第四节 传热过程计算
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传热过程的计算
[
]
Q = KA∆tm = qm1c p1 (T1 −T2 ) = G2c p2 (t2 − t1 )
3.4.2 平均温度差的计算
一、恒温差传热
∆t m = T − t
二、变温差传热 分单侧变温和双侧变温， 与流体流向有关。 分单侧变温和双侧变温，∆tm还与流体流向有关。
逆流
并流
错流
折流
1. 逆、并流时的∆tm 并流时的∆
（1） α1不变 α2提高到 4W/(m2·K) ） 不变, 提高到10 （2） α2不变 α1提高到 ） 不变, 提高到80W/(m2·K) （3） α2不变 α1提高到 ） 不变, 提高到500W/(m2·K) 计算上面各种情况下的K值 计算上面各种情况下的 值？ 强化传热——应提高α小一侧流体的α 应提高 强化传热
Q = qm 1 r + cp1 (Ts − T2 ) = qm 2 cp2 (t 2 − t1 )
• 热负荷 由生产任务决定，对设备换热能力的要求 热负荷—由生产任务决定 由生产任务决定， • 传热速率 设备在一定操作条件下的换热能力 传热速率—设备在一定操作条件下的换热能力 传热过程计算的基础式： 传热过程计算的基础式：
3.4.4 壁温的计算
定态传热
Q = KA∆t m T − TW TW − t W t W − t = = = 1 b 1 α 1 A1 λ Am α 2 A2
t W = TW
bQ − λ Am
TW
Q =T − α 1 A1
tW
Q =t+ α 2 A2
（1）一般情况下 λ大，(b/λAm）小,可认为 tW≈TW ）一般情况下, 可认为
K (T − t )dA = −qm 1c p1dT = −qm 2 c p 2dt
第四节对流传热
Nu
含义
Nu
Re Pr Gr
L
lu
表示对流传热系数的准数
流体的流动状态和湍动程 度对对流传热的影响
Re
Cp
普兰特数 (Prandtl number)
格拉斯霍夫数 (Grashof number)
Pr
2
表示流体物性对对流传热 的影响
表示自然对流对对流传热 的影响
Gr
l g t
l —特征尺寸
基本因次：长度L，时间 ，质量 M，温度T 变量总数：8个 由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。
l
lu C p l g t K 2
3 2 a b c
Nu K Re Pr Gr
☺思考：与u、d有何比例关系？
0 . 023
d ( du
)
0 .8
(
cp
u
0 .8 0 .2
) 0 . 023
n
u d
0 .8 0 .2
0 .8
cp
0 .8
n
1 n
di
提高管内对流传热系数的措施： • u,u0.8 • d, 1/d0.2 • 流体物性的影响，选大的流体 •强化措施：增大流速，减小管径
第四节
给热系数
一、对流传热速率方程—牛顿冷却定律
Q At t 1 A
—牛顿冷却定律
热流体：
Q T A T TW
冷流体： Q t A t W t
牛顿冷却定律存在的问题：
Q
含义
Nu
Re Pr Gr
L
lu
表示对流传热系数的准数
流体的流动状态和湍动程 度对对流传热的影响
Re
Cp
普兰特数 (Prandtl number)
格拉斯霍夫数 (Grashof number)
Pr
2
表示流体物性对对流传热 的影响
表示自然对流对对流传热 的影响
Gr
l g t
l —特征尺寸
基本因次：长度L，时间 ，质量 M，温度T 变量总数：8个 由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。
l
lu C p l g t K 2
3 2 a b c
Nu K Re Pr Gr
☺思考：与u、d有何比例关系？
0 . 023
d ( du
)
0 .8
(
cp
u
0 .8 0 .2
) 0 . 023
n
u d
0 .8 0 .2
0 .8
cp
0 .8
n
1 n
di
提高管内对流传热系数的措施： • u,u0.8 • d, 1/d0.2 • 流体物性的影响，选大的流体 •强化措施：增大流速，减小管径
第四节
给热系数
一、对流传热速率方程—牛顿冷却定律
Q At t 1 A
—牛顿冷却定律
热流体：
Q T A T TW
冷流体： Q t A t W t
