化學(xué)工程傳熱學(xué)課件任務(wù)三

1、任務(wù)三任務(wù)三 列管換熱器的初步選型列管換熱器的初步選型任務(wù)任務(wù)3-1 載熱體輸送管道的保溫載熱體輸送管道的保溫任務(wù)任務(wù)3-2 了解列管換熱器的選擇設(shè)計步驟了解列管換熱器的選擇設(shè)計步驟任務(wù)任務(wù)3-3 列管換熱器型號的初選列管換熱器型號的初選布置任務(wù)布置任務(wù)案例：案例：某工廠需要將某工廠需要將50m3/h液體苯從液體苯從80冷卻到冷卻到35，擬用，擬用冷卻水冷卻，當(dāng)?shù)囟舅疁貫槔鋮s水冷卻，當(dāng)?shù)囟舅疁貫?，夏季水溫為，夏季水溫為30。要求通。要求通過管程與殼程的壓力降不大于過管程與殼程的壓力降不大于10kPa,試對其換熱器進(jìn)行型號的試對其換熱器進(jìn)行型號的初選初選。任務(wù)三、四：某化工廠欲用原油將任務(wù)

2、三、四：某化工廠欲用原油將12500kg/h的柴油從的柴油從175 冷卻到冷卻到130 ，原油的進(jìn)出口溫度分別為，原油的進(jìn)出口溫度分別為70和和110 。試選。試選擇合適型號的列管換熱器。假設(shè)管壁熱阻和熱損失可以忽略。擇合適型號的列管換熱器。假設(shè)管壁熱阻和熱損失可以忽略。序號序號考核內(nèi)容考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)評分標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重權(quán)重90-10090-10080-8980-8970-7970-7960-6960-6959單項單項成績成績1 1態(tài)度態(tài)度5%5%出勤；積出勤；積極組織并極組織并參與參與出勤；積出勤；積極參與極參與出勤；參出勤；參與與請假；請假；參與參與曠課；基曠課；基本不參與本不參與2 2任務(wù)單質(zhì)

3、量任務(wù)單質(zhì)量25%25%準(zhǔn)確；條準(zhǔn)確；條理清晰；理清晰；版面清楚版面清楚基本準(zhǔn)確；基本準(zhǔn)確；版面清楚版面清楚基本準(zhǔn)確；基本準(zhǔn)確；準(zhǔn)確率低；準(zhǔn)確率低；版面清楚版面清楚準(zhǔn)確率低；準(zhǔn)確率低；版面不清版面不清楚楚3 3分析問題分析問題的能力的能力10%10%準(zhǔn)確；思準(zhǔn)確；思路清晰路清晰準(zhǔn)確準(zhǔn)確基本準(zhǔn)確；基本準(zhǔn)確；分析到基分析到基本內(nèi)容本內(nèi)容分析錯誤分析錯誤4 4化工資料、手化工資料、手冊的查閱能力冊的查閱能力10%10%能迅速準(zhǔn)能迅速準(zhǔn)確查到所確查到所需資料與需資料與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確查能準(zhǔn)確查到所需資到所需資料與數(shù)據(jù)料與數(shù)據(jù)基本能查基本能查到所需資到所需資料與數(shù)據(jù)料與數(shù)據(jù)能查閱簡能查閱簡單資料單資料不能

4、查資不能查資料料5 5換熱器的參數(shù)換熱器的參數(shù)確定及計算能確定及計算能力力20%20%6 6換熱器的選型換熱器的選型能力能力20%20%7 7團(tuán)隊合作意識，團(tuán)隊合作意識，遵守紀(jì)律遵守紀(jì)律10%10%能滲透到能滲透到學(xué)習(xí)、訓(xùn)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練環(huán)節(jié)練環(huán)節(jié)能較好地能較好地在學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)、訓(xùn)練環(huán)節(jié)訓(xùn)練環(huán)節(jié)中體現(xiàn)中體現(xiàn)基本能體基本能體現(xiàn)在學(xué)習(xí)、現(xiàn)在學(xué)習(xí)、訓(xùn)練環(huán)節(jié)訓(xùn)練環(huán)節(jié)團(tuán)隊合作團(tuán)隊合作意識薄弱意識薄弱無團(tuán)隊合無團(tuán)隊合作精神作精神合計總分 任務(wù)三、四完成情況考核評分表任務(wù)三、四完成情況考核評分表項目號項目號_ _ 班組號班組號_ _ 姓名姓名_理論知識準(zhǔn)備理論知識準(zhǔn)備一一. 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)傅里葉定律和熱導(dǎo)率傅里葉定

