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傳熱過程的計算

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更新時間：2021-06-11
發布人：zlw2511

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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，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，內外兩側流體與固體壁面間的表面傳熱系數分別為αi和α0。根據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，對于穩態傳熱過程，其熱流量衡算關系為：

　（熱流體放出的熱流量）=（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 傳熱系數和傳熱面積
　　（1）傳熱系數K和傳熱面積A的計算
　　傳熱系數K是表示換熱設備性能的極為重要的參數，是進行傳熱計算的依據。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，或取生產實際的經驗數據，也可以通過分析計算求得。
　　傳熱系數K可利用式（4.6.1）進行計算。但傳熱系數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，通常根據經驗確定污垢熱阻。若管壁內、外側表面上的污垢熱阻分別用Rdi和Rd0表示，根據串聯熱阻疊加原則，式（4.6.2）變為：
　...

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