流體輸送裝置1,2

1、第二章第二章 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 在化工生產(chǎn)中，為了滿足工藝要求，常需要將流體從一地方輸在化工生產(chǎn)中，為了滿足工藝要求，常需要將流體從一地方輸 送到另一個(gè)地方，或從低壓輸送到高壓。流體輸送機(jī)械就是對流體送到另一個(gè)地方，或從低壓輸送到高壓。流體輸送機(jī)械就是對流體 做功，以完成輸送任務(wù)的機(jī)械。本章主要介紹化工中常用的流體輸做功，以完成輸送任務(wù)的機(jī)械。本章主要介紹化工中常用的流體輸 送設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。送設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。 2.1流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 流體輸送機(jī)械的種類很多，主要有兩大類：離心泵和正位移泵。流體輸送機(jī)械的種類很多，主要有兩大類：離心泵和正位移泵。

2、 一、離心泵一、離心泵 離心泵的工作原理離心泵的工作原理 1. 啟動(dòng)前，前段機(jī)殼須灌滿被輸送的液體，啟動(dòng)前，前段機(jī)殼須灌滿被輸送的液體， 以防止氣縛。以防止氣縛。 2. 啟動(dòng)后，葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)液體旋轉(zhuǎn)。啟動(dòng)后，葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)液體旋轉(zhuǎn)。 3. 液體在離心力的作用下，沿葉片向邊緣液體在離心力的作用下，沿葉片向邊緣 拋出，獲得能量，液體以較高的靜壓能及拋出，獲得能量，液體以較高的靜壓能及 流速流入機(jī)殼流速流入機(jī)殼( 沿葉片方向，沿葉片方向，u , P靜靜 )。 由于渦流通道的截面逐漸增大，由于渦流通道的截面逐漸增大， P動(dòng)動(dòng) P 靜靜 。液體以較高的壓力排出泵體，流到所。液體以較高的壓力排出泵體

3、，流到所 需的場地。需的場地。 4. 由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一 定的真空度，泵外流體的壓力較高，在壓定的真空度，泵外流體的壓力較高，在壓 力差的作用下被吸入泵口，填補(bǔ)拋出液體力差的作用下被吸入泵口，填補(bǔ)拋出液體 的空間。的空間。 5. 葉片不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，液體不斷被吸入、排出，葉片不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，液體不斷被吸入、排出， 形成連續(xù)流動(dòng)。形成連續(xù)流動(dòng)。 2、離心泵的主要部件、離心泵的主要部件 A、泵殼（蝸殼）、泵殼（蝸殼） 采用漸開線形采用漸開線形(半徑通道逐漸擴(kuò)大半徑通道逐漸擴(kuò)大）的泵殼。有利于流體在葉輪和泵殼之間）的泵殼。有利于流體在葉輪和泵殼之間 的通道流動(dòng)時(shí)

4、將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。的通道流動(dòng)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。 B、葉輪、葉輪 葉輪是泵對流體做功的部件，也是泵內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的部件，葉輪的好壞直接葉輪是泵對流體做功的部件，也是泵內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的部件，葉輪的好壞直接 關(guān)系到泵的性能好壞。關(guān)系到泵的性能好壞。 葉輪一般有三種類型的：開式、半開式、封閉式葉輪。葉輪一般有三種類型的：開式、半開式、封閉式葉輪。 3.離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù) 離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率和效率。離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率和效率。 、流量、流量 Q ，/或或m3/ 泵的流量（又稱送液能力）是指單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。泵的流量（又稱送液能力）是指

5、單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。 、揚(yáng)程，米液柱、揚(yáng)程，米液柱 泵的揚(yáng)程（又稱泵的壓頭）是指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。泵的揚(yáng)程（又稱泵的壓頭）是指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。 離心泵壓頭的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情離心泵壓頭的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情 況等）、轉(zhuǎn)速及流量。況等）、轉(zhuǎn)速及流量。 fg uu g pp HhH vm 20 2 1 2 2 實(shí)驗(yàn)：泵壓頭的測定實(shí)驗(yàn)：泵壓頭的測定 如右圖所示，在泵的進(jìn)出口處分別安裝如右圖所示，在泵的進(jìn)出口處分別安裝 真空表和壓力表，在真空表與壓力表之真空表和壓力表，在真空表與壓力表之 間列柏努

6、得方程式，即間列柏努得方程式，即 式中：式中：pM 壓力表讀出壓力（表壓），壓力表讀出壓力（表壓），N/m2； pV真空表讀出的真空度，真空表讀出的真空度，N/m2； u1、u2吸入管、壓出管中液體的流速，吸入管、壓出管中液體的流速，m/s； Hf兩截面間的壓頭損失，兩截面間的壓頭損失，m。 兩截面之間管路很短，其壓頭損失兩截面之間管路很短，其壓頭損失Hf可忽略不計(jì)。可忽略不計(jì)。 例例- 某離心泵以某離心泵以20水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，測得水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，測得 體積流量為體積流量為720m 3/h，泵出口壓力表讀數(shù)為 ，泵出口壓力表讀數(shù)為 0.4MPa，吸入口真空表讀數(shù)為，吸入口真空表讀數(shù)為-0.02

7、8MPa ，壓，壓 力表和真空表間垂直距離為力表和真空表間垂直距離為410mm，吸入管和，吸入管和 壓出管內(nèi)徑分別為壓出管內(nèi)徑分別為350mm及及300mm。試求泵的。試求泵的 壓頭。壓頭。 4、功率、功率 泵的有效功率泵的有效功率Pe ：流體所獲得的功率。：流體所獲得的功率。 PeqvH g 式中式中Pe 泵的有效功率，泵的有效功率，W； qv 泵的流量，泵的流量，m3/s； H 泵的壓頭，泵的壓頭，m ； 液體的密度，液體的密度，kg/m3； g 重力加速度，重力加速度，m/s2。 5、軸功率、軸功率P 軸功率指泵軸所獲得的功率。軸功率指泵軸所獲得的功率。 由于有容積損失、水力損失與機(jī)械由

8、于有容積損失、水力損失與機(jī)械 損失，故泵的軸功率要大于液體實(shí)際得到的有效功率，即損失，故泵的軸功率要大于液體實(shí)際得到的有效功率，即 注意：注意：1. 泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能發(fā)生超負(fù)荷，所配電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)比泵泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能發(fā)生超負(fù)荷，所配電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)比泵 的軸功率大。的軸功率大。 2. 在機(jī)電產(chǎn)品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊說明以外，在機(jī)電產(chǎn)品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊說明以外， 均系指輸送清水時(shí)的數(shù)值。均系指輸送清水時(shí)的數(shù)值。 離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線 2 1 2 1 n n Q Q 2 )( 2 1 2 1 n n H H 3 )( 2 1 2 1 n n N N 二、離心泵

