第6章傳熱過程分析和計(jì)算

1、 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 6-1 6-1 復(fù)合傳熱過程復(fù)合傳熱過程 6-2 6-2 傳熱過程分析和計(jì)算傳熱過程分析和計(jì)算 6-3 6-3 換熱器與換熱器的熱計(jì)算換熱器與換熱器的熱計(jì)算 6-4 6-4 傳熱的增強(qiáng)和保溫隔熱技術(shù)傳熱的增強(qiáng)和保溫隔熱技術(shù) 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 6-1 6-1 復(fù)合傳熱過程復(fù)合傳熱過程 物體與周圍物體（含氣體）進(jìn)行輻射換熱的物體與周圍物體（含氣體）進(jìn)行輻射換熱的 同時(shí)，還和其它接觸的其它氣體進(jìn)行對流換熱。同時(shí)，還和其它接觸的其它氣體進(jìn)行對流換熱。 這種既有（表面）輻射換熱，又有對流換熱的現(xiàn)這種既有（表面

2、）輻射換熱，又有對流換熱的現(xiàn) 象統(tǒng)稱為象統(tǒng)稱為表面?zhèn)鳠岜砻鎮(zhèn)鳠帷?為方便討論，假設(shè)對流傳熱和輻射傳熱互相獨(dú)為方便討論，假設(shè)對流傳熱和輻射傳熱互相獨(dú) 立，不干擾。立，不干擾。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 ()() () () crcwfrwf crwf wf qqqh tth tt hhtt h tt () r r wf h A tt 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，可以通過對流傳熱系數(shù)，可以通過對流傳熱系數(shù)hc和輻射和輻射 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)hr精確計(jì)算，當(dāng)工程上有時(shí)可估算：精確計(jì)算，當(dāng)工程上有時(shí)可估算： 室內(nèi)（無風(fēng)）熱力管道室內(nèi)（無風(fēng)）熱力管道 室內(nèi)平壁室內(nèi)平壁 室外室

3、外 9.400.052 wf htt 9.800.070 wf htt 11.67h 其中，其中， 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 在實(shí)際計(jì)算中是否必須考慮輻射傳熱，應(yīng)視具體在實(shí)際計(jì)算中是否必須考慮輻射傳熱，應(yīng)視具體 情況而定。若固體壁面與液體發(fā)生對流傳熱，通情況而定。若固體壁面與液體發(fā)生對流傳熱，通 常認(rèn)為液體對紅外輻射是不透明的。故常認(rèn)為液體對紅外輻射是不透明的。故hr=0。若。若 氣體與固體壁面進(jìn)行強(qiáng)迫對流傳熱時(shí)，并且溫差氣體與固體壁面進(jìn)行強(qiáng)迫對流傳熱時(shí)，并且溫差 不大，此時(shí)可忽略輻射，并認(rèn)為不大，此時(shí)可忽略輻射，并認(rèn)為h=hc。若氣體和。若氣體和 壁面進(jìn)行自然對

4、流傳熱，或傳熱溫差較大時(shí)，則壁面進(jìn)行自然對流傳熱，或傳熱溫差較大時(shí)，則 必須考慮輻射傳熱。必須考慮輻射傳熱。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 6-2 傳熱過程的分析和計(jì)算 傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式 21ff ttkA 式中式中 為傳熱系數(shù)（在容易與對流換熱表面?zhèn)鳠釣閭鳠嵯禂?shù)（在容易與對流換熱表面?zhèn)鳠?系數(shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。系數(shù)想混淆時(shí)，稱總傳熱系數(shù)）。 k v傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鱾鳠徇^程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)?到另一側(cè)流體中去的過程稱傳熱過程。到另一側(cè)流體中去的過程稱傳熱過程。 石

5、油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 一、通過平壁的傳熱一、通過平壁的傳熱 21 11 1 hh k 由于平壁的兩側(cè)的面由于平壁的兩側(cè)的面 積是相等的，因此傳熱系積是相等的，因此傳熱系 數(shù)的數(shù)值不論對哪一側(cè)來數(shù)的數(shù)值不論對哪一側(cè)來 說都是一樣的。說都是一樣的。 1f t 1w t 2w t 2f t 1 1 h 2 1 h 熱阻圖熱阻圖 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 二、通過圓筒壁的傳熱二、通過圓筒壁的傳熱 在穩(wěn)態(tài)條件下，通過各環(huán)節(jié)的熱流量是不變的。在穩(wěn)態(tài)條件下，通過各環(huán)節(jié)的熱流量是不變的。 12 () 1 ln() 2 ww o i l tt d d