5、律和熱導(dǎo)率二二.保溫材料及其性能保溫材料及其性能三三. 傅里葉定律的應(yīng)用傅里葉定律的應(yīng)用四四.傳熱基本方程式傳熱基本方程式五五.熱負(fù)荷的確定熱負(fù)荷的確定六六.傳熱推動傳熱推動力的計算力的計算平均溫度差平均溫度差七七.對流傳熱對流傳熱八八.總總傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K的計算的計算九九. 傳熱面積的確定傳熱面積的確定 一一. . 傅立葉定律和熱導(dǎo)率傅立葉定律和熱導(dǎo)率1 1、傅立葉定律、傅立葉定律在一個質(zhì)量均勻，化學(xué)性質(zhì)在一個質(zhì)量均勻，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的固體平壁內(nèi)，如圖所穩(wěn)定的固體平壁內(nèi)，如圖所示，當(dāng)壁面兩側(cè)的溫度為示，當(dāng)壁面兩側(cè)的溫度為t t1 1 t t2 2時，熱量將以熱傳導(dǎo)時，熱量將以熱傳導(dǎo)的方式從高

6、溫壁向低溫壁傳的方式從高溫壁向低溫壁傳遞。實驗證明，遞。實驗證明，在穩(wěn)定導(dǎo)熱在穩(wěn)定導(dǎo)熱時，單位時間內(nèi)通過壁面的時，單位時間內(nèi)通過壁面的傳熱量（稱為導(dǎo)熱速率）與傳熱量（稱為導(dǎo)熱速率）與溫度梯度以及垂直于熱流方溫度梯度以及垂直于熱流方向的等溫面面積成正比。向的等溫面面積成正比。t1t2n即：即：式中式中Q Q傳熱速率，傳熱速率，W W； 熱導(dǎo)率，稱為導(dǎo)熱系數(shù)，熱導(dǎo)率，稱為導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m)/ W/(m)/ W/(mK)W/(mK)； A A傳熱面積，傳熱面積，m m2 2； dt/dndt/dn溫度梯度，溫度梯度， /m /m或或K/ m K/ m bb平壁的厚度，平壁的厚度，m m。 上式為

7、上式為傅立葉定律傅立葉定律dndtAQ 2 2、熱導(dǎo)率、熱導(dǎo)率 熱導(dǎo)率定義式可由傅里葉定律導(dǎo)出：熱導(dǎo)率定義式可由傅里葉定律導(dǎo)出：dndtAQ 的物理意義：導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量的物理意義：導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量，是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個物性參數(shù)，是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個物性參數(shù)， ，導(dǎo)熱越快。導(dǎo)熱系，導(dǎo)熱越快。導(dǎo)熱系數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序：導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序： （金屬固體）（金屬固體） （非金屬固體）（非金屬固體） （液體）（液體） （氣體）（氣體） 對于大多數(shù)均質(zhì)固體，

8、在一定溫度范圍內(nèi)其對于大多數(shù)均質(zhì)固體，在一定溫度范圍內(nèi)其值與溫值與溫度呈線性關(guān)系：度呈線性關(guān)系：0 0（1 1atat）。）。 大多數(shù)純金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。金屬的大多數(shù)純金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。金屬的熱導(dǎo)率大多隨其純度的增高而增大。熱導(dǎo)率大多隨其純度的增高而增大。 非金屬固體的熱導(dǎo)率隨密度的增大或溫度的升高而非金屬固體的熱導(dǎo)率隨密度的增大或溫度的升高而增大。增大。 （2 2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)）液體的導(dǎo)熱系數(shù) 液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比一般液體要高，而且大多數(shù)液態(tài)金液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比一般液體要高，而且大多數(shù)液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。 （1

9、 1）固體的導(dǎo)熱系數(shù)）固體的導(dǎo)熱系數(shù) 在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，絕在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)液體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。一般說來純液大多數(shù)液體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。一般說來純液體的熱導(dǎo)率比其溶液的要大。體的熱導(dǎo)率比其溶液的要大。（3 3）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)）氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。在相當(dāng)大壓力范圍內(nèi)，氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。在相當(dāng)大壓力范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)幾乎無關(guān)。由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)太小，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)幾乎無關(guān)。由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)太小，因而不利于導(dǎo)熱，但有利于保溫和絕熱。工業(yè)上的保溫材料，因