9、的轉(zhuǎn)數(shù)對特性曲線的影響二、離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)對特性曲線的影響 當(dāng)轉(zhuǎn)速由當(dāng)轉(zhuǎn)速由n1 改變?yōu)楦淖優(yōu)閚2 時(shí)，其流量、壓頭及功率的近似關(guān)系為：時(shí)，其流量、壓頭及功率的近似關(guān)系為： 此式稱為比例定律，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化小于此式稱為比例定律，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化小于20%時(shí)，可認(rèn)為效率不變，用時(shí)，可認(rèn)為效率不變，用 上式進(jìn)行計(jì)算誤差不大。上式進(jìn)行計(jì)算誤差不大。 四、物理性質(zhì)對特性曲線的影響四、物理性質(zhì)對特性曲線的影響 泵生產(chǎn)部門所提供的特性曲線是用清水作實(shí)驗(yàn)求得的。當(dāng)所輸送的液體性泵生產(chǎn)部門所提供的特性曲線是用清水作實(shí)驗(yàn)求得的。當(dāng)所輸送的液體性 質(zhì)與水相差較大時(shí)，要考慮粘度及密度對特性曲線的影響。質(zhì)與水相差較大時(shí)，要考慮粘度

10、及密度對特性曲線的影響。 1、粘度的影響：所輸送的液體粘度愈大，泵體內(nèi)能量損失愈多。結(jié)果泵、粘度的影響：所輸送的液體粘度愈大，泵體內(nèi)能量損失愈多。結(jié)果泵 的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則要增大，所以特性曲線改的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則要增大，所以特性曲線改 變。變。 2、密度的影響：離心泵的壓頭與密度無關(guān)。（定性分析）、密度的影響：離心泵的壓頭與密度無關(guān)。（定性分析） 泵的軸功率隨液體密度而改變。泵的軸功率隨液體密度而改變。 離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象 p1pa , p1 有有 一定真空度，真空度越高，吸力一定真空度，真空度越高，吸力 越大越

11、大, Hg 越大。越大。 當(dāng)當(dāng)p1 小于一小于一 定值后定值后(p1pv, pv 為環(huán)境溫度下液為環(huán)境溫度下液 體的飽和蒸汽壓體的飽和蒸汽壓)，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)，將發(fā)生氣蝕現(xiàn) 象。為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)限象。為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)限 制制p1不能太低，或不能太低，或Hg不能太大，不能太大， 即泵的安裝高度不能太高。即泵的安裝高度不能太高。 安裝高度安裝高度Hg 的計(jì)算方法一般有兩種：的計(jì)算方法一般有兩種： 允允 許吸上真空高度法；氣蝕余量法許吸上真空高度法；氣蝕余量法 。 g p g u g p v h 2 2 11 fg p g p g HhH v 0 汽蝕余量：汽蝕余量汽蝕余量：汽蝕余量h是指

12、離心泵入口處，液體的靜壓頭是指離心泵入口處，液體的靜壓頭p1/g 與動(dòng)與動(dòng) 壓頭壓頭 u12/2g之和超過液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭之和超過液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭pv/g的某一最的某一最 小指定值，即小指定值，即 式中式中 h 汽蝕余量，汽蝕余量，m； pv 操作溫度下液體飽和蒸汽壓，操作溫度下液體飽和蒸汽壓，N/m2。 如何利用氣蝕余量確定泵的安裝高度？如何利用氣蝕余量確定泵的安裝高度？ 將式（將式（2-9）與（）與（2-12）合并可導(dǎo)出汽蝕余量）合并可導(dǎo)出汽蝕余量 h與允許安裝高度與允許安裝高度Hg之間之間 關(guān)系為關(guān)系為 上式中上式中p0為液面上方的壓力，若為敞口液面則為液面上

13、方的壓力，若為敞口液面則p0=pa。 注：注：1. 泵性能表上的值也是按輸送泵性能表上的值也是按輸送20水而規(guī)定的。當(dāng)輸送其它液體時(shí)水而規(guī)定的。當(dāng)輸送其它液體時(shí) ，需進(jìn)行校正。具體校正方法可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。，需進(jìn)行校正。具體校正方法可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。 2. 只要已知允許吸上真空高只要已知允許吸上真空高Hs與汽蝕余量中的任一個(gè)參數(shù)，均可確定與汽蝕余量中的任一個(gè)參數(shù)，均可確定 泵的安裝高度。泵的安裝高度。 例例2-2 2-2 用型號為用型號為IS 65-50-125IS 65-50-125的離心泵將敞口水槽的離心泵將敞口水槽 中的水送出中的水送出, , 吸入管路的壓頭損失為吸入管路的壓頭損失為4m(H

14、2O),4m(H2O),當(dāng)?shù)丨h(huán)當(dāng)?shù)丨h(huán) 境大氣壓力的絕對壓力為境大氣壓力的絕對壓力為98kpa ,98kpa ,試求試求: (1) : (1) 水溫水溫 2020時(shí)泵的安裝高度時(shí)泵的安裝高度. (2) 水溫水溫80時(shí)泵的安裝時(shí)泵的安裝 高度高度. 解解: 查得泵的汽蝕余量查得泵的汽蝕余量h = 2m 泵的安裝高度為泵的安裝高度為: 故泵的安裝高度故泵的安裝高度Hg1.62m。 20時(shí)水的時(shí)水的 飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓Pv = 23.38kPa m Hh g pp H f v g 62. 1 42 81. 92 .998 10)38.2398( 3 0 允許 七、離心泵的類型與選用七、離心泵的類型與

15、選用 A、清水泵、清水泵 該類流體主要是針對輸送清水設(shè)計(jì)的，原型號用該類流體主要是針對輸送清水設(shè)計(jì)的，原型號用B表示，新的使用表示，新的使用SH表示。是一表示。是一 類使用廣泛的泵，既應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還使用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利、灌溉。類使用廣泛的泵，既應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還使用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利、灌溉。 B、耐腐蝕泵、耐腐蝕泵 原型號原型號F，新型號為，新型號為IH，是一類輸送腐蝕性液體的泵?？梢酝ㄟ^更換耐腐蝕元件，是一類輸送腐蝕性液體的泵。可以通過更換耐腐蝕元件， 達(dá)到適應(yīng)不同液體的目的。達(dá)到適應(yīng)不同液體的目的。 C、油泵、油泵 型號代碼為型號代碼為Y，是一類廣泛使用于輸送有機(jī)液體的泵。，是一類廣泛使