6、 11 () iifw h d l tt 圓柱面導(dǎo)熱：圓柱面導(dǎo)熱： 22 () oowf h d l tt外部對流：外部對流： 內(nèi)部對流：內(nèi)部對流： hi ho 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 以外表面面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：（工程用）以外表面面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：（工程用） 12 111 ln 2 ff o iiioo l tt d hddh d 11 1 ln 2 o ooo to iiio K ddd R A hddh 由上面三式得由上面三式得 以內(nèi)表面面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：以內(nèi)表面面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為： 11 1 ln 2 i ioi ti iioo K

7、ddd R A hdd h 基準(zhǔn)面不同時(shí)，傳熱系數(shù)不同，但基準(zhǔn)面不同時(shí)，傳熱系數(shù)不同，但K與與A的乘積相等，的乘積相等， 傳熱熱流量相同。傳熱熱流量相同。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 三、通過肋壁的傳熱 在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的 一側(cè)采用肋壁是強(qiáng)化傳一側(cè)采用肋壁是強(qiáng)化傳 熱的一種行之有效的方熱的一種行之有效的方 法。下面以平壁的一側(cè)法。下面以平壁的一側(cè) 為肋壁的較簡單的情況，為肋壁的較簡單的情況， 作為分析肋壁傳熱的對作為分析肋壁傳熱的對 象。象。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 wifiii ttAh wowii ttA 1

8、2owofoofwofo h A tthA tt 式中，式中， 為肋面總效率。為肋面總效率。 o oooiii fofi AhAAh tt 11 ooowofo hA tt 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 所以，只要所以，只要 就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。 o f o A AA)( 21 定義定義肋化系數(shù)：肋化系數(shù)： io AA 1 11 ioo K hh 1 o 則以內(nèi)表面為基準(zhǔn)的肋壁則以內(nèi)表面為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)為為 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 四、臨界熱絕緣半徑四、臨界熱絕緣半徑 對于平壁，加保溫層后，一

9、定能降低散熱量對于平壁，加保溫層后，一定能降低散熱量 （削弱傳熱）；對于圓筒壁，叫保溫層后呢？（削弱傳熱）；對于圓筒壁，叫保溫層后呢？ 2 1112 1111 lnln 2222 o l ioo rr R hrrrhr 為了減少管道的散熱損失，采用在管道外側(cè)覆為了減少管道的散熱損失，采用在管道外側(cè)覆 蓋熱絕緣層或稱隔熱保溫層的辦法。熱流體通過管蓋熱絕緣層或稱隔熱保溫層的辦法。熱流體通過管 道壁和絕緣層傳熱給冷流體傳熱過程的熱阻為道壁和絕緣層傳熱給冷流體傳熱過程的熱阻為 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 為了計(jì)算方便，忽略內(nèi)側(cè)的對流熱阻和管壁的為了計(jì)算方便，忽略內(nèi)側(cè)的對流熱

10、阻和管壁的 導(dǎo)熱熱阻，實(shí)際上也是可行的。此時(shí)的總熱阻為：導(dǎo)熱熱阻，實(shí)際上也是可行的。此時(shí)的總熱阻為： 2 11 ln 22 o l oo r R rhr 管道的散熱量為管道的散熱量為 1 2 11 ln 22 wf o oo tt r lrhr l 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 不考慮其他參數(shù)的變化，僅僅考慮絕熱層厚度不考慮其他參數(shù)的變化，僅僅考慮絕熱層厚度 的變化，當(dāng)厚度加大時(shí)（的變化，當(dāng)厚度加大時(shí)（ro），），R，Rh。 1 2 11 ln 22 wf o h oo tt t r RR lrhr l R h R t R R o r 2 r 總的熱阻總的熱阻Rt先減