牛顿冷却定律存在的问题：
Q
3-4传热过程计算
传热过程
§4 传热过程的计算
在实际生产中，需要冷热两种流体进行热交 换，但不允许它们混合，为此需要采用间壁式的 换热器。当冷、热两流体分别处在间壁两侧时， 两流体间的热交换包括了固体壁面的导热和流体 与固体壁面间的对流传热。 本节主要在此基础上进一步讨论间壁式换热 器的传热计算。
23:17:30
3-4 传热过程计算 （30）
2
间壁式换热器的传热计算
热量传递过程包括三个步 冷 T 骤 流 体 ①热流体以对流传热方式 Tm 把热量Q1传递给壁内侧。 Tw T'w T'm ②热量Q2从壁内侧传导以热 热 流 传导方 式传递 给壁的 外 侧 体 T' 。 Q1 Q3 Q2 ③壁外侧以对流传热方式 S Q 把热量Q3传递给冷流体
T T 1 / KS R
K──总传热系数，W/(m2· ℃ )， W/(m2· K) Q──热流量，W或J/s S──总传热面积，m2 ΔT──两流体的平均温差，℃，K
1 R KS
(k/w)
6
23:17:30
3-4 传热过程计算 （30）
圆筒壁的总传热速率方程
若在间壁式热交换中，间壁为圆筒壁，则：S1≠Sm≠S2≠S，则 圆筒壁的总传热系数随所选取的基准传热面不同而不同，在 工程计算中，常以热交换器传热管的外壁面积So作为基准面 积，总传热系数为Ko ，则总传热速率方程：
23:17:30
3-4 传热过程计算 （30）
8
垢层对热阻的影响
当换热器运行一段时间以后，在圆筒壁上容易结垢， 而产生垢层。圆筒壁的总热阻是管内外热阻和管壁热阻及 管内外壁垢层热阻之和。 圆筒壁的热阻：
R Ro Rm Ri Rso Rsi
23:17:30
§4 传热过程的计算
在实际生产中，需要冷热两种流体进行热交 换，但不允许它们混合，为此需要采用间壁式的 换热器。当冷、热两流体分别处在间壁两侧时， 两流体间的热交换包括了固体壁面的导热和流体 与固体壁面间的对流传热。 本节主要在此基础上进一步讨论间壁式换热 器的传热计算。
23:17:30
3-4 传热过程计算 （30）
2
间壁式换热器的传热计算
热量传递过程包括三个步 冷 T 骤 流 体 ①热流体以对流传热方式 Tm 把热量Q1传递给壁内侧。 Tw T'w T'm ②热量Q2从壁内侧传导以热 热 流 传导方 式传递 给壁的 外 侧 体 T' 。 Q1 Q3 Q2 ③壁外侧以对流传热方式 S Q 把热量Q3传递给冷流体
T T 1 / KS R
K──总传热系数，W/(m2· ℃ )， W/(m2· K) Q──热流量，W或J/s S──总传热面积，m2 ΔT──两流体的平均温差，℃，K
1 R KS
(k/w)
6
23:17:30
3-4 传热过程计算 （30）
圆筒壁的总传热速率方程
若在间壁式热交换中，间壁为圆筒壁，则：S1≠Sm≠S2≠S，则 圆筒壁的总传热系数随所选取的基准传热面不同而不同，在 工程计算中，常以热交换器传热管的外壁面积So作为基准面 积，总传热系数为Ko ，则总传热速率方程：
23:17:30
3-4 传热过程计算 （30）
8
垢层对热阻的影响
当换热器运行一段时间以后，在圆筒壁上容易结垢， 而产生垢层。圆筒壁的总热阻是管内外热阻和管壁热阻及 管内外壁垢层热阻之和。 圆筒壁的热阻：
R Ro Rm Ri Rso Rsi
23:17:30
传热过程的计算
qm h c ph t h
说明：① 换热过程中各流股热流量间关系； ② 各流股间相互制约，热量守恒。
过冷液体
1.2 总传热速率方程
间壁传热过程：
th
热量：热流体对流传热 管内壁
热 流 体
Φ
Φ
热传导 管外壁
对流传热 冷流体
th,w
tc,w
冷 流 体 tc
各部分传热速率方程： 管内侧流体： 管壁导热： 管外侧流体：
t h tc 因此， 1 b 1 hi Ai Am h0 A0
热 流 体
Φ
Φ
t R
th,w
tc,w
冷 流 体 tc
1 1 b 1 令： R KA h A A h A i i m 0 0
用平均传热温差t m 代替（t h tc）
式中，K — 总传热系数，W/m2· K。
t’h t’c
(2) 变温传热 ① 一侧有温度变化
②
tc1
两侧流体均有温度变化
th2 tc2
th1
th1 tc2 th2
tc1
沿管长某截面取微元传热面积dA， 传热速率方程： d KtdA 热量衡算方程：
d qm ,h c p ,h dt h qm ,c c p ,c dtc