16、用于輸送有機(jī)液體的泵。 D、雜質(zhì)泵、雜質(zhì)泵 主要是輸送含有固體雜質(zhì)的混合液體的泵，型號代碼：主要是輸送含有固體雜質(zhì)的混合液體的泵，型號代碼：P 二、其他類型的泵簡介二、其他類型的泵簡介 （略）（略） 2.2 氣體輸送機(jī)械氣體輸送機(jī)械 氣體輸送機(jī)械的基本原理及其操作原理，與液體輸送機(jī)械類似，也可以分為離心氣體輸送機(jī)械的基本原理及其操作原理，與液體輸送機(jī)械類似，也可以分為離心 式、往復(fù)式等幾類。但由于氣體具有可壓縮性，在氣體在被壓送的同時(shí)，氣體的體積、式、往復(fù)式等幾類。但由于氣體具有可壓縮性，在氣體在被壓送的同時(shí)，氣體的體積、 壓強(qiáng)、溫度也隨之變化，這些導(dǎo)致氣體輸送機(jī)械在結(jié)構(gòu)、形狀有很大的不同。壓

17、強(qiáng)、溫度也隨之變化，這些導(dǎo)致氣體輸送機(jī)械在結(jié)構(gòu)、形狀有很大的不同。 例題：用泵把例題：用泵把2020的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為300 300 l l/ /minmin。高位槽液面比貯罐液面高。高位槽液面比貯罐液面高10m10m。泵吸入管用。泵吸入管用 89894mm4mm的的 無縫鋼管，直管長為無縫鋼管，直管長為15m15m，管上裝有一個(gè)底閥，管上裝有一個(gè)底閥( (可初略地按旋啟可初略地按旋啟 式止回閥全開時(shí)計(jì)算式止回閥全開時(shí)計(jì)算) )、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用 57573.5mm3.5mm的無縫鋼管，直管長度為的無縫鋼管，直管長

18、度為50m50m，管路上裝有一個(gè)全開，管路上裝有一個(gè)全開 的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設(shè)的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設(shè) 貯罐液面維持恒定。試選擇合適的泵。貯罐液面維持恒定。試選擇合適的泵。 11 22 10m 7m 7m f upup hgzWgz 2221 2 22 2 11 式中，式中，z1=0, z2=10m, p1=p2, u1 0, u2 0 W=9.8110+hf 局直fff hhh 解：解： 依題意，繪出流程示意圖。取截面和基準(zhǔn)面，依題意，繪出流程示意圖。取截面和基準(zhǔn)面， 如圖所示。如圖所示。在兩截面間列柏努利方程，則有在兩截面間列

19、柏努利方程，則有 2 2 u d l f h 直 進(jìn)口段：進(jìn)口段： 局直（進(jìn)口段） hhh f d=89-24=81mm, l=15m 5 105 . 6 88097. 0081. 0 1006. 1Re 4 du smu/97. 0 2 4 081. 0601000 300 0037. 0,3 . 0 81 3 . 0 d mm 查圖，查圖， 得得 =0.029 22 22 eu f u d l f hh 局局 或 進(jìn)口段的局部阻力：進(jìn)口段的局部阻力： 底閥：底閥：le=6.3m 彎頭：彎頭：le=2.73m 進(jìn)口阻力系數(shù)：進(jìn)口阻力系數(shù)： =0.5 kgJ h u d ll f e /28.

20、4 5.0029.0 )( 2 97.0 081.0 )7.23.6(15 2 2 2 （進(jìn)口段） 局直（出口段） hhh f 2 2 u d l f h 直22 22 eu f u d l f hh 局局 或 d=57-23.5=50mm, l=50m smu/55. 2 2 4 05. 0601000 300 5 105 . 6 88097. 005. 0 1073. 1Re 4 du 006. 0,3 . 0 50 3 . 0 d mm 查圖，查圖， 得得 =0.0313 出口段：出口段： 出口段的局部阻力：出口段的局部阻力： 全開閘閥：全開閘閥： le=0.33m 全開截止閥：全開截止

21、閥：le=17m 標(biāo)準(zhǔn)彎頭標(biāo)準(zhǔn)彎頭(3)：le=1.63=4.8m 出口阻力系數(shù)：出口阻力系數(shù)： =1.0 kgJ h u d ll f e /150 10313. 0 )( 2 55. 2 05. 0 13.2250 2 2 2 （進(jìn)口段） kgJhhh fff /3 .15415028. 4 出口進(jìn)口 總阻力：總阻力： kgJW/4 .2523 .1541 .98 軸功率：軸功率： 選泵選泵 Qe=30060/1000=18 m3/h He= (w/g)=(252.4/9.81)=25.72 m 從離心泵的產(chǎn)品目錄中選擇泵：從離心泵的產(chǎn)品目錄中選擇泵：2B31，其參數(shù)為：，其參數(shù)為： 流量

22、：流量： 25 m3/h； 揚(yáng)程：揚(yáng)程： 32m; 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速： 2900 r/min; 功率：功率： 3.71 kW; 效率：效率： 66%； 汽蝕余量：汽蝕余量： 2.5m )(194. 0 66. 0 2 .99872.253600/18 102 kWN HQ e N 泵泵 軸 例例2-32-3：若某輸水管路系統(tǒng)要求流量為：若某輸水管路系統(tǒng)要求流量為50m50m3 3/h/h，壓頭為，壓頭為 18m18m，試選擇一臺(tái)適宜的離心泵，再求該泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)，試選擇一臺(tái)適宜的離心泵，再求該泵實(shí)際運(yùn)行時(shí) 所需軸功率及因用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的軸功率。所需軸功率及因用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的軸功率。 解

23、解:(1):(1)選泵的型號選泵的型號 由于輸送清水，選由于輸送清水，選ISIS型水泵，按型水泵，按Q Qe e=50m=50m3 3/h/h，H He e=18m=18m的要求的要求 查查ISIS型水泵系列特性曲線圖，可選型水泵系列特性曲線圖，可選IS80-65-125IS80-65-125型水泵，轉(zhuǎn)速型水泵，轉(zhuǎn)速 為為2900r/min2900r/min。查附錄得該泵的性能如下：。查附錄得該泵的性能如下： Q=50mQ=50m3 3/h/h，H=20mH=20m，N=3.63kWN=3.63kW， (NPSH)(NPSH)r r=3.0m=3.0m，=75%=75%， (2)(2)該泵實(shí)際