11、小后增大；先減小后增大； 熱流量熱流量則先增大后減小。則先增大后減小。 對應(yīng)熱流量對應(yīng)熱流量最大值的最大值的 絕熱層外半徑絕熱層外半徑ro稱為臨界絕稱為臨界絕 緣半徑，以緣半徑，以roc表示表示 oc r 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 根據(jù)根據(jù) ，可解得，可解得0 o d dr oc r h 當(dāng)當(dāng)roroc，; 當(dāng)當(dāng)r2roroc， 電線：加絕緣層，不僅能絕緣，且能提高散熱電線：加絕緣層，不僅能絕緣，且能提高散熱 量，這是我們希望的，因電流流過電線后發(fā)熱，量，這是我們希望的，因電流流過電線后發(fā)熱， 若熱量不及時(shí)排出，電阻變大，阻礙電流。若熱量不及時(shí)排出，電阻變大，阻礙

12、電流。 一般的動力管道：外徑均大于臨界絕緣半徑，一般的動力管道：外徑均大于臨界絕緣半徑， 起到降低散熱的效果。起到降低散熱的效果。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 6-3 換熱器與換熱器的熱計(jì)算換熱器與換熱器的熱計(jì)算 換熱器換熱器：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體， 以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置。以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置。 一、換熱器的分類一、換熱器的分類 按照工作原理分類按照工作原理分類 分為分為間壁式間壁式、混合式混合式及及蓄熱式蓄熱式（或稱回?zé)崾剑ɑ蚍Q回?zé)崾剑?三大類。三大類。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算

13、 v間壁式間壁式換熱器換熱器：是指冷熱流體被壁面隔開進(jìn)行：是指冷熱流體被壁面隔開進(jìn)行 換熱的熱交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞鳌⒗鋼Q熱的熱交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞?、?凝器、蒸發(fā)器；凝器、蒸發(fā)器； v間壁式挨熱器種類很多，從構(gòu)造上主要可分為：間壁式挨熱器種類很多，從構(gòu)造上主要可分為： 管殼式、肋片管式、板式、板翅式、螺旋板式管殼式、肋片管式、板式、板翅式、螺旋板式 等，其中以前兩種用得最為廣泛。另外，按流等，其中以前兩種用得最為廣泛。另外，按流 體流動方向可有順流、逆流、交叉流之分。體流動方向可有順流、逆流、交叉流之分。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 v混合式混合式換

14、熱器：冷熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)換熱器：冷熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn) 行換熱，在熱交換同時(shí)存在質(zhì)交換，如空調(diào)工程行換熱，在熱交換同時(shí)存在質(zhì)交換，如空調(diào)工程 中噴淋冷卻塔、蒸汽噴射泵、電廠冷水塔等；中噴淋冷卻塔、蒸汽噴射泵、電廠冷水塔等； 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 v回?zé)崾交責(zé)崾綋Q熱器換熱器：換熱器由蓄熱材料構(gòu)成，并分成：換熱器由蓄熱材料構(gòu)成，并分成 兩半，冷熱流體輪換通過它的一半通道，從而交兩半，冷熱流體輪換通過它的一半通道，從而交 替式地吸收和放出熱量，即熱流體流過換熱器時(shí)，替式地吸收和放出熱量，即熱流體流過換熱器時(shí)， 蓄熱材料吸收并儲蓄熱量，溫度升高，經(jīng)過一

15、段蓄熱材料吸收并儲蓄熱量，溫度升高，經(jīng)過一段 時(shí)間后切換為冷流體，蓄熱材料放出熱量加熱冷時(shí)間后切換為冷流體，蓄熱材料放出熱量加熱冷 流體。一般用于氣體，如鍋爐中間轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱流體。一般用于氣體，如鍋爐中間轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱 器，全熱回收式空氣調(diào)節(jié)器等。器，全熱回收式空氣調(diào)節(jié)器等。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 （1）按結(jié)構(gòu)來分）按結(jié)構(gòu)來分 1、套管式、套管式 適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 二、間壁式換熱器的主要形式二、

16、間壁式換熱器的主要形式 （1）按結(jié)構(gòu)來分）按結(jié)構(gòu)來分 1、套管式、套管式 2、管殼式、管殼式 管程、殼程、折流擋板管程、殼程、折流擋板 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 （2）按結(jié)構(gòu)來分）按結(jié)構(gòu)來分 1、套管式、套管式 2、管殼式、管殼式 是間壁式換熱器的一種主要形式，又稱間壁式是間壁式換熱器的一種主要形式，又稱間壁式 換熱器。換熱器。 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 （2）按結(jié)構(gòu)來分）按結(jié)構(gòu)來分 1、套管式、套管式 2、管殼式、管殼式 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油