10、而不利于導(dǎo)熱，但有利于保溫和絕熱。工業(yè)上的保溫材料，例如玻璃棉等，就是因為其空隙中有氣體，所以導(dǎo)熱系數(shù)低，例如玻璃棉等，就是因為其空隙中有氣體，所以導(dǎo)熱系數(shù)低，適用于保溫隔熱。適用于保溫隔熱。 二二.保溫材料及其性能保溫材料及其性能1、設(shè)備和管道的熱損失、設(shè)備和管道的熱損失 化工生產(chǎn)中，許多設(shè)備和管道的外壁溫度往往高于或化工生產(chǎn)中，許多設(shè)備和管道的外壁溫度往往高于或低于周圍環(huán)境溫度，所以熱（冷）量將由壁面（一般指保低于周圍環(huán)境溫度，所以熱（冷）量將由壁面（一般指保溫層外壁面）以對流和輻射兩種方式向周圍環(huán)境散失。這溫層外壁面）以對流和輻射兩種方式向周圍環(huán)境散失。這部分散失于環(huán)境的熱量，稱為設(shè)備和

11、管道的熱損失。部分散失于環(huán)境的熱量，稱為設(shè)備和管道的熱損失。2、設(shè)備和管道的絕熱保溫、設(shè)備和管道的絕熱保溫 在化工生產(chǎn)中，對于溫度較高（或較低）的管道和在化工生產(chǎn)中，對于溫度較高（或較低）的管道和反應(yīng)器等高（低）溫設(shè)備，需要采取絕熱措施，其目的反應(yīng)器等高（低）溫設(shè)備，需要采取絕熱措施，其目的在于減少熱（冷）量的損失，以提高換熱操作的經(jīng)濟(jì)效在于減少熱（冷）量的損失，以提高換熱操作的經(jīng)濟(jì)效益；可維持設(shè)備正常的操作溫度，保證生產(chǎn)在規(guī)定的溫益；可維持設(shè)備正常的操作溫度，保證生產(chǎn)在規(guī)定的溫度下進(jìn)行；可降低車間的操作溫度，改善勞動條件。度下進(jìn)行；可降低車間的操作溫度，改善勞動條件。 為此，在設(shè)備的外壁包上

12、一層導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱為此，在設(shè)備的外壁包上一層導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱材料，用于增加熱阻，減少設(shè)備外壁面上與周圍環(huán)境的材料，用于增加熱阻，減少設(shè)備外壁面上與周圍環(huán)境的熱交換。熱交換。 我國相關(guān)部門規(guī)定：凡是表面溫度在我國相關(guān)部門規(guī)定：凡是表面溫度在50以上的熱設(shè)備或管以上的熱設(shè)備或管道以及制冷系統(tǒng)的設(shè)備和管道，都必須進(jìn)行保溫和絕熱處理，道以及制冷系統(tǒng)的設(shè)備和管道，都必須進(jìn)行保溫和絕熱處理，即在設(shè)備和管道的表面敷以導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料，構(gòu)成總熱阻即在設(shè)備和管道的表面敷以導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料，構(gòu)成總熱阻較大的多層壁的傳熱結(jié)構(gòu)以達(dá)到降低傳熱速率、減少熱損失的較大的多層壁的傳熱結(jié)構(gòu)以達(dá)到降低傳熱速率、減少熱損

13、失的目的。目的。 3、保溫結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、保溫結(jié)構(gòu)的構(gòu)成（1）通常使用的保溫結(jié)構(gòu)由保溫層和保護(hù)層構(gòu)成。）通常使用的保溫結(jié)構(gòu)由保溫層和保護(hù)層構(gòu)成。（2）保溫層是由石棉、陶瓷棉、膨脹珍珠巖、超細(xì)玻璃棉、）保溫層是由石棉、陶瓷棉、膨脹珍珠巖、超細(xì)玻璃棉、海泡石（硅酸鈣絕熱制品）、巖棉、海泡石（硅酸鈣絕熱制品）、巖棉、聚氨酯泡沫聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫聚苯乙烯泡沫等導(dǎo)熱系數(shù)小的材料構(gòu)成，它們被覆蓋在設(shè)備或管道的表面，構(gòu)等導(dǎo)熱系數(shù)小的材料構(gòu)成，它們被覆蓋在設(shè)備或管道的表面，構(gòu)成保溫層的主體。成保溫層的主體。（3）保保護(hù)層護(hù)層 保護(hù)層在保溫層外面，由鐵絲網(wǎng)加油毛氈和玻璃布或石棉水泥混漿構(gòu)成，保護(hù)層在保溫層外面