24、運(yùn)行時(shí)所需的軸功率該泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的軸功率 即泵工作點(diǎn)所對應(yīng)的軸功率，即當(dāng)即泵工作點(diǎn)所對應(yīng)的軸功率，即當(dāng)Q=50mQ=50m3 3/h/h，軸，軸 功率為功率為N=3.63kWN=3.63kW。 (3)(3)用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的功率用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的功率 查得查得 Q=50mQ=50m3 3/h/h時(shí)，時(shí)，H=20mH=20m，=75%=75% 。而管路要求。而管路要求 為為Q Qe e=50m=50m3 3/h/h，H He e=18m=18m。為達(dá)到要求的輸水量，應(yīng)改變。為達(dá)到要求的輸水量，應(yīng)改變 管路系統(tǒng)所需壓頭也為管路系統(tǒng)所需壓頭也為20m20m。 由于閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗

25、的壓頭為由于閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的壓頭為 mH21820 多消耗的軸功率為多消耗的軸功率為 kW HQ N363. 0 75. 03600102 1000502 102 計(jì)算允許安裝高度計(jì)算允許安裝高度 安裝高度：安裝高度： 81. 9 28. 4 81. 92 97. 0 12 2 2 s fg u sg H HHH 判斷泵安裝高度是否合理。判斷泵安裝高度是否合理。 1000 24. 0 1081. 9 )10( 3 v ass p HHH 校正允許吸上真空度：校正允許吸上真空度： 一般根據(jù)氣體壓強(qiáng)的變化將氣體輸送機(jī)械分為以下幾類：一般根據(jù)氣體壓強(qiáng)的變化將氣體輸送機(jī)械分為以下幾類： 1、通風(fēng)

26、機(jī)：出口壓強(qiáng)在、通風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在15Kpa以下（表壓，下同）壓縮比以下（表壓，下同）壓縮比11.5。 2、鼓風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在、鼓風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在15300Kpa，壓縮比小于，壓縮比小于4。 3、壓縮機(jī)：出口壓強(qiáng)在、壓縮機(jī)：出口壓強(qiáng)在300Kpa以上，壓縮比在以上，壓縮比在4以上。以上。 4、真空泵：出口壓強(qiáng)在當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海肟趬簭?qiáng)小于大氣壓。、真空泵：出口壓強(qiáng)在當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，但入口壓?qiáng)小于大氣壓。 一、離心通風(fēng)機(jī)一、離心通風(fēng)機(jī) 1、工作原理、工作原理 與離心泵相同（略）與離心泵相同（略） 2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 同樣具有：機(jī)殼、葉輪、吸入口和排出口組成。同樣具有：機(jī)殼、葉輪、吸入口和排出口組成。

27、3、特性參數(shù)、特性參數(shù) A、風(fēng)量：是指出口處排出的風(fēng)的體積（以進(jìn)口處的狀態(tài)計(jì)、風(fēng)量：是指出口處排出的風(fēng)的體積（以進(jìn)口處的狀態(tài)計(jì) 算）。算）。 B、風(fēng)壓：是指單位體積的氣體流過風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的能量，由于、風(fēng)壓：是指單位體積的氣體流過風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的能量，由于 單位與壓強(qiáng)單位一直，故稱為風(fēng)壓。單位與壓強(qiáng)單位一直，故稱為風(fēng)壓。 D、軸功率：傳動(dòng)軸所需要的功率。、軸功率：傳動(dòng)軸所需要的功率。 E、效率：傳動(dòng)軸的功率不是完全用來對氣體做功，氣體獲得、效率：傳動(dòng)軸的功率不是完全用來對氣體做功，氣體獲得 的功與軸功率之比。的功與軸功率之比。 二、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)二、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī) 離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操

28、作原理與離心通風(fēng)機(jī)相似。有離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作原理與離心通風(fēng)機(jī)相似。有 單級和多級之分。多級鼓風(fēng)機(jī)其實(shí)就是下一級以上一級的出口為入單級和多級之分。多級鼓風(fēng)機(jī)其實(shí)就是下一級以上一級的出口為入 口，進(jìn)行進(jìn)一步加壓?？冢M(jìn)行進(jìn)一步加壓。 三、往復(fù)壓縮機(jī)和真空泵三、往復(fù)壓縮機(jī)和真空泵 1、往復(fù)壓縮機(jī)、往復(fù)壓縮機(jī) 結(jié)構(gòu)如圖：結(jié)構(gòu)如圖： 由于氣體是可以被壓縮的，故行程與由于氣體是可以被壓縮的，故行程與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線，壓強(qiáng)的關(guān)系曲線， 與往復(fù)泵的曲線有點(diǎn)不同。與往復(fù)泵的曲線有點(diǎn)不同。 特點(diǎn)：具有很高的壓縮比，輸出壓強(qiáng)可以達(dá)到很高的值。特點(diǎn)：具有很高的壓縮比，輸出壓強(qiáng)可以達(dá)到很高的值。 第四章第四章

29、 傳熱傳熱 4.1概述概述 一、傳熱的目的及應(yīng)用一、傳熱的目的及應(yīng)用 1、傳熱的概念、傳熱的概念 無論是固體、液體、氣體，凡是存在溫度差，就必然導(dǎo)致熱自發(fā)的無論是固體、液體、氣體，凡是存在溫度差，就必然導(dǎo)致熱自發(fā)的 從高溫處向低溫處傳遞，這一過程就是熱量傳遞過程，簡稱傳熱。從高溫處向低溫處傳遞，這一過程就是熱量傳遞過程，簡稱傳熱。 2、傳熱的目的、傳熱的目的 傳熱過程廣泛的存在于化工生產(chǎn)過程，且在其中具有極其重要的地傳熱過程廣泛的存在于化工生產(chǎn)過程，且在其中具有極其重要的地 位和作用。位和作用。 A、物料的加熱與冷卻、物料的加熱與冷卻; B、熱量與冷量的回收利用、熱量與冷量的回收利用 C 、設(shè)

30、備與管路的保溫、設(shè)備與管路的保溫 二、熱量傳遞的基本方式二、熱量傳遞的基本方式 1、熱傳導(dǎo)、熱傳導(dǎo) 熱傳導(dǎo)簡稱導(dǎo)熱，它是物質(zhì)各部分之間不發(fā)生宏觀的相對位移熱傳導(dǎo)簡稱導(dǎo)熱，它是物質(zhì)各部分之間不發(fā)生宏觀的相對位移 的情況下，物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的傳遞。的情況下，物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的傳遞。 2、對流傳熱、對流傳熱 由于流體的流動(dòng)，將熱量由一個(gè)地方帶到另一個(gè)地方。由于流體的流動(dòng)，將熱量由一個(gè)地方帶到另一個(gè)地方。 A、自然對流：流體溫度發(fā)生變化時(shí)，密度也相應(yīng)發(fā)生變化，、自然對流：流體溫度發(fā)生變化時(shí)，密度也相應(yīng)發(fā)生變化， 密度小的流體向上流動(dòng)，密度大的向下流動(dòng)。密度小的流體向上流動(dòng)，密度大的向下流動(dòng)。 B、強(qiáng)制對流