17、工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 （2）按結(jié)構(gòu)來分）按結(jié)構(gòu)來分 1、套管式、套管式 2、管殼式、管殼式 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 side) (shell ,inB T outB T , side) (tube ,inA T outA T , 進(jìn)一步增加管程和殼程進(jìn)一步增加管程和殼程 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程

18、分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 圓環(huán)折流板 圓缺折流板圓缺折流板 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 3、交叉流換熱器（分管束式、管翅式及板翅式）、交叉流換熱器（分管束式、管翅式及板翅式） 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油工程傳熱學(xué)石油工

19、程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 4、板式換熱器、板式換熱器 板 式 換 熱板 式 換 熱 器拆卸清洗方器拆卸清洗方 便，故適合于便，故適合于 含有易污染物含有易污染物 的流體的換熱。的流體的換熱。 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 5、螺旋板式換熱器、螺旋板式換熱器 換熱器換熱效果較好，缺點(diǎn)是換熱器的密封比較困難。換熱器換熱效果較好，缺點(diǎn)是換熱器的密

20、封比較困難。 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 6、熱管換熱器、熱管換熱器 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 二、間壁式換熱器的主要形式二、間壁式換熱器的主要形式 （2）按流動方向分）按流動方向分 1、順流式換熱器、順流式換熱器 2、逆流式換熱器、逆流式換熱器 3、交叉式換熱器、交叉式換熱器 4、混合式換熱器、混合式換熱器 Cold fluid Hot fluid Cold fluid Hot fluid 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳

21、熱過程分析和計(jì)算 換熱器分類小結(jié)換熱器分類小結(jié) 一、換熱器的分類一、換熱器的分類 二、間壁式換熱器的分類二、間壁式換熱器的分類 （2）按流動方向分）按流動方向分 （1）按結(jié)構(gòu)來分）按結(jié)構(gòu)來分 1、套、套 管式管式 2、 管殼式管殼式 3、交叉流換熱器、交叉流換熱器 （管束式、管翅式及板翅式）（管束式、管翅式及板翅式） 4、板式換熱器、板式換熱器 5、螺旋板式換熱器、螺旋板式換熱器 6、熱管換熱器、熱管換熱器 1、回?zé)崾剑ㄐ顭崾剑Q熱器、回?zé)崾剑ㄐ顭崾剑Q熱器 2、混合式換熱器、混合式換熱器 3、間壁式換熱器、間壁式換熱器 1、順流式換熱器、順流式換熱器 2、逆流式換熱器、逆流式換熱器 3、交叉

22、式換熱器、交叉式換熱器 4、混合式換熱器、混合式換熱器 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 三、換熱器熱計(jì)算的基本方程三、換熱器熱計(jì)算的基本方程 m kA t 傳熱方程式傳熱方程式: 熱平衡方程式：熱平衡方程式： 22222mp q ctt 熱流體放熱熱流體放熱 冷流體吸熱冷流體吸熱 11111mp q ctt 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 0 1 A mxx tt dA A 積分后可得：積分后可得： 流體溫度不變時(shí)流體溫度不變時(shí) 而換熱器中，沿程流體溫度發(fā)生而換熱器中，沿程流體溫度發(fā)生 改變，假設(shè)改變，假設(shè)x處的微元換熱面積處的微元換熱面積 為為

23、dAx，此時(shí)方程式變?yōu)?，此時(shí)方程式變?yōu)?12 kA tt 12xxx dk ttdAk t dA 00 1 AA xxxxm k t dAkAt dAkA t A 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 四、換熱器的對數(shù)平均溫差四、換熱器的對數(shù)平均溫差 傳熱方程式：傳熱方程式： m tkA 對任何形式的換熱器，傳熱方程式中的平均傳對任何形式的換熱器，傳熱方程式中的平均傳 熱溫差熱溫差tt均是冷熱流體的平均溫差。但是，流動均是冷熱流體的平均溫差。但是，流動 形式不同，冷熱流體溫差沿?fù)Q熱面的變化規(guī)律也不形式不同，冷熱流體溫差沿?fù)Q熱面的變化規(guī)律也不 同。傳熱溫差也不同。同。傳熱溫差也

