层： t b f
q
t
A(tw
t)
令 t
q A(tw t)
该式也称为牛顿给热定律
α给热系数，单位： W/m2•K
2、影响给热系数的因素
3、对流给热系数的准数关联式 f (, d , , , ,t,Cp , )
因式分析法得出在无相变时：
L
K(
L
)a (CP
)b
(
gtL3 2
2
)c
L Nu ds准数
K为热交换器总的传热系数,单位:W/m2•K
对于复合平面壁:
1
K 1 n i 1
1 i1 i 2
对于圆筒壁:
q
2L(T t)
1 1 ln r2 1
1r1 1 r1 2r2
对于多层圆筒壁:
q
1
2L(T t)
n
1 ln ri1
1
1r1 i1 i ri 2r2
2、传热的平均温差 1）恒温传热
第三章 传热过程
3.1 概述
1、化工生产中的传热问题
1）要求热量的传递速率要高，以减少传热设备的 面积，降低生产费用；
2）要求减缓传热速率，以维持保温、保冷的操作 条件。
要求掌握：传热的机理、影响因素、强化传 热的途径、传惹设备的基本结构和特点，设备 传热面积的计算。
2、传热过程中的基本物理量
1）热量：Q，单位：J 1J=1牛顿/米， 1J=0.2389cal
2）传热速率：q,单位：W 1W=1J/s
3）热强度：单位时间单位面积上的传热量， 单位：W/m-2
4）焓：单位质量的物质所具有的热量， 单位：J/kg，或J/mol
5）比热：CP，单位： J/kg•K，或J/mol•K
3、稳定传热和不稳定传热
稳定传热： 传热面上的各个点的温度不随时间变化
不稳定传热： 传热面上的各个点的温度随时间变化
3.2 传导传热
传热机理：依靠物体内自由电子的运动或分子 的振动来传递热量。
热传导发生在固体壁面之间 1、热传导的基本方程
dQ d A dt dn
dQ
d
A dt
dn
该式称为Fourier定律
稳定导热时：
q Adt dn
λ：导热系数，单位：W/m•K
2、平面壁的稳定热传导
1) 单层平面壁的稳定热传导
(t3
t4 ),ort3
t4
q3 A
3 3
(3)
稳定热传导时:
(1)+(2)+(3)得:
t1
t4
q (1 A 1
2 2
3 ) 3
q
(t1 t4 )
1 2
A
3
At
n i
1 2 3 i1 i
例1、若炉灶的炉壁顺序地由24cm的耐火砖 (λ=0.9 W/m•K),12cm的绝热砖(λ=0.2 W/m•K), 和24cm的建筑砖(λ=0.63 W/m•K),砌成.传热稳定后 耐火砖的内壁温度为940℃，普通砖的外壁温度为 50 ℃，试求每秒每平方米壁面因热传导而散失的热量， 并求各砖层交界面的温度。
3、圆筒壁稳定热传导 1）单层圆筒壁稳定热传导
q Adt dn
A 2rl
q 2rl dt dr
r2 qdr t2 2ldt
r1 r
t1
q ln
r2 r1
2l(t1 t2 )
q 2l(t1 t2 )
ln r2 r1
r2
r1
, rm
r2 r1 ln r2
r1
q
2lrm (t1
例3、在常压下空气在内径为25.4mm的管中流动被 加热，温度由180℃上升到220 ℃。若空气的流速 为15m/s，求空气与壁面的给热系数。
3.4 热交换器的计算
1、总传热方程
q1
1 A1 (T
t w1 ) ,T
tw1
q1
1 A1
(1)
q2
Am
(tw1
tw2
)
,
tw1
tw2
q2 Am
(2)
q3
CP Pr
gtL3 2 2
Gr
Prandtl准数 Grashof准数
自然对流
Nu=f(Pr,Gr)
强制对流
Nu=f(Pr,Rr)
在圆管、无相变、湍流时
Nu 0.023Re0.8 Prm
同时要求： Re 104, Pr 0.6 ~ 160, L 50
d
管中流体被加热：m=0.4 管中流体被加热：m=0.3
2 A2 (tw2
t),tw2
t
q3
2 A2
(3)
(1)+(2)+(3)得:
T t q1 q2 q3 1 A1 Am 2 A2
稳定传热时：q1 q2 q3 q
q
1
T t
1
1
1 A1 Am 2 A2
对于平面壁: A1 A2 Am A
q KAt 1
K 1 1 1 2
t2)
Am (t1 t2 )
(t1 t2 )
Am
三层或多层传热壁：
q
2l((t1 t2 )
1 ln r2 1 ln r3 1 ln r4
1 r1 2 r2 3 r3
n
2lt
1 ln ri1
n
2lt
1 ln di1
i1 i ri
i1 i
di
例2、Φ38×2.5的蒸汽管(钢的λ=50 W/m•K), 包有绝缘热层.第一层是40cm的矿渣棉(λ=0.07 W/m•K),第二层是20cm的石棉泥(λ=0.15 W/m•K), 若管内壁温度为140℃，石棉泥外壁温度为30 ℃， 试求每米管长的热损失速率.若以同样的石棉作 内层,矿渣棉作外层时,情况如何?试做比较.
t T t
2）变温传热温差
当 t1 t2
2时，tm
t1 t2 2
当 t1 t2
2时，tm
t1 t2 ln t1
t2
对于错流和折流:
tm tm逆
R
热流体的温降 冷流体的温升
T进 t出
T出 t进
P
冷流体的温升 两流体的初始温差
t出 T进
t进 t进
例4、用套管方式加热器来加热原油。原油在管外 流动，进口温度为120℃，出口温度为160 ℃。机油 在管内流动，进口温度为245 ℃，出口温度为175 ℃。 试计算并流和逆流时的平均温差。又若单位时间内的 传热量一定，问逆流和并流所需的传热面积相差多少？
q
Q
A dt
dn
qdn Adt
qdn
t2 Adt
0
t1
q A(t2 t1)
q
t2
t1
A
2) 多 层 平 面 壁 的 稳 定 热 传 导
q1
1 A1 1
(t1
t2 ),ort1
t2
q1 A
1 1
(1)
q2
2 A2 2
(t2
t3 ),ort2
t3
q2 A
2 2
(2)
q3
3 A3 3
3.3 对流传热 发生在流体与固体壁面之间,是由于流体质点 的运动并相互碰撞,从而使能量传递.
方式:1)自然对流 2)强制对流
1、对流传热的机理
传热层： t b f
q
t
A(tw
t)
令 t
q A(tw t)
该式也称为牛顿给热定律
α给热系数，单位： W/m2•K
2、影响给热系数的因素