d qm ,h c p ,h dt h qm ,c c p ,c dtc
④ 应用 已知R和NTU，可求得ε， 进而求th2 和tc2 ，
可避免试差计算。
为便于工程计算，将ε、NTU、R之间关系绘制成曲线
1.0
R=0 0.25
0.8
0.5 0.75 1.0
ε
0.6
0.4 th1 0.2 K=常数 th2
说明：① 换热过程中各流股热流量间关系； ② 各流股间相互制约，热量守恒。
过冷液体
1.2 总传热速率方程
间壁传热过程：
th
热量：热流体对流传热 管内壁
热 流 体
Φ
Φ
热传导 管外壁
对流传热 冷流体
th,w
tc,w
冷 流 体 tc
各部分传热速率方程： 管内侧流体： 管壁导热： 管外侧流体：
t h tc 因此， 1 b 1 hi Ai Am h0 A0
热 流 体
Φ
Φ
t R
th,w
tc,w
冷 流 体 tc
1 1 b 1 令： R KA h A A h A i i m 0 0
用平均传热温差t m 代替（t h tc）
式中，K — 总传热系数，W/m2· K。
t’h t’c
(2) 变温传热 ① 一侧有温度变化
②
tc1
两侧流体均有温度变化
th2 tc2
th1
th1 tc2 th2
tc1
沿管长某截面取微元传热面积dA， 传热速率方程： d KtdA 热量衡算方程：
d qm ,h c p ,h dt h qm ,c c p ,c dtc
d qm ,h c p ,h dt h qm ,c c p ,c dtc
④ 应用 已知R和NTU，可求得ε， 进而求th2 和tc2 ，
可避免试差计算。
为便于工程计算，将ε、NTU、R之间关系绘制成曲线
1.0
R=0 0.25
0.8
0.5 0.75 1.0
ε
0.6
0.4 th1 0.2 K=常数 th2
传热过程的计算
必须着力减少控制步骤的热阻，才更易以达到强化传热的目的。 。
实际计算换热管热流量，可依据管壁内表面积或外表面积写出两个方程 内表面： 外表面： Ql=KlA1 (T-t) Q2=K2A2 (T-t) (6-116)
式中，K1、K2分别为以内、外表面积为基准的传热系数，明显两者是不相等的。 但有 K1A1=K2A2 如圆管的内、外直径分别用d1、d2表示，结合式子： K 可导出： K 1
即
Q KAt m
称为传热过程基本方程式
式中
t m
T t 1 T t 2 T t 1 ln T t 2
称为对数平均温差或对数平均推动力。
对数平均推动力
对数平均推动力恒小于算术平均推动力，特别是当换热器两端推动力相差悬 殊时，对数平均值要比算术平均值小得多。 当换热器一端两流体温差接近于零时，对数平均推动力将急剧减小。 对数平均推动力这一特性，对换热器的操作有着深刻的影响。 例如，当换热器两端温差有一个为零时，对数平均温差必为零。 这意味着传递相应的热流量，需要无限大的传热面。 但是，当两端温差相差不大时，如0.5<(T-t)1/(T-t)2<2时，对数平均推动 力可用算术平均推动力代替。
qm1CP1dT=q1dA1=dQ （热流体在微元体内放出的热量） 同样，对冷流体作类似假定，并以微元体内环隙空 间为控制体作热量衡算，可得到 qm2CP2dt=q2dA2=dQ （冷流体在微元体内吸收的热量）
2、传热速率方程式 热流密度q是反映具体传热过程速率 大小的特征量。从理论上讲，根据前面 导热或对流给热规律，热流密度q已可以 计算。但是，这种做法必须引入壁面温 度；而在实际计算时，壁温往往是未知 的。为实用方便，希望能够避开壁温， 直接根据冷、热流体的温度进行传热速 率的计算。 如图所示的套管换热器中，热量序 贯地由热流体传给管壁内侧、再由管壁 内侧传至外侧，最后由管壁外侧传给冷 流体（参见 P201 图 6-35 ）。在定态条 件下，并忽略管壁内外表面积的差异， 则各环节的热流量相等，即
热量衡算
i dAi
1
1
b
1
KdA0
0dA0 dAm
i dAi
若以外表面为基准
1 1 bdA0 dA0
K
0
dAm
i dAi
dA d dl
1 1 bd0 d0
K 0 dm i di
或K
1
1 bd0 d0
0 dm idi
同理：
——基于外表面积总传热系数计算公式
Ki
1
1 bd0
d0
i dm i di
五、传热面积
Q A
K tm
其中：
Q WCCP,C (t2 t1) WhCP,h (T1 T2 )
六、壁温的计算
已知：管内、外流体的平均温度ti、to，忽略管壁热阻