14、，由鐵絲網(wǎng)加油毛氈和玻璃布或石棉水泥混漿構(gòu)成，其作用是為了防止外部的水蒸氣及雨水進(jìn)入保溫層材料內(nèi)，造成隔熱材料變其作用是為了防止外部的水蒸氣及雨水進(jìn)入保溫層材料內(nèi)，造成隔熱材料變形、開裂、腐爛等，從而影響保溫效果。形、開裂、腐爛等，從而影響保溫效果。（4）超細(xì)玻璃）超細(xì)玻璃棉棉 玻璃纖維易吸收水分，不適于用于低溫環(huán)境，也不適于用于玻璃纖維易吸收水分，不適于用于低溫環(huán)境，也不適于用于 540以上的溫度以上的溫度（5）膨脹珍珠巖膨脹珍珠巖膨脹珍珠巖是耐高溫管狀和塊狀絕緣材料，具有較強(qiáng)的腐蝕抑膨脹珍珠巖是耐高溫管狀和塊狀絕緣材料，具有較強(qiáng)的腐蝕抑制性能。由于其強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)率低并且經(jīng)久耐用，所以是一

15、種制性能。由于其強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)率低并且經(jīng)久耐用，所以是一種可以應(yīng)用于大多數(shù)高溫管道和設(shè)備的杰出產(chǎn)品。可以應(yīng)用于大多數(shù)高溫管道和設(shè)備的杰出產(chǎn)品。（6）硅酸鈣絕熱制品硅酸鈣絕熱制品本世紀(jì)本世紀(jì)40年代，硅酸鈣絕熱制品首先在美國問世，硅酸鈣絕年代，硅酸鈣絕熱制品首先在美國問世，硅酸鈣絕熱制品在眾多的保溫材料中具有在中高溫范圍的慶用中抗壓強(qiáng)熱制品在眾多的保溫材料中具有在中高溫范圍的慶用中抗壓強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)小，施工方便，可反復(fù)使用等優(yōu)點，所以硅酸度高，導(dǎo)熱系數(shù)小，施工方便，可反復(fù)使用等優(yōu)點，所以硅酸鈣行業(yè)發(fā)展迅速。硅酸鈣在含濕氣狀態(tài)下，易存在腐蝕性的氧鈣行業(yè)發(fā)展迅速。硅酸鈣在含濕氣狀態(tài)下，易存在腐蝕性

16、的氧化鈣，并由于長時間內(nèi)保有水分，不易在低溫環(huán)境下使用化鈣，并由于長時間內(nèi)保有水分，不易在低溫環(huán)境下使用。（7）巖棉巖棉（礦物棉）（礦物棉）取材于玄武巖，一種火山巖，其纖維密度高而且渣球含量低，取材于玄武巖，一種火山巖，其纖維密度高而且渣球含量低，在高溫?zé)峥刂坪湍突鹦缘膽?yīng)用方面有著極佳的性能。存在吸水在高溫?zé)峥刂坪湍突鹦缘膽?yīng)用方面有著極佳的性能。存在吸水性，不宜用于低溫環(huán)境，只用于不存在水分的高溫環(huán)境下性，不宜用于低溫環(huán)境，只用于不存在水分的高溫環(huán)境下。 對保溫結(jié)構(gòu)的基本要求對保溫結(jié)構(gòu)的基本要求（1）保溫絕熱可靠，即保溫后的熱損失不得超過表）保溫絕熱可靠，即保溫后的熱損失不得超過表1和表和表2