31、：由于外力的作用使流體發(fā)生流動(dòng)的對流傳熱。、強(qiáng)制對流：由于外力的作用使流體發(fā)生流動(dòng)的對流傳熱。 3、輻射傳熱、輻射傳熱 凡是溫度高于絕對凡是溫度高于絕對0度的物質(zhì)，都有向外發(fā)射電磁波的能力，度的物質(zhì)，都有向外發(fā)射電磁波的能力， 波所具有的能量為輻射能。熱量以輻射能的形式向外傳遞的傳熱方波所具有的能量為輻射能。熱量以輻射能的形式向外傳遞的傳熱方 式稱為輻射傳熱。式稱為輻射傳熱。 三、三、兩流體通過間壁換熱與傳熱速率方程式兩流體通過間壁換熱與傳熱速率方程式 1、間壁式換熱、間壁式換熱 冷、熱流體之間隔著一個(gè)固體的間壁，在換熱的過程中相互不冷、熱流體之間隔著一個(gè)固體的間壁，在換熱的過程中相互不 接觸

32、。接觸。 如圖：為單管程列管式換熱器如圖：為單管程列管式換熱器 2、混合式換熱器、混合式換熱器 冷、熱流體直接接觸完成熱量的傳遞；冷、熱流體直接接觸完成熱量的傳遞； 如圖：為機(jī)械通風(fēng)式?jīng)鏊鐖D：為機(jī)械通風(fēng)式?jīng)鏊?該類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、該類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、 效率高的特點(diǎn)；但是也具有顯效率高的特點(diǎn)；但是也具有顯 著的缺點(diǎn)：適用范圍很狹窄。著的缺點(diǎn)：適用范圍很狹窄。 3、蓄熱式換熱器、蓄熱式換熱器 冷、熱流體周期性的通過換熱器，輪流對蓄熱體冷、熱流體周期性的通過換熱器，輪流對蓄熱體 進(jìn)行加熱、冷卻，從而完成換熱。進(jìn)行加熱、冷卻，從而完成換熱。 如圖：為蓄熱式換熱器。如圖：為蓄熱式換熱器。

33、4.2熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 一、熱傳導(dǎo)的基本概念一、熱傳導(dǎo)的基本概念 1、溫度場、溫度場 某一瞬間物體內(nèi)溫度的分布稱為溫度場。一般情況下溫度場是某一瞬間物體內(nèi)溫度的分布稱為溫度場。一般情況下溫度場是 空間和時(shí)間的函數(shù)：空間和時(shí)間的函數(shù)： 若溫度隨時(shí)間變化，則為非定態(tài)傳熱。若溫度隨時(shí)間變化，則為非定態(tài)傳熱。 2、等溫面和溫度梯度、等溫面和溫度梯度 A、等溫面、等溫面 溫度場內(nèi)溫度相等各點(diǎn)組成的曲面，稱為等溫面?？赡苁瞧矫鏈囟葓鰞?nèi)溫度相等各點(diǎn)組成的曲面，稱為等溫面。可能是平面 也可能是曲面。也可能是曲面。 B、溫度梯度、溫度梯度 等溫面的各點(diǎn)溫度都是相等的，因此在等溫面上沒有熱量傳遞等溫面的各點(diǎn)溫度都是相

34、等的，因此在等溫面上沒有熱量傳遞 的，熱量傳遞只發(fā)生在溫度不同的等溫面之間。的，熱量傳遞只發(fā)生在溫度不同的等溫面之間。 ).,.,(zyxft (二). 傳熱速率與熱流密度 (三). 穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱 (四).兩流體通過間壁的傳熱過程 (五).傳熱速率方程式 2、傅立葉定律、傅立葉定律 傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱 量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即：量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即： x t dAdQ （式中的負(fù)號指熱流方向和溫度梯度方向相反。）式中的負(fù)號指熱流方向和溫度梯度方向

35、相反。） 式中式中 Q單位時(shí)間傳導(dǎo)的熱量，簡稱傳熱速率，單位時(shí)間傳導(dǎo)的熱量，簡稱傳熱速率，w A導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)(thermal conductivity)，w/m.k。 導(dǎo)熱系數(shù)表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，導(dǎo)熱系數(shù)表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一， 其值與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強(qiáng)有關(guān)。其值與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強(qiáng)有關(guān)。 n t n t gradt n lim 0 3、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù) 上述各式中的上述各式中的作為比例系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)。作為比例系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)。的大小

36、表示物質(zhì)的大小表示物質(zhì) 導(dǎo)熱能力的大小。導(dǎo)熱能力的大小。 它的物理意義可以表述為：單位溫度梯度下的熱通量。數(shù)學(xué)它的物理意義可以表述為：單位溫度梯度下的熱通量。數(shù)學(xué) 式可以表示為：式可以表示為： )/()/(dxdt q dxdtS Q 二、平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)二、平壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 1、單層平壁熱傳導(dǎo)、單層平壁熱傳導(dǎo) 如圖：所示單層平壁，建立坐如圖：所示單層平壁，建立坐 標(biāo)系，并在其中取厚度為標(biāo)系，并在其中取厚度為dx的微元。的微元。 傳熱速率有：傳熱速率有： 由于由于x=0時(shí)，時(shí)，t=tw1；x=時(shí)，時(shí)， t=tw2； ；對上式進(jìn)行積分有： 對上式進(jìn)行積分有： 式中：式中： （熱阻）（熱阻） dx d

37、t AQ A b R R t A b tt ttA b Q 21 21 )( 2、多層平壁熱傳導(dǎo)、多層平壁熱傳導(dǎo) 如圖：所示為三層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)示意圖。如圖：所示為三層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)示意圖。 因?yàn)槭嵌☉B(tài)熱傳導(dǎo)，因此有：因?yàn)槭嵌☉B(tài)熱傳導(dǎo)，因此有： 而：而： （1） （2） （3） 將上述三式相加，且將上述三式相加，且 ，有：，有： =t 或者寫成：或者寫成： 321 QQQQ 總 S Qtt S tt Q 1 1 121 1 1 21 1 S Qtt S tt Q 2 2 232 2 2 32 2 S Qtt S tt Q 3 3 343 3 3 43 3 321 QQQQ 總 )( 3 3 2