求：壁温tW
to tw tw ti
1 Rs0
0
1 Rsi
i
例：在列管换热器中，两流体进行换热。若已知管内、
外流体的平均温度分别为170℃和135℃；管内、外流体的对
依据：总传热速率方程和热量恒算
一、热量衡算
热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系 对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略 则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸 收的热量。即：
Q WhcphT1 T2 Wccpct2 t1
——换热器的热量衡算式 应用：计算换热器的传热量
(2)逆流可以节省冷却介质或加热介质的用量。 所以，换热器应当尽量采用逆流流动，尽可能避免并流流动。 在某些生产工艺有特殊要求时，如要求冷流体被加热时不得超过
某一温度或热流体冷却时不得低于某一温度，应采用并流操作。 当换热器有一侧流体发生相变而保持温度不变时，就无所谓并流
(化工原理)第四节 传热计算
平均温度差法-11
平均温度差法-12
平均温度差法-13
平均温度差法-14
平均温度差法-15
平均温度差法-16
对于1-2型（单壳程双管程）换热器， 可用下式计算
对于1-2n型,也可近似使用
平均温度差法-17
（三）流向的选择
在两流体进、出口温度各自相同的条件下，逆流时的平均温度 差最大，并流时最小，其它流向介于两者之间。逆流优于并流 和其它流型。当换热器的传热量Q及总传热系数一定时，采用 逆流流动，所需的换热器的传热面积最小
选择的传热面积不同，总传热系数不同 dQ=Ki(T-t)dSi=KO(T-t)dS0=Km(T-t)dSm
K面i、积的KO总、传K热m—系—数基，于W管/(m内2•表℃面)；积、外表面积和内外表面平均 S面i 、积S,m0、2。Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均
dQ及（T-t）和选择的基准面积无关,故
dQ=K(T-t)dS=KΔtdS
平均温度差法-7
（3）总传热系数K为常量,即K值不随换热器的管长而变化；
平均温度差法-8
平均温度差Δtm等于换热器两端处温度 差的对数平均值
当 Δt2/Δt1≤2时,可以用算术平均温度差代替对 数平均温度差,
并流流动, 该式是计算逆流和并流时的 平均温度差Δtm的通式。
d均i、直d径o、,mdm——管内径、外径和内外径的平
总传热速率微分方程和总传热系 数-4
二、总传热系数
（一）、总传热系数的数值范围
总传热系数K值主要取决于流体的物性、传 热过程的操作条件及换热器的类型
总传热速率微分方程和总传热系 数-6
（二）、总传热系数的计算式
通过管壁之任一截面的热传导速率
传热过程的计算
第四节 传热过程计算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的基础。
应用前述的热传导速率方程和对流传热速率方程时，需要知道壁面的温度。
而实际上壁温常常是未知的，为了避开壁温，故引出间壁两侧流体间的总传热速率方程。
4—4—1 能量衡算对间壁式换热器做能量衡算，以小时为基准，因系统中无外功加入，且一般位能和动能项均可忽略，故实质上为焓衡算。
假设换热器绝热良好，热损失可以忽略时，则在单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，即 ， .、)()(1221c c c h h h H H W H H W Q -=-= (4—30)式中 Q —换热器的热负荷，kj/h 或W ；W －流体的质量流量，kg ／h ；H －单位质量流体的焓，kJ ／kg 。
下标c 、h 分别表示冷流体和热流体，下标1和2表示换热器的进口和出口。
式4-30即为换热器的热量衡算式，它是传热计算的基本方程式，通常可由该式计算换热器的传热量(又称热负荷)。
.若换热器中两流体无相变化，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4-30可表示为Q )()(1221t t c W T T c W pc c ph h -=-= （4-31）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，℃。