17、所規(guī)定的允所規(guī)定的允 許值許值，這是選擇隔熱材料和確定保溫層厚度的基本依據(jù)。，這是選擇隔熱材料和確定保溫層厚度的基本依據(jù)。（2）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能承受自重及外力的沖擊。在風(fēng)吹、雨淋以及溫度）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能承受自重及外力的沖擊。在風(fēng)吹、雨淋以及溫度變化的條件下，仍能保證結(jié)構(gòu)不被損壞。變化的條件下，仍能保證結(jié)構(gòu)不被損壞。（3）有良好的保護(hù)層，能避免外部水蒸氣、雨水等進(jìn)入保溫層內(nèi)，以確保保）有良好的保護(hù)層，能避免外部水蒸氣、雨水等進(jìn)入保溫層內(nèi)，以確保保 溫層不會出現(xiàn)變軟、腐爛等情況。溫層不會出現(xiàn)變軟、腐爛等情況。（4）結(jié)構(gòu)簡單，材料消耗最小，價格低，易于施工，等等。）結(jié)構(gòu)簡單，材料消耗最小，

18、價格低，易于施工，等等。表表1 常年運行設(shè)備（或管道）的允許熱損失常年運行設(shè)備（或管道）的允許熱損失表表2 季節(jié)運行設(shè)備（或管道）的允許熱損失季節(jié)運行設(shè)備（或管道）的允許熱損失 1.1.平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)(1) (1) 單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 條件：條件：無限平壁無限平壁、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱( (x x 方向方向) )；內(nèi)容：熱流量計算、；內(nèi)容：熱流量計算、溫度分布溫度分布 。對平壁做熱量衡算：。對平壁做熱量衡算：t2t1x /mt/ 單層平壁導(dǎo)熱溫度分布Q三三.傅里葉定律的應(yīng)用傅里葉定律的應(yīng)用保溫層厚度的計算保溫層厚度的計算傳熱熱阻傳熱推動力RtAbt

19、tQ21)(Q21ttAb3333Abtx /mt2t1t/t2t3t4多層平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱溫度分布QQQQ321(2) (2) 多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 條件條件：多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱多層平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(x(x方向方向) )。 則則：Q=AbttAbttAbttQ223222321121AbAbAbttQ33221141iiniinbAttQ111Q= 例例2-1：厚度為：厚度為300mm的磚壁，一側(cè)為的磚壁，一側(cè)為600，另一側(cè)溫度為，另一側(cè)溫度為150，已知磚壁，已知磚壁的的 熱導(dǎo)率為熱導(dǎo)率為1.0W/m 。試求：（。試求：（1）通過每平方米磚壁的導(dǎo)熱量，）通過每平方米磚壁

20、的導(dǎo)熱量，W/m2；（；（2）平壁內(nèi)距離高溫側(cè)）平壁內(nèi)距離高溫側(cè)100mm處的溫度。處的溫度。例題分析例題分析2/15001/3 . 015060021mWAbttAQq（2）設(shè)平壁內(nèi)距高溫處）設(shè)平壁內(nèi)距高溫處100mm處的溫度為處的溫度為t，則，則t=tt=t1 1-q(b/-q(b/）=600-1500=600-1500（0.1/1)=4500.1/1)=450 有一爐壁由內(nèi)向外依次為耐火磚、保溫磚和建筑磚三種材料組成。有一爐壁由內(nèi)向外依次為耐火磚、保溫磚和建筑磚三種材料組成。 耐火磚耐火磚 1 1 = 1.4 W/(m = 1.4 W/(m. .) ， b b1 1=230mm ;=23

21、0mm ; 保溫保溫磚磚 2 2 =0.15 =0.15 W/(mW/(m. .) ， b b2 2=115mm;=115mm; 建筑建筑磚磚 3 3=0.8 =0.8 W/(mW/(m2 2 ) ) ， b b3 3=230mm=230mm；測得內(nèi)壁溫度為；測得內(nèi)壁溫度為850850、外壁溫度為外壁溫度為8080。求：求：單位面積的熱損失和各層接觸面單位面積的熱損失和各層接觸面上的溫度。上的溫度。 已知已知: 解解:2/6328 . 0/23. 015. 0/115. 04 . 1 /23. 080850/33221141mWbbbttAQq22431121bttbttqt=tt=t1 1-