24、不同。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 順流和逆流的區(qū)別：順流和逆流的區(qū)別： v平均傳熱溫差：平均傳熱溫差： 順流時(shí)：順流時(shí)： 逆流式：逆流式： 或或 v在相同的進(jìn)出口溫度條件下，在相同的進(jìn)出口溫度條件下， v逆流也有缺點(diǎn)，即熱流體和冷流體的最高溫度逆流也有缺點(diǎn)，即熱流體和冷流體的最高溫度 集中在換熱器的同一端集中在換熱器的同一端 21 tt 21 tt 21 tt mcmp tt cp AA 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 以順流情況為例，作如下假設(shè)以順流情況為例，作如下假設(shè)： （1 1）冷熱流體的質(zhì)量流量）冷熱流體的質(zhì)量流量q qm2 m2、

25、 、 q qm1 m1以及比熱容 以及比熱容C C2 2,C,C1 1是常數(shù)；是常數(shù)； （2 2）傳熱系數(shù)是常數(shù)；）傳熱系數(shù)是常數(shù)； （3 3）換熱器無散熱損失；）換熱器無散熱損失； （4 4）換熱面沿流動方向的導(dǎo)熱）換熱面沿流動方向的導(dǎo)熱 量可以忽略不計(jì)。量可以忽略不計(jì)。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 在前面假設(shè)的基礎(chǔ)上，并已知冷熱流體在前面假設(shè)的基礎(chǔ)上，并已知冷熱流體 的進(jìn)出口溫度，的進(jìn)出口溫度，現(xiàn)在來看圖現(xiàn)在來看圖9-139-13中微元換熱中微元換熱 面面dAdA一段的傳熱。溫差為：一段的傳熱。溫差為： ddtAk chch ttttttddd 在固體微元面在固

26、體微元面dAdA內(nèi)，兩種流體的換熱量為內(nèi)，兩種流體的換熱量為: : 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 1 111 1 1 1 dddd m m q c tt q c 2222 22 1 dddd m m q ctt q c 對于熱流體對于熱流體: : 對于冷流體對于冷流體: : 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 12 1 122 11 ddddd mm ttt q cq c ddtAk tdAddktdA t d k t xx At t k t 0 dA t d x x kA t t ln 可見，當(dāng)?shù)販夭铍S換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個(gè)換熱面的平可見，當(dāng)

27、地溫差隨換熱面呈指數(shù)變化，則沿整個(gè)換熱面的平 均溫差為：均溫差為： )exp(t xx kAt x 0 xx 0 )dAexp(t 1 dAt 1 x AA m kA AA t 1 122 11 mm q cq c 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 1-)exp( t )dAexp(t 1 x 0 kA kA kA A t x A m x x kA t t lnkA t t ln AAx )exp( t kA t t t t tt t tm t ln t t ln t 1- t t ln t 對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算

28、 不論順流還是逆流，不論順流還是逆流，對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差可統(tǒng)一用以下可統(tǒng)一用以下 計(jì)算式表示，計(jì)算式表示，tmax、 tmin指的是同一端的溫度差：指的是同一端的溫度差： min max minmax ln t t tt t m 平均溫差的另一種更為簡單的形式是平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術(shù)平均算術(shù)平均 溫差溫差，當(dāng)，當(dāng)tmax/tmax2時(shí)使用，即時(shí)使用，即 2 minmax , tt tm 算術(shù) 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 復(fù)雜流時(shí)換熱器平均傳熱溫差復(fù)雜流時(shí)換熱器平均傳熱溫差 ctf mm tt v套管式換熱器及螺旋板式換熱器的平均溫差可套管式換熱器

29、及螺旋板式換熱器的平均溫差可 以方便的按逆流或順流布置的公式來計(jì)算。但以方便的按逆流或順流布置的公式來計(jì)算。但 對于殼管式換熱器及交叉流式換熱器的平均溫對于殼管式換熱器及交叉流式換熱器的平均溫 差一般采用以下公式來計(jì)算：差一般采用以下公式來計(jì)算： 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 v對于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式中的平對于其它的叉流式換熱器，其傳熱公式中的平 均溫度的計(jì)算關(guān)系式較為復(fù)雜，工程上常常采均溫度的計(jì)算關(guān)系式較為復(fù)雜，工程上常常采 用修正圖表來完成其對數(shù)平均溫差的計(jì)算：用修正圖表來完成其對數(shù)平均溫差的計(jì)算： 由換熱器冷熱流體的進(jìn)出口溫度，按照逆流方式計(jì)算由換熱