38、 2 1 1 41 SSS Qtt 321 3 3 2 2 1 1 RRR t SSS t Q 例：某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為例：某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為 12cm，中間夾層厚，中間夾層厚10cm，填以絕緣材，填以絕緣材 料。磚墻的熱導(dǎo)率為料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/mk，絕緣，絕緣 材料的熱導(dǎo)率為材料的熱導(dǎo)率為0.04w/mk，墻外表面，墻外表面 溫度為溫度為10 ，內(nèi)表面為，內(nèi)表面為-5 ，試計(jì)算，試計(jì)算 進(jìn)入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻進(jìn)入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻 的兩接觸面上的溫度。的兩接觸面上的溫度。 三、圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)三、圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 1、單層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)

39、、單層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 如圖：在內(nèi)直徑和外直徑之間，如圖：在內(nèi)直徑和外直徑之間， 取半徑為取半徑為r的微層，厚度為的微層，厚度為dr，溫差為，溫差為dt， 則有：則有： 對上式進(jìn)行積分有：對上式進(jìn)行積分有： 令：令： 有：式中：有：式中： （熱阻）（熱阻） (2) d td t QSrl d rd r 122112 22 21 22 2()2()() ln() ln wwww lttlrrtt Q rr rr rr 21 rr 21 2 1 ln m rr r r r 121212 ()()() mwwwwww m Stttttt Q R S m R S 2、多層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)、多層圓筒壁定

40、態(tài)熱傳導(dǎo) 如圖：定態(tài)傳熱時(shí)：如圖：定態(tài)傳熱時(shí)： 將將相加，有：相加，有： 123 QQQQ 總 121 1121 1 11 11 ww ww m m tt QttQ S S 232 2232 2 22 22 ww ww m m tt QttQ S S 343 3343 3 33 33 ww ww m m tt QttQ S S 1414 312 123 1 12233 wwww mmm tttt Q RRR SSS 例例 在一在一603.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材的鋼管外層包有兩層絕熱材 料，里層為料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù)的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù) =0.07W/m，外層為

41、，外層為20mm的石棉層，其平均的石棉層，其平均 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)=0.15W/m?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁 溫度為溫度為500，最外層表面溫度為，最外層表面溫度為80，管壁的導(dǎo)，管壁的導(dǎo) 熱系數(shù)熱系數(shù)=45W/m。試求每米管長的熱損失及兩。試求每米管長的熱損失及兩 層保溫層界面的溫度。層保溫層界面的溫度。 4.3對流傳熱對流傳熱 一、牛頓冷卻定律一、牛頓冷卻定律 1、對流傳熱過程、對流傳熱過程 如圖：為間壁對流傳熱如圖：為間壁對流傳熱 熱流體將熱量傳遞給間壁，熱量在熱流體將熱量傳遞給間壁，熱量在 間壁內(nèi)做熱傳導(dǎo)，再傳遞給冷流體。間壁內(nèi)做熱傳導(dǎo)，再傳遞給冷流體。 冷、熱流體與

42、間壁接觸處，均存冷、熱流體與間壁接觸處，均存 在層流內(nèi)層，層流內(nèi)層的存在是在層流內(nèi)層，層流內(nèi)層的存在是 對流傳熱的熱阻主要集中處。對流傳熱的熱阻主要集中處。 2、牛頓冷卻定律、牛頓冷卻定律 流體被壁面加熱時(shí)：流體被壁面加熱時(shí)： 流體被壁面冷卻時(shí)：流體被壁面冷卻時(shí)： () w dQtt dS () w dQTT dS 對于整個(gè)對流傳熱過程來說，由于流體溫度是變化的，因此對于整個(gè)對流傳熱過程來說，由于流體溫度是變化的，因此值也是在變化值也是在變化 的，引入平均對流給熱系數(shù)的概念后有：的，引入平均對流給熱系數(shù)的概念后有： 二、影響對流給熱系數(shù)的因素二、影響對流給熱系數(shù)的因素 1、流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因、

43、流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因 流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因有：自然對流和強(qiáng)制對流。強(qiáng)制對流的給熱系數(shù)要比流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因有：自然對流和強(qiáng)制對流。強(qiáng)制對流的給熱系數(shù)要比 自然對流的給熱系數(shù)大。自然對流的給熱系數(shù)大。 2、流動(dòng)型態(tài)及流速的影響、流動(dòng)型態(tài)及流速的影響 由于流動(dòng)型態(tài)的不同，影響層流內(nèi)層的厚度，由于流動(dòng)型態(tài)的不同，影響層流內(nèi)層的厚度，Re數(shù)大則，層流內(nèi)層薄，對數(shù)大則，層流內(nèi)層薄，對 流給熱系數(shù)就大。流給熱系數(shù)就大。 3、流體物理性質(zhì)的影響、流體物理性質(zhì)的影響 影響流體對流給熱系數(shù)的物理性質(zhì)有：粘度、比熱、體積膨脹系數(shù)等。影響流體對流給熱系數(shù)的物理性質(zhì)有：粘度、比熱、體積膨脹系數(shù)等。 4、流體溫度的影響、流

44、體溫度的影響 5、流體相變、流體相變 6、換熱面的幾何形狀、換熱面的幾何形狀 QS t 1 tt Q R S 總傳熱速率方程總傳熱速率方程 （一）總傳熱速率微分方程（一）總傳熱速率微分方程 通過換熱器中任一微元面積通過換熱器中任一微元面積dS的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方 程（仿對流傳熱速率方程）為程（仿對流傳熱速率方程）為 式中式中 K局部總傳熱系數(shù)，局部總傳熱系數(shù)， w/（m2 ） T換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度，換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度， t換熱器的任一截面上冷流體的平均溫度，換熱器的任一截面上冷流體的平均溫度， 總傳熱系數(shù)必須和所選擇的傳熱面積相對

45、應(yīng)，選擇的傳總傳熱系數(shù)必須和所選擇的傳熱面積相對應(yīng)，選擇的傳 熱面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同。熱面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同。 第四節(jié)第四節(jié) 兩流體間傳熱過程的計(jì)算兩流體間傳熱過程的計(jì)算 m tKAQ 對間壁式換熱器作能量恒算，在忽略熱損失的情況下有對間壁式換熱器作能量恒算，在忽略熱損失的情況下有 1. 若換熱器中兩流體若換熱器中兩流體無相變無相變時(shí)，且認(rèn)為流體的比熱不隨溫度而變，則有時(shí)，且認(rèn)為流體的比熱不隨溫度而變，則有 2. 若換熱器中的熱流體有相變，如飽和蒸汽冷凝時(shí)，則有若換熱器中的熱流體有相變，如飽和蒸汽冷凝時(shí)，則有 式中式中 r飽和蒸汽的冷凝潛熱，飽和蒸汽的冷凝潛熱，kJ/k