若换热器中的热流体有相变化，例如饱和蒸气冷凝时，式4-30可表示为Q )(12t t c W r W pc c h -== (4-32)式中 W h —饱和蒸气(即热流体)的冷凝速率，k 2／h ；r —饱和蒸气的冷凝潜热，kJ ／kg 。
式4-32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4-32变为Q )()]([1221t t c W T T c r W pc c ph h -=-+= （4-33）式中 C ph －冷凝液的比热容，kJ ／(kg ·℃)；T s —冷凝液的饱和温度，℃。
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板书:（一）传热基本方程式
1、Q = K A tm
2、Q = tm /(1/KA)
板书:（二）热负荷的计算
1、热负荷：
（1）定义：换热器中单位时间内冷、热流体间所交换的热量。
（2）意义：要求换热器应具有的换热能力。
（3）应用：传热速率应等于（或略大于）热负荷。
2、热负荷和传热速率的关系;
(1)热负荷是由生产上的要求所决定，是生产上对换热能力的要求。
⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
= (101.1 – 31.1)/㏑（101.1/31.1）
= 59.4 k
例题5-5水的流量为68Kg/min，被定压比热容为1.885KJ/(Kg.k)的油从310.8 k加热到344.2K,两流体在单壳程、双管程的列管式换热器中进行换热。油进入换热器的温度为380k，出口温度为338.5k，传热系数为340w/(m2.k).计算换热器的传热面积。
（3）潜热法：
此法适用于载热体在热交换过程中有相变化的情况。
Q热= qm热r热
Q冷= qm冷r冷
注：传热过程中若存在热损失时，一般放在冷流体的一侧。
板书:（三）应用
例4-9试计算压强为140KPa（绝对），流量为1500Kg/h的饱和水蒸汽冷凝后，并降温至50度时放出的热量。
解：方法1焓差法
查水蒸汽表得：140KPa时饱和水蒸汽的焓H1 = 2692、1 KJ/Kg
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (<⊿t1 +⊿t2 )/2 ,
若⊿t1/⊿t2 > 2,对数平均法：⊿tm = (<⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
2、错流和折流：（略讲）
板书:(四)传热平均温度差公式的应用
例5-3在某换热器内用表压为388KPa的饱和水蒸汽加热空气，空气由进口的323k升温到393k.求该换热过程的平均温度差。
2、传热时并流、逆流的平均温度差的计算方法
教学方法
讲授、自学、总结
使用教具
多媒体教学平台
板书设计
主要教学内容及步骤
一、复习：1、对流传热系数的影响因素如何？
2、蒸汽冷凝和液体沸腾的方式及特点如何？
二、引入新课：前面分别介绍了传热的基本方式，而总的传热为热传导和对流的综合，其传热过程的如何进行？
三、新课：第四节传热过程的计算
三、新课：第五章传热第四节传热计算
板书:(一)两侧流体均恒温（与流体流动的方向无关）
热流体温度：T冷流体温度：t
tm = T - t
板书:(二)一侧恒温，一侧变温（与流体流动的方向无关）
1、热流体：T冷流体：t1-----t2
⊿t1 = T – t1
⊿t2 = T - t2
由⊿t1、<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
50度水的焓H2 = 209、3 KJ/Kg
则饱和水蒸汽冷凝后降温至323时放出的热量：
Q热= qm热(H1 – H2)
= 1500/3600*(2692.1 — 209.1) =1034、5 kw
主要教学内容及步骤
方法2显热法
查水蒸汽表得：140KPa时饱和水蒸汽的饱和温度为109、2度，汽化潜热为r = 2234、4 KJ/Kg
= 104.8 kw
（3）共放出热量Q热
Q热= Q 1 + Q2 = 931 + 103、35 = 1034、35kw
答：略
例4-10将0、417Kg/s，80度的硝基苯，通过一换热器冷却到40度，冷却水初温为30度，出口温度不超过35度。如热损失可以忽略不计，试求该换热器的热负荷及冷却水的用量.