30、器冷熱流體的進(jìn)出口溫度，按照逆流方式計(jì)算 出相應(yīng)的對數(shù)平均溫差；出相應(yīng)的對數(shù)平均溫差； 從修正圖表由兩個(gè)無量綱數(shù)查出修正系數(shù)；從修正圖表由兩個(gè)無量綱數(shù)查出修正系數(shù)； 最后得出叉流方式的對數(shù)平均溫差最后得出叉流方式的對數(shù)平均溫差 2211 1222 tttt PR ttt 、 mmctf tt（） 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 1 12 2、1 14 4等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù) 2 24 4、2 28 8等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù)等多流程管殼式換熱器的修正系數(shù) 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 一次交叉流，兩

31、種流體各自都不混合時(shí)的修正系數(shù)一次交叉流，兩種流體各自都不混合時(shí)的修正系數(shù) 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 一次交叉流，一種流體混合、一種流體不混合時(shí)的修正系數(shù)一次交叉流，一種流體混合、一種流體不混合時(shí)的修正系數(shù) 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 五、平均溫差法熱計(jì)算五、平均溫差法熱計(jì)算 v分為分為設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和和校核計(jì)算校核計(jì)算。 v換熱器熱計(jì)算的換熱器熱計(jì)算的基本公式基本公式為為 m kA t 11112222mpmp q cttqctt 傳熱方程式: 熱平衡方程式： 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 1、換熱器計(jì)算的

32、平均溫差法、換熱器計(jì)算的平均溫差法 v平均溫差法用作設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)步驟：平均溫差法用作設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)步驟： 初步布置換熱面，計(jì)算出相應(yīng)的傳熱系數(shù)初步布置換熱面，計(jì)算出相應(yīng)的傳熱系數(shù)K。 根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的那根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的那 個(gè)待定的溫度個(gè)待定的溫度tm。 由冷、熱流體的由冷、熱流體的4個(gè)進(jìn)、出口溫度確定平均溫差，計(jì)個(gè)進(jìn)、出口溫度確定平均溫差，計(jì) 算時(shí)要注意保持修正系數(shù)算時(shí)要注意保持修正系數(shù)具有合適的數(shù)值。具有合適的數(shù)值。 由傳熱方程求出所需要的換熱面積由傳熱方程求出所需要的換熱面積A，并核算換熱面，并核算換熱面 兩側(cè)有流體的流動阻力。兩側(cè)有流體的

33、流動阻力。 如流動阻力過大，改變方案重新設(shè)計(jì)。如流動阻力過大，改變方案重新設(shè)計(jì)。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 v 對于校核計(jì)算具體計(jì)算步驟：對于校核計(jì)算具體計(jì)算步驟： 先假設(shè)一個(gè)流體的出口溫度，按熱平衡式計(jì)算另一個(gè)出口先假設(shè)一個(gè)流體的出口溫度，按熱平衡式計(jì)算另一個(gè)出口 溫度溫度 根據(jù)根據(jù)4個(gè)進(jìn)出口溫度求得平均溫差個(gè)進(jìn)出口溫度求得平均溫差tm 根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的總傳熱系數(shù)根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的總傳熱系數(shù)k 已知已知k、A和和，按傳熱方程式計(jì)算在假設(shè)出口溫度下的，按傳熱方程式計(jì)算在假設(shè)出口溫度下的tm 根據(jù)根據(jù)4個(gè)進(jìn)出口溫度，用熱平衡

34、式計(jì)算另一個(gè)個(gè)進(jìn)出口溫度，用熱平衡式計(jì)算另一個(gè) ，這個(gè)值，這個(gè)值 和上面的和上面的 ，都是在假設(shè)出口溫度下得到的，因此，不是，都是在假設(shè)出口溫度下得到的，因此，不是 真實(shí)的換熱量真實(shí)的換熱量 比較兩個(gè)比較兩個(gè) 值，滿足精度要求，則結(jié)束，否則，重新假定值，滿足精度要求，則結(jié)束，否則，重新假定 出口溫度，重復(fù)出口溫度，重復(fù)(1)(6)，直至滿足精度要求。，直至滿足精度要求。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 2、換熱器設(shè)計(jì)時(shí)的綜合考慮、換熱器設(shè)計(jì)時(shí)的綜合考慮 換熱器設(shè)計(jì)是綜合性的課題，必須考慮出投資，換熱器設(shè)計(jì)是綜合性的課題，必須考慮出投資， 運(yùn)行費(fèi)用，安全可靠等諸多因素。運(yùn)