46、g 注：上式應(yīng)用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。注：上式應(yīng)用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。 3. 當(dāng)冷凝液的溫度低于飽和溫度時(shí)，則有當(dāng)冷凝液的溫度低于飽和溫度時(shí)，則有 式中式中 cp冷凝液的比熱，冷凝液的比熱， kJ/（kg ） Ts冷凝液的飽和溫度，冷凝液的飽和溫度， )h(hq)H(HqQ 21m221m1 )t(tCq)T(TCqQ 12p2m221p1m1 式中式中 cp流體的平均比熱，流體的平均比熱，kJ/（kg ） t冷流體的溫度，冷流體的溫度， T熱流體的溫度，熱流體的溫度， )t(tCqqQ 12p2m2m1 r )t(tCqT(TcrqQ 12p2m22sp1m1

47、二、傳熱平均溫度差的計(jì)算二、傳熱平均溫度差的計(jì)算 按照參與熱交換的兩種流體在沿著換熱器壁面流動(dòng)時(shí)各點(diǎn)溫度變按照參與熱交換的兩種流體在沿著換熱器壁面流動(dòng)時(shí)各點(diǎn)溫度變 化的情況，可將傳熱分為恒溫傳熱與變溫傳熱兩類。化的情況，可將傳熱分為恒溫傳熱與變溫傳熱兩類。 （一）、恒溫傳熱（一）、恒溫傳熱 兩種流體進(jìn)行熱交換時(shí)，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時(shí)間兩兩種流體進(jìn)行熱交換時(shí)，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時(shí)間兩 種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱為穩(wěn)定的恒溫傳熱。如蒸發(fā)器中，種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱為穩(wěn)定的恒溫傳熱。如蒸發(fā)器中， 飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱。飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱。 t

48、=T-t 式中式中 T熱流體的溫度熱流體的溫度； t冷流體的溫度冷流體的溫度。 （二）變溫傳熱（二）變溫傳熱 在傳熱過程中，間壁一側(cè)或兩側(cè)的流體沿著傳熱壁面，在不同位置時(shí)在傳熱過程中，間壁一側(cè)或兩側(cè)的流體沿著傳熱壁面，在不同位置時(shí) 溫度不同，但各點(diǎn)的溫度皆不隨時(shí)間而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過程。溫度不同，但各點(diǎn)的溫度皆不隨時(shí)間而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過程。 該過程又可分為下列兩種情況：該過程又可分為下列兩種情況： 1）間壁一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫，如用蒸汽加熱另一流體以及用）間壁一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫，如用蒸汽加熱另一流體以及用 熱流體來加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的液體熱流體來加熱

49、另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的液體 。 2）間壁兩側(cè)流體皆發(fā)生溫度變化，這時(shí)參與換熱的兩種流體沿著傳熱）間壁兩側(cè)流體皆發(fā)生溫度變化，這時(shí)參與換熱的兩種流體沿著傳熱 兩側(cè)流動(dòng)，其流動(dòng)方式不同，平均溫度差亦不同。即平均溫度差與兩種兩側(cè)流動(dòng)，其流動(dòng)方式不同，平均溫度差亦不同。即平均溫度差與兩種 流體的流向有關(guān)。生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動(dòng)方向大致可分為下列四種情流體的流向有關(guān)。生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動(dòng)方向大致可分為下列四種情 況。況。 生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動(dòng)方向大致可分為下列四種情況：生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動(dòng)方向大致可分為下列四種情況： 并流并流 ：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相同的方向流動(dòng)。：參與換

50、熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相同的方向流動(dòng)。 逆流逆流 ：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相對的方向流動(dòng)。：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相對的方向流動(dòng)。 錯(cuò)流錯(cuò)流 ：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)彼此呈垂直方向流動(dòng)。：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)彼此呈垂直方向流動(dòng)。 折流折流 簡單折流：一側(cè)流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一側(cè)的流體作折簡單折流：一側(cè)流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一側(cè)的流體作折 流，流， 使兩側(cè)流體間有并流與逆流的交替存在。使兩側(cè)流體間有并流與逆流的交替存在。 復(fù)雜折流：參與熱交換的雙方流體均作折流。復(fù)雜折流：參與熱交換的雙方流體均作折流。 常量 phmh cq

51、 dT dQ 常量 pcmc cq dt dQ m tKA t t tt KAQ 1 2 12 ln 1 2 12 ln t t tt t m 1、逆流和并流時(shí)的平均溫度差、逆流和并流時(shí)的平均溫度差 以逆流為例：熱量衡算微分方程為以逆流為例：熱量衡算微分方程為 dQ= -qmh cphdT= qmc cpcdt 根據(jù)假定，則有根據(jù)假定，則有 QT和和Qt為直線關(guān)系，即為直線關(guān)系，即 T=mQ+k t=mQ+k t=T- t=(m-m)Q+(k-k) 從上式可以看出：從上式可以看出： tQ關(guān)系呈直線，關(guān)系呈直線， 其斜率為其斜率為 將總傳熱速率微分方程代入上式，則有將總傳熱速率微分方程代入上式，

52、則有 由于由于K為常量，積分上式有為常量，積分上式有 式中式中tm稱為對數(shù)平均半徑。當(dāng)稱為對數(shù)平均半徑。當(dāng)t2/ t1 2時(shí)，可用（時(shí)，可用（t2+ t1）/2代替對數(shù)平均代替對數(shù)平均 溫度差。溫度差。 Q tt dQ td 21 例例 現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外 流動(dòng)，進(jìn)口溫度為流動(dòng)，進(jìn)口溫度為100,出口溫度為出口溫度為160；某；某 反應(yīng)物在管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為反應(yīng)物在管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為250，出口溫，出口溫 度為度為180。試分別計(jì)算并流與逆流時(shí)的平均溫。試分別計(jì)算并流與逆流時(shí)的平均溫 度差。度差。 2 2 11 2 2 1 1 m