例4-11上题中如将冷却水的流量增加到6m3/h，问冷却水的终温将是多少？
解：388KPa的饱和水蒸汽的温度为424.1k
已知：T = 424.1k；t1=323k，t2=393k
一侧恒温，与流体的流向无关，
⊿t1 = T – t1 = 424.1 – 323 = 101.1k
⊿t2 = T - t2 = 424.1 - 393 = 31.1k
因：⊿t1/⊿t2 = 101.1/31.1 = 3.25 > 2
例4-12某换热器中用120kpa的饱和水蒸汽加热苯，苯的流量为5m3/h，从20度加热到70度，若设备损失为Q冷的8%，试求热负荷及蒸汽用量。
四、回顾总结：求热负荷的方法（判断流体的状态是否方式变化？）
五、课后回顾：
一、复习：传热时热负荷的计算方法如何？
二、引入新课：对于传热的总方程式中存在四个量，前面已经介绍了热负荷的计算，但为了更好应用方程式，必须介绍传热的平均温度差。
备课时间
授课时间
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
第四章传热
第四节传热过程计算
教学目的
1、明确热负荷和传热速率的关系；
2、掌握热负荷的计算方法。
3、掌握传热时平均温度差的计算方法；
4、掌握流体流动方向的选择。
教学重点
1、热负荷的计算方法
2、传热时并流、逆流的平均温度差的计算方法
教学难点
1、热负荷的计算方法
解：qm =68Kg/min = 68/60 kg/s,Cp = 1.885 KJ/(Kg.k),t1=310.8 k,
t2 = 344.2K;T1 = 380k,T2 = 338.5k,K = 340w/(m2.k)
Q = qm * Cp*(t2 – t1)
= 68*(1/60)*4.18*1000*(344.2 – 310.8)
若⊿t1/⊿t2 > 2,对数平均法：⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
板书:(三)两侧流体均变温（（与流体流动的方向有关）
1、并流：
热流体：T 1-- T 2
冷流体：t1-----t2
⊿t1 = T1 – t1
⊿t2 = T2 - t2
由⊿t1、⊿<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (对数平均法：⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
2、逆流：
热流体：T 1-- T2
冷流体：t2-----t1
⊿t1 = T1 – t2
⊿t2 = T2 - t1
由⊿t1、⊿<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
= 158 KW
⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
= 31.6K
R = 1.33
P = 0.463
查表：校正系数为0.73
A = 15800/(340*0.73*31.6) = 20.1m2
例5-6
板书:(五)流体流动方向的选择
并流、逆流的对比：
1、逆流的优点：（1）传热面积小，设备体积小。
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (⊿t1 +⊿t2 )/2 ,
若⊿t1/⊿t2 > 2,对数平均法：⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t）
主要教学内容及步骤
⊿t2 = T2 - t
由⊿t1、<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (⊿t1 +⊿t2 )/2 ,
（2）传热速率是换热器本身在一定操作条件下的换热能力，是换热器本身的特性。
3、热负荷的计算方法：
(1)焓差法：
Q热= qm热(H1 – H2)
Q冷= qm冷(h2 - h1)
(2)显热法：
此法适用于载热体在热交换过程中无相变化的情况。
Q热= qm热C热( T1 – T2)
Q冷= qm冷C冷( t2 – t1)
（1）Q 1= qm热r热= 1500/3600 * 2234.4 = 931 kw