35、行費(fèi)用，安全可靠等諸多因素。 3、換熱器的結(jié)垢及污垢熱阻、換熱器的結(jié)垢及污垢熱阻 污垢增加了熱阻，使傳熱系數(shù)減小，這種熱阻污垢增加了熱阻，使傳熱系數(shù)減小，這種熱阻 成為污垢熱阻，用成為污垢熱阻，用Rf表示，表示， 式中：式中：k為有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)，為有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)，k0為潔為潔 凈換熱面的傳熱系數(shù)。凈換熱面的傳熱系數(shù)。 0 11 kk R f 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 對于兩側(cè)均已結(jié)垢的管殼式換熱器，以管子外表對于兩側(cè)均已結(jié)垢的管殼式換熱器，以管子外表 面為計(jì)算依據(jù)的傳熱系數(shù)可以表示成：面為計(jì)算依據(jù)的傳熱系數(shù)可以表示成： 如果管子外壁沒有肋化

36、，則肋面總效率如果管子外壁沒有肋化，則肋面總效率 o o = 1 = 1。 管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表9-19-1種查得種查得。 o of o w i o if i R h R A A R h k 111 1 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 例題：某換熱器，殼側(cè)熱流體的進(jìn)、出口溫度分別為例題：某換熱器，殼側(cè)熱流體的進(jìn)、出口溫度分別為80 和和60 ，管側(cè)冷流體的進(jìn)、出口溫度分別為，管側(cè)冷流體的進(jìn)、出口溫度分別為25 和和39 。 求該換熱器分別為逆流式和順流式換熱器時(shí)的對數(shù)平均溫差。求該換熱器分別為逆流式和順流式換熱器時(shí)的對數(shù)平

37、均溫差。 解：解：（1）逆流時(shí)逆流時(shí) 9 .37 35 41 ln 3541 35,41 21 m t tt 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 （2）順流時(shí)）順流時(shí) 21,55 21 tt 3 .35 21 55 ln 2155 m t 從計(jì)算可以看出，在相同的條件下，逆流換熱器從計(jì)算可以看出，在相同的條件下，逆流換熱器 的對數(shù)平均溫差大于順流時(shí)的溫差，也即換熱效果逆的對數(shù)平均溫差大于順流時(shí)的溫差，也即換熱效果逆 流強(qiáng)于順流。流強(qiáng)于順流。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 例題例題3：有一逆流式換熱器，油被水冷卻。水的進(jìn)：有一逆流式換熱器，油被水冷卻

38、。水的進(jìn) 出口溫度和流量分別為出口溫度和流量分別為40、80和和1.2kg/s，水，水 的比熱為的比熱為4.190可可J/kg。油的進(jìn)出口溫度分別為。油的進(jìn)出口溫度分別為 140和和90，設(shè)傳熱系數(shù)為，設(shè)傳熱系數(shù)為900W/m2K。求換熱。求換熱 器的傳熱面積。器的傳熱面積。 6050 54.85 60 lnln 50 m t 22 4190 1.28040201120 pc c qtt 201120 4.07 900 54.85 m A k t （1）求對數(shù)平均溫差）求對數(shù)平均溫差 （m2） （2）由水側(cè)流動可得換熱器的傳熱量：）由水側(cè)流動可得換熱器的傳熱量： m kA t 得得（3）由換熱

39、器傳熱方程式）由換熱器傳熱方程式 W 6050 54.85 60 lnln 50 m t 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 （2）污垢熱阻的計(jì)算）污垢熱阻的計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 6-4 傳熱的增強(qiáng)和保溫隔熱技術(shù)傳熱的增強(qiáng)和保溫隔熱技術(shù) v 強(qiáng)化傳熱的目的強(qiáng)化傳熱的目的 縮小設(shè)備尺寸；縮小設(shè)備尺寸； 提高熱效率；提高熱效率； 保證設(shè)備安全。保證設(shè)備安全。 v 削弱傳熱的

