传热方程

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第1021页（4535字）

(一)传热的一般表达式

Q=K·F·⊿t (3－4－7)

式中 Q——传递的热量(kJ)

K——总括传热系数kW／(m²·k)

F——传热面积(m²)

⊿——传热温差(℃)

实践中要解决的是两类问题：已知需要传递的热量，计算换热设备；已有设备，求取可传递的热量。这些问题的解决均需先求取总括传热系数K和传热温差⊿t。

传热过程示意图见图3－4－24

图3－4－24 间壁传热示意图

(二)总括传热系数与给热系数

1．总括传热系数与给热系数关系式

式中 α₁α₂——给热介质与受热介质的给热系数(kW／(m²·k)

h——传热面材料的导热系数(kW／m·k)

δ——传热面材料厚度(m)

2．含有空气的水蒸汽冷凝时给热系数可以从图3－4－25中查取。

图3－4－25 含有空气的水蒸汽冷凝时的给热系数

应用范围：适用于含空气的水蒸汽冷凝的给热系数计算。

使用方法：按图中虚线所示，将水蒸汽与管壁温差标尺⊿t上已知点和水蒸汽中的空气含量标尺上已知点相连，延长后与给热系数标尺α上的交点，即所求含空气的水蒸汽冷凝时的给热系数。

3．流体在圆管中作湍流时给热系数计算

式中 λ——流体导热系数〔kcal／(m·h·℃)〕(1kcal=4．1868kJ)

C——流体定压比热〔kcal／(g·℃)〕

μ——流体粘度(kg·s／m²)

γ——流体重度(kg／m³)

W——流体速度(m／s)

d——管子内径(m)

A=0．244λ^0．6()^0．4与流体性质有关的系数(见表3－4－33、3－4－34)

表3－4－33 空气的A值

表3－4－34 水的A值

公式适用范围：

(1)雷诺准数Re＞10000；

(2)普兰德准数Pr0．7～2500之间；

(3)管子长径比L／d＞50。

式中 诸物料常数取流体在算术平均温度下的值。

4．水－盐水在管内呈湍流时给热系数计算

水 α=3100(1+0．015t)V^0．8／d^0．2 (3－4－10)

盐水(25%氯化钙水溶液)

α=2090(1+0．0102t)V^0．8／d^0．2 (3－4－11)

式中 α——水或盐水的给热系数kcal／(m²·h·℃)

t——水或盐水本身平均温度(℃)

V——流体流速(m／s)

d——管内径(cm)

根据式(3－4－10)、(3－4－11)绘制水、盐水在管水呈湍流时的给热系数算图，见图3－4－26。

图3－4－26 水、盐水在管内呈湍流时的给热系数算图

应用范围：水或盐水在管内呈湍流时，求给热系数。

使用方法：依次连接标尺d→V→R、R——t——α，即为所求之值。

5．空气－燃气垂直流经管束时的给热系数计算。

式中 W₀——流体的流速(按℃，760mmHg换算(m／s标准情况)

T——流体平均绝对平均温度(K，图中用t℃)

α——对流给热系数〔kcal／(m²·h·℃)〕

d——管外径(m)

f_H——系数，见表3－4－35

表3－4－35 系数f_H值表

根据式(3－4－12)、(3－4－13)绘制给热系数计算图，见图3－4－27。

图3－4－27 空气和燃气垂直流经管束时给热系数算图

图3－4－27的应用范围：适用于计算空气、燃气垂直流经管束时的给热系数。

使用方法：(1)连接W₀与d标尺连线，交R₁于a。(2)连接t与f_H标尺，连线交R₂于b。(3)连ab线交α标尺，交点读数即所求系数值。

6．浸没式冷却器的管外给热系数计算见图3－4－28。

图3－4－28 浸没式冷却器管外给热系数计算

应用范围：适用于水与水平管外流动的给热系数计算。

使用方法：(1)连接W、L标尺连线交参考线R于a。(2)连接a、d标尺连线交α标尺读数即为所求的给热系数。

7．制盐中常用的换热器材料导热系数见表3－4－36。

表3－4－36 制盐常用换热器用材的导热系数

(三)传热温度差

1．稳定对流传热的几种热流状态。

(1)给热物料温度为一恒值：如蒸汽冷凝。

(2)并流：给热物料与受热物料流向相同。

(3)逆流：给热物料与受热物料流向相反。

(4)错流：给热物料与受热物料流向垂直。

(5)折流：给热物料与受热物料既有并流也有逆流。如列管换热器单壳程多管程；多壳程多管程。

2．不同热流状态传热温差的计算 以给热物料和受热物料各自的始末温度作为已知数据计算传热温差。有算术平均值和对数平均值两种计算方法。对错流和折流需另加修正。

(1)算术平均温差与对数平均温差的计算。

当(逆流，图3－4－29)或(并流，图3－4－30)小于2时，可采用算术平均温差。大于2时采用对数平均温差。

图3－4－29 逆流传热时温度分布

图3－4－30 并流传热时温度分布

式中 ⊿t_m——传热温差(℃)

T₁T₂——热流体进出口温度(℃)

t₁t₂——冷流体进出口温度(℃)

对数平均温差：

折流和错流时的平均温度差仍按上式计算，但应乘－校正系数ε。

ε由热容量比R和加热温度效率P决定；

ε值也可从图3－4－31中查取。

图3－4－31 错流、折流中修正系数ε与热流状态关系

1－单壳程、两管程或两管程以上 2－双壳程、四管程或四管程以上 3－单通道错流换热器(液体之间不混合)

(2)对数平均温差查图法，见图3－4－32。

图3－4－32 对数平均温差计算图

式中 ⊿t_m——对数平均温差(℉)

⊿T₁——热交换最大传热温差(℉)

⊿T₂——热交换最小传热温差(°F)

根据式(3－4－18)绘制的计算图。

使用方法：先计算⊿T₁、⊿T₂；由标尺⊿T₁向上作垂线，由标尺⊿T₂向左作水平线，两线相交；由交点沿曲线引向标尺⊿t_m交点即为所求值。