（2）水由109、2度降温至50度时放出的热量；
平均温度=（109、2 + 50）/2 = 79、6度
查79、6度时水的比热容C热= 4、19 Kj/(kg.k)
则Q2 = qm热C热(t 1 – t2)
= 1500/3600 *4、19*（109.2 -50）
（2）载热体的用量少，成本低。
（3）传热的平均温度差大，推动力大，传热速率快。
2、逆流的缺点：对于设备而言进出的温度相差过大。
四、回顾总结：在计算平均温度差时，画出流体流动的示意图，表明冷、热流体各自的温度，确定计算的方法。
五、课后回顾：
课外作业
教学后记
1、Q = K A tm
2、Q = tm /(1/KA)
板书:（二）热负荷的计算
1、热负荷：
（1）定义：换热器中单位时间内冷、热流体间所交换的热量。
（2）意义：要求换热器应具有的换热能力。
（3）应用：传热速率应等于（或略大于）热负荷。
2、热负荷和传热速率的关系;
(1)热负荷是由生产上的要求所决定，是生产上对换热能力的要求。
⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
= (101.1 – 31.1)/㏑（101.1/31.1）
= 59.4 k
例题5-5水的流量为68Kg/min，被定压比热容为1.885KJ/(Kg.k)的油从310.8 k加热到344.2K,两流体在单壳程、双管程的列管式换热器中进行换热。油进入换热器的温度为380k，出口温度为338.5k，传热系数为340w/(m2.k).计算换热器的传热面积。
（3）潜热法：
此法适用于载热体在热交换过程中有相变化的情况。
Q热= qm热r热
Q冷= qm冷r冷
注：传热过程中若存在热损失时，一般放在冷流体的一侧。
板书:（三）应用
例4-9试计算压强为140KPa（绝对），流量为1500Kg/h的饱和水蒸汽冷凝后，并降温至50度时放出的热量。
解：方法1焓差法
查水蒸汽表得：140KPa时饱和水蒸汽的焓H1 = 2692、1 KJ/Kg
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (<⊿t1 +⊿t2 )/2 ,
若⊿t1/⊿t2 > 2,对数平均法：⊿tm = (<⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
2、错流和折流：（略讲）
板书:(四)传热平均温度差公式的应用
例5-3在某换热器内用表压为388KPa的饱和水蒸汽加热空气，空气由进口的323k升温到393k.求该换热过程的平均温度差。
2、传热时并流、逆流的平均温度差的计算方法
教学方法
讲授、自学、总结
使用教具
多媒体教学平台
板书设计
主要教学内容及步骤
一、复习：1、对流传热系数的影响因素如何？
2、蒸汽冷凝和液体沸腾的方式及特点如何？
二、引入新课：前面分别介绍了传热的基本方式，而总的传热为热传导和对流的综合，其传热过程的如何进行？
三、新课：第四节传热过程的计算
三、新课：第五章传热第四节传热计算
板书:(一)两侧流体均恒温（与流体流动的方向无关）
热流体温度：T冷流体温度：t
tm = T - t
板书:(二)一侧恒温，一侧变温（与流体流动的方向无关）
1、热流体：T冷流体：t1-----t2
⊿t1 = T – t1
⊿t2 = T - t2
由⊿t1、<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
50度水的焓H2 = 209、3 KJ/Kg
则饱和水蒸汽冷凝后降温至323时放出的热量：
Q热= qm热(H1 – H2)
= 1500/3600*(2692.1 — 209.1) =1034、5 kw
主要教学内容及步骤
方法2显热法
查水蒸汽表得：140KPa时饱和水蒸汽的饱和温度为109、2度，汽化潜热为r = 2234、4 KJ/Kg
= 104.8 kw
（3）共放出热量Q热
Q热= Q 1 + Q2 = 931 + 103、35 = 1034、35kw
答：略
例4-10将0、417Kg/s，80度的硝基苯，通过一换热器冷却到40度，冷却水初温为30度，出口温度不超过35度。如热损失可以忽略不计，试求该换热器的热负荷及冷却水的用量.