53、d bd d d K 2 2 11 2 2 11 m d bd d d k （二）總傳熱系數(shù)（二）總傳熱系數(shù) 1、總傳熱系數(shù)的計(jì)算式：、總傳熱系數(shù)的計(jì)算式： 對于管式換熱器，假定管內(nèi)作為加熱側(cè)，管外為冷卻側(cè)，則通過任一對于管式換熱器，假定管內(nèi)作為加熱側(cè)，管外為冷卻側(cè)，則通過任一 微元面積微元面積dA的傳熱由三步過程構(gòu)成。的傳熱由三步過程構(gòu)成。 由熱流體傳給管壁由熱流體傳給管壁 dQ=1(T-Tw)dA1 通過管壁的熱傳導(dǎo)通過管壁的熱傳導(dǎo) dQ=(/b)(Tw-tw)dAm 由管壁傳給冷流體由管壁傳給冷流體 dQ=2(tw-t)dA2 由于由于dQ及（及（T-t）兩者與選擇的基準(zhǔn)面積無關(guān)，則）兩

54、者與選擇的基準(zhǔn)面積無關(guān)，則 根據(jù)總傳熱速率微分方程，總傳熱系數(shù)（以外表面根據(jù)總傳熱速率微分方程，總傳熱系數(shù)（以外表面 為基準(zhǔn)）為為基準(zhǔn)）為 2211 11 dAdA b dA tT dQ m 2、錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差、錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差 方法：先按純逆流的情況求得其對數(shù)平均溫度差方法：先按純逆流的情況求得其對數(shù)平均溫度差tm逆，然逆，然 后再乘以校正系數(shù)后再乘以校正系數(shù)t,即即 根據(jù)冷、熱流體進(jìn)、出口的溫度，依上式求出根據(jù)冷、熱流體進(jìn)、出口的溫度，依上式求出R和和P值后，校正值后，校正 系數(shù)系數(shù)t值可根據(jù)值可根據(jù)R和和P兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。兩參數(shù)從相應(yīng)的圖中查得。 例例 在一由在

55、一由252.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中， 管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口500,出口出口400。管外。管外 為為p=981kN/m2壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫 氣體對流傳熱系數(shù)氣體對流傳熱系數(shù)a1=250W/ m2，水沸騰的對，水沸騰的對 流傳熱系數(shù)流傳熱系數(shù)a2=10000 W/ m2。忽略管壁、污。忽略管壁、污 垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度Tw及管外壁平均及管外壁平均tw。 三、提高總傳熱系數(shù)的途徑三、提高總傳熱系數(shù)的途徑 傳熱過程的總熱阻是由各串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱阻疊加而成，傳熱過程的總熱阻是由各串聯(lián)環(huán)

56、節(jié)的熱阻疊加而成，減小任何環(huán)節(jié)的熱阻減小任何環(huán)節(jié)的熱阻 都可提高傳熱系數(shù)。都可提高傳熱系數(shù)。 當(dāng)各環(huán)節(jié)的熱阻相差較大時(shí)，總熱阻的數(shù)值將主要由其中的當(dāng)各環(huán)節(jié)的熱阻相差較大時(shí)，總熱阻的數(shù)值將主要由其中的最大熱阻所決最大熱阻所決 定定。此時(shí)強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵在于提高該環(huán)節(jié)的傳熱系數(shù)。此時(shí)強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵在于提高該環(huán)節(jié)的傳熱系數(shù)。 若若12，欲要提高，欲要提高K值，關(guān)鍵在于值，關(guān)鍵在于提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的2。 若污垢熱阻為控制因素，則必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時(shí)清除污垢。若污垢熱阻為控制因素，則必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時(shí)清除污垢。 21 11 so m o i o si

57、 i o o R d bd d d R d d K 五、傳熱的強(qiáng)化五、傳熱的強(qiáng)化 例題：在例題：在1米管長的冷卻器中用米管長的冷卻器中用12 冷水將油品從冷水將油品從147 冷冷 卻到卻到97 ，冷水被加熱到，冷水被加熱到37 ，兩流體并流流動(dòng)。求：欲使，兩流體并流流動(dòng)。求：欲使 油品出口溫度降至油品出口溫度降至77 ，管子需增加多少米？（上述各工況油、，管子需增加多少米？（上述各工況油、 水的流量、入口溫度及所有物性常數(shù)均不變，忽略熱損失。）水的流量、入口溫度及所有物性常數(shù)均不變，忽略熱損失。） 總傳熱速率方程的應(yīng)用總傳熱速率方程的應(yīng)用 解：換熱器中兩流體無相變化，則有解：換熱器中兩流體無相

58、變化，則有 Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1) Q=Whcph(147-97)=Wccpc(37-12)（a） Q=Whcph(147-77)=Wccpc( t2 -12) （b） 聯(lián)立式a和b，解得： t2=47 改變條件后，設(shè)冷水被加熱到改變條件后，設(shè)冷水被加熱到t2 T1=147 T2=97 t2=37t1=12 5 .92 3797 12147 ln )3797()12147( 1 m t T1=147 T2=77 t2=47t1=12 8 .69 4777 12147 ln )4777()12147( m t m m m m m m phh phh tL tL t

59、rLK trLK tKS tKS TTCW TTCW Q Q 2 11 2 11 2 11 21 21 2 1 )2( )2( )( )( 代入數(shù)據(jù)得代入數(shù)據(jù)得 8 .69 5 .92 77147 97147 2 1 L L 86. 1 1 2 L L 例題：在例題：在1m長的套管換熱器中用熱水將管內(nèi)的果長的套管換熱器中用熱水將管內(nèi)的果 汁從汁從t1=10 加熱至加熱至t2=50 ，熱水從進(jìn)口溫度，熱水從進(jìn)口溫度T1=98 降至降至T2=68 ，兩流體并流流動(dòng)，求（，兩流體并流流動(dòng)，求（1）欲將果汁）欲將果汁 加熱至加熱至 t2=60 ，管長需增加多少米？，管長需增加多少米？ （2）若改用）若

60、改用 逆流操作后管長增加多少米？（上述各工況下熱水、逆流操作后管長增加多少米？（上述各工況下熱水、 果汁的流量，入口溫度，所有的物性參數(shù)均不變且忽果汁的流量，入口溫度，所有的物性參數(shù)均不變且忽 略熱損失）略熱損失） 解：換熱器中兩流體無相變化，則有解：換熱器中兩流體無相變化，則有 Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1) Q=Whcph(98-68)=Wccpc(50-10) （a） 當(dāng)果汁加熱至當(dāng)果汁加熱至 t2=60 時(shí)，設(shè)水的出口溫度為時(shí)，設(shè)水的出口溫度為T2，根，根 據(jù)題意有據(jù)題意有 Q=Whcph(98-T2)=Wccpc(60-10)（b） 聯(lián)立式a和b，解得： T2