22、q(b-q(b1 1/1 1）=850-632=850-632（0.23/1.4)=746.20.23/1.4)=746.2t t3 3=t=t4 4+q(b+q(b3 3/3 3）=80+632=80+632（0.23/0.8)=261.70.23/0.8)=261.7材料材料溫度差溫度差 /熱阻熱阻m2 /W耐火磚耐火磚103.80.164絕熱磚絕熱磚484.50.767普通磚普通磚181.70.288 總計總計 770 1.219可見，在多層平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程中，各層平壁的溫度差可見，在多層平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程中，各層平壁的溫度差與其熱阻成正比，哪層熱阻大，哪層的溫度差一定大。與其熱阻成正

23、比，哪層熱阻大，哪層的溫度差一定大。2.2.長圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)長圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) L/d 10L/d 10，可按一維導(dǎo)熱處理。與平壁穩(wěn)態(tài)熱，可按一維導(dǎo)熱處理。與平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)相比，相同點：一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，傳導(dǎo)相比，相同點：一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，Q=Q=常數(shù)常數(shù)r1r2t1t2 單層圓筒壁的導(dǎo)熱單層圓筒壁的導(dǎo)熱不同點：不同點：熱流方向（徑向）；熱流方向（徑向）；傳熱面積沿徑向不同傳熱面積沿徑向不同rLA2徑向不同熱通量)/(AQq (1) (1) 計算熱流量計算熱流量 單層圓筒壁單層圓筒壁 沿徑向取一小薄層，由傅立葉定律：沿徑向取一小薄層，由傅立葉定律：drdtrLdrdtAQ)2(阻力推動力/2/l

24、nln212211221RtLrrttrrttLQr1r2t1t2 單層圓筒壁的導(dǎo)熱單層圓筒壁的導(dǎo)熱LrrR2)/ln(12其中，LrLrrrttrrLQ22ln)()(212122112變形：121221AAln)AA)(btt1212AAlnAAAm對數(shù)平均面積：mbttQA21熱流量：1212rrlnrrrmLrrrrrLAmm2ln)(21212 多層圓筒壁多層圓筒壁33322211141AAAmmmbbbttQ334223112412)/ln(2)/ln(2)/ln(LrrLrrLrrttiiRtr1r2r3r4t1t2t3t4123多層圓筒壁的導(dǎo)熱多層圓筒壁的導(dǎo)熱12121AAln

25、AAAm其中，23232AAlnAAAm34343AAlnAA mAQniiinrrttlQ11111ln1)(2 【例例2-3】 505mm的不銹鋼管，熱導(dǎo)率的不銹鋼管，熱導(dǎo)率1為為16W/(m.K)，外包厚，外包厚30mm厚厚的石棉，的石棉， 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率2為為0.2W/(m.K)，若，若內(nèi)壁溫度為內(nèi)壁溫度為350，保溫層外壁溫度為，保溫層外壁溫度為100，試求每米管長的熱損失及兩材料界面處的溫度。，試求每米管長的熱損失及兩材料界面處的溫度。3492491002492492)/ln(/W/3972)/ln(2)/ln(/322233122311231ttrrLQttmrrrrttLQ思考：

26、思考： 若已知溫度求壁厚？若已知溫度求壁厚？解：由題給條件知：解：由題給條件知：r1=20mm, r2=25mm, r3=25+30=55mm, 1= 16W/(m.K), 2= 0.2W/(m.K),t1=350,t3=100 任務(wù)任務(wù)3-2：了解列管換熱器的選擇設(shè)計步驟：了解列管換熱器的選擇設(shè)計步驟（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)，確定基本數(shù)據(jù)（包括兩流體的流量、進(jìn)出）根據(jù)設(shè)計任務(wù)，確定基本數(shù)據(jù)（包括兩流體的流量、進(jìn)出 口溫度、定性溫度下的有關(guān)物性、操作壓力等）?？跍囟?、定性溫度下的有關(guān)物性、操作壓力等）。（2）確定流體在換熱器內(nèi)的流動通道。）確定流體在換熱器內(nèi)的流動通道。（3）確定并計算熱負(fù)荷。）確定