例4-11上题中如将冷却水的流量增加到6m3/h，问冷却水的终温将是多少？
解：388KPa的饱和水蒸汽的温度为424.1k
已知：T = 424.1k；t1=323k，t2=393k
一侧恒温，与流体的流向无关，
⊿t1 = T – t1 = 424.1 – 323 = 101.1k
⊿t2 = T - t2 = 424.1 - 393 = 31.1k
因：⊿t1/⊿t2 = 101.1/31.1 = 3.25 > 2
例4-12某换热器中用120kpa的饱和水蒸汽加热苯，苯的流量为5m3/h，从20度加热到70度，若设备损失为Q冷的8%，试求热负荷及蒸汽用量。
四、回顾总结：求热负荷的方法（判断流体的状态是否方式变化？）
五、课后回顾：
一、复习：传热时热负荷的计算方法如何？
二、引入新课：对于传热的总方程式中存在四个量，前面已经介绍了热负荷的计算，但为了更好应用方程式，必须介绍传热的平均温度差。
备课时间
授课时间
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
第四章传热
第四节传热过程计算
教学目的
1、明确热负荷和传热速率的关系；
2、掌握热负荷的计算方法。
3、掌握传热时平均温度差的计算方法；
4、掌握流体流动方向的选择。
教学重点
1、热负荷的计算方法
2、传热时并流、逆流的平均温度差的计算方法
教学难点
1、热负荷的计算方法
解：qm =68Kg/min = 68/60 kg/s,Cp = 1.885 KJ/(Kg.k),t1=310.8 k,
t2 = 344.2K;T1 = 380k,T2 = 338.5k,K = 340w/(m2.k)
Q = qm * Cp*(t2 – t1)
= 68*(1/60)*4.18*1000*(344.2 – 310.8)
若⊿t1/⊿t2 > 2,对数平均法：⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
板书:(三)两侧流体均变温（（与流体流动的方向有关）
1、并流：
热流体：T 1-- T 2
冷流体：t1-----t2
⊿t1 = T1 – t1
⊿t2 = T2 - t2
由⊿t1、⊿<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (对数平均法：⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
2、逆流：
热流体：T 1-- T2
冷流体：t2-----t1
⊿t1 = T1 – t2
⊿t2 = T2 - t1
由⊿t1、⊿<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
= 158 KW
⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t2）
= 31.6K
R = 1.33
P = 0.463
查表：校正系数为0.73
A = 15800/(340*0.73*31.6) = 20.1m2
例5-6
板书:(五)流体流动方向的选择
并流、逆流的对比：
1、逆流的优点：（1）传热面积小，设备体积小。
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (⊿t1 +⊿t2 )/2 ,
若⊿t1/⊿t2 > 2,对数平均法：⊿tm = (⊿t1 -⊿t2 )/㏑（⊿t1/⊿t）
主要教学内容及步骤
⊿t2 = T2 - t
由⊿t1、<t2的相对大小（与2对比），选择tm的计算方法。
若⊿t1/⊿t2 < 2,算术平均法：⊿tm = (⊿t1 +⊿t2 )/2 ,
（2）传热速率是换热器本身在一定操作条件下的换热能力，是换热器本身的特性。
3、热负荷的计算方法：
(1)焓差法：
Q热= qm热(H1 – H2)
Q冷= qm冷(h2 - h1)
(2)显热法：
此法适用于载热体在热交换过程中无相变化的情况。
Q热= qm热C热( T1 – T2)
Q冷= qm冷C冷( t2 – t1)
（1）Q 1= qm热r热= 1500/3600 * 2234.4 = 931 kw
（2）水由109、2度降温至50度时放出的热量；
平均温度=（109、2 + 50）/2 = 79、6度
查79、6度时水的比热容C热= 4、19 Kj/(kg.k)
则Q2 = qm热C热(t 1 – t2)
= 1500/3600 *4、19*（109.2 -50）
（2）载热体的用量少，成本低。
（3）传热的平均温度差大，推动力大，传热速率快。
2、逆流的缺点：对于设备而言进出的温度相差过大。
四、回顾总结：在计算平均温度差时，画出流体流动的示意图，表明冷、热流体各自的温度，确定计算的方法。
五、课后回顾：
课外作业
教学后记