40、目的削弱傳熱的目的 減少熱量損失減少熱量損失 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 一、增強(qiáng)傳熱的方法一、增強(qiáng)傳熱的方法 （1 1）加大傳熱溫差）加大傳熱溫差tt 是增加傳熱的驅(qū)動力，可是熱流量增加。采用是增加傳熱的驅(qū)動力，可是熱流量增加。采用 逆流方式布置換熱面。逆流方式布置換熱面。 （2 2）減小傳熱面總熱阻）減小傳熱面總熱阻Rt Rt 從減小導(dǎo)熱熱阻、對流熱阻和輻射熱阻著手從減小導(dǎo)熱熱阻、對流熱阻和輻射熱阻著手 減小最大熱阻效果最好減小最大熱阻效果最好 考慮問題全面：流動阻力、合理的流動速度、經(jīng)考慮問題全面：流動阻力、合理的流動速度、經(jīng) 濟(jì)性濟(jì)性 石油工程傳熱學(xué)石油工程

41、傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 （3）增大傳熱面積）增大傳熱面積 a a、延伸體、延伸體 b b、增加粗糙度、增加粗糙度 c c、改變表面結(jié)構(gòu)、改變表面結(jié)構(gòu) d d、表面涂層、表面涂層 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 二、保溫隔熱技術(shù)二、保溫隔熱技術(shù) v削弱傳熱的目的削弱傳熱的目的 減少熱損失減少熱損失 保證流體溫度，滿足工業(yè)要求保證流體溫度，滿足工業(yè)要求 保證設(shè)備的正常運(yùn)行保證設(shè)備的正常運(yùn)行 減少環(huán)境熱污染，保證可靠的工作環(huán)境減少環(huán)境熱污染，保證可靠的工作環(huán)境 保證工作人員的安全保證工作人員的安全 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 削弱傳熱的方

42、法削弱傳熱的方法 1 1、覆蓋熱絕緣材料。常用的材料日前有：巖、覆蓋熱絕緣材料。常用的材料日前有：巖 棉、泡沫塑料、微孔硅酸鋁、珍珠巖等。棉、泡沫塑料、微孔硅酸鋁、珍珠巖等。 2 2、改變表面狀況。即改變表面的輻射特性及、改變表面狀況。即改變表面的輻射特性及 附加抑制對流的元件。附加抑制對流的元件。 3 3、遮熱板、遮熱板 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 v絕熱技術(shù)（隔熱保溫技術(shù)）對于減少熱力設(shè)備的熱損絕熱技術(shù)（隔熱保溫技術(shù)）對于減少熱力設(shè)備的熱損 失、節(jié)約能源具有顯著經(jīng)濟(jì)效益。失、節(jié)約能源具有顯著經(jīng)濟(jì)效益。 v在新技術(shù)領(lǐng)域，絕熱技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)某些過程具有特別在新技術(shù)領(lǐng)域

43、，絕熱技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)某些過程具有特別 重大的意義。例如，各種高速飛行器（如航天飛機(jī)等）重大的意義。例如，各種高速飛行器（如航天飛機(jī)等） 在通過大氣層時(shí)會產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣動加熱，若無適當(dāng)?shù)脑谕ㄟ^大氣層時(shí)會產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣動加熱，若無適當(dāng)?shù)?絕熱措施，將導(dǎo)致飛行器燒毀。絕熱措施，將導(dǎo)致飛行器燒毀。 v隔熱保溫技術(shù)涉及到電力、冶金、化工、石油、低溫、隔熱保溫技術(shù)涉及到電力、冶金、化工、石油、低溫、 建筑及航空航天等許多工業(yè)部門的過程實(shí)施、節(jié)約能建筑及航空航天等許多工業(yè)部門的過程實(shí)施、節(jié)約能 源、提高經(jīng)濟(jì)效益等問題，目前已發(fā)展成為傳熱學(xué)應(yīng)源、提高經(jīng)濟(jì)效益等問題，目前已發(fā)展成為傳熱學(xué)應(yīng) 用技術(shù)中的一個(gè)重要分支。用技術(shù)中的一個(gè)重要分支。 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 附：注汽井井筒內(nèi)的傳熱計(jì)算 v井筒內(nèi)的傳熱特點(diǎn) v 非穩(wěn)態(tài)過程 v 由多個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成 石油工程傳熱學(xué)石油工程傳熱學(xué) 第6章傳熱過程分析和計(jì)算 石油工程傳熱學(xué)