27、并計算熱負(fù)荷。（4） 平均溫度差的計算。平均溫度差的計算。（5） 根據(jù)兩流體的溫度差和設(shè)計要求，確定換熱器的形式。根據(jù)兩流體的溫度差和設(shè)計要求，確定換熱器的形式。（6）選取總傳熱系數(shù)，并根據(jù)傳熱基本方程初步算出傳熱面積，）選取總傳熱系數(shù)，并根據(jù)傳熱基本方程初步算出傳熱面積，以此作為選擇換熱器型號的依據(jù)，并確定初選換熱器的實際換熱以此作為選擇換熱器型號的依據(jù)，并確定初選換熱器的實際換熱面積面積A實實，以及在，以及在A實實下所需的傳熱系數(shù)下所需的傳熱系數(shù)K需需。（7）核算管程與殼程壓降。根據(jù)初選設(shè)備的情況，計算管、殼程）核算管程與殼程壓降。根據(jù)初選設(shè)備的情況，計算管、殼程流體的壓降是否合理。若壓力

28、降不符合要求，則需重新調(diào)整管程流體的壓降是否合理。若壓力降不符合要求，則需重新調(diào)整管程數(shù)和折流板間距，或選擇其他型號換熱器，直至壓降滿足要求。數(shù)和折流板間距，或選擇其他型號換熱器，直至壓降滿足要求。（8）核算總傳熱系數(shù)。計算換熱器管、殼程的對流傳熱膜系數(shù)，）核算總傳熱系數(shù)。計算換熱器管、殼程的對流傳熱膜系數(shù)，確定污垢熱阻，再計算總傳熱系數(shù)確定污垢熱阻，再計算總傳熱系數(shù)K計計，由傳熱基本方程求出，由傳熱基本方程求出所需傳熱面積所需傳熱面積A需需，再與換熱器的實際換熱面積，再與換熱器的實際換熱面積A實實比較，若比較，若A實實/A需需在在1.11.25之間（也可以用之間（也可以用K計計/K需需），則

29、認(rèn)為合理，否則需另選），則認(rèn)為合理，否則需另選K選選，重復(fù)上述計算步驟，直至符合要求。，重復(fù)上述計算步驟，直至符合要求。該校核過程也可以在求出所選設(shè)備的實際傳熱系數(shù)該校核過程也可以在求出所選設(shè)備的實際傳熱系數(shù)K計計后，用傳熱基后，用傳熱基本方程式計算出完成換熱任務(wù)所需的傳熱系數(shù)本方程式計算出完成換熱任務(wù)所需的傳熱系數(shù)K需需，即，即 K需需mtQ實A總結(jié)步驟總結(jié)步驟A 估估選擇換熱器選擇換熱器A實實K需需核算總傳熱系數(shù)核算總傳熱系數(shù)K計計A需需A實實/A需需在在1.11.25之間（也可以用之間（也可以用K計計/K需需），則認(rèn)為合理），則認(rèn)為合理列管換熱器型號初選列管換熱器型號初選傳熱面積初算傳熱

30、面積初算傳熱基本方程式傳熱基本方程式 1. 間壁式傳熱過程間壁式傳熱過程熱熱流流體體冷冷流流體體thtcth,wtc,wQQ （1）熱流體以）熱流體以對流傳熱對流傳熱方式將方式將熱量傳遞到間壁的一側(cè)；熱量傳遞到間壁的一側(cè)；（2）熱量自間壁一側(cè)以）熱量自間壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)的方式傳遞至另一側(cè)；的方式傳遞至另一側(cè)；（3）以）以對流傳熱對流傳熱方式從壁面向方式從壁面向冷流體傳遞熱量。冷流體傳遞熱量。 式中式中 Q傳熱速率，傳熱速率，W； K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/ (m2K)； A傳熱面積，傳熱面積，m2； tm傳熱平均溫度差，傳熱平均溫度差，K； R換熱器的總熱阻，換熱器的總熱阻，K/W；R

31、tKAttKAQmm1m2 傳熱基本方程傳熱基本方程 v 對于一定的傳熱任務(wù)，確定換熱器所需傳熱面積是選擇對于一定的傳熱任務(wù)，確定換熱器所需傳熱面積是選擇（或設(shè)計）換熱器的主要任務(wù)。由傳熱方程式可知，要計（或設(shè)計）換熱器的主要任務(wù)。由傳熱方程式可知，要計算傳熱面積，必須先求得傳熱速率算傳熱面積，必須先求得傳熱速率Q Q、傳熱平均溫度差、傳熱平均溫度差ttm m以及傳熱系數(shù)以及傳熱系數(shù)K K。五五. 熱負(fù)荷的確定熱負(fù)荷的確定1.1.熱負(fù)荷與傳熱速率熱負(fù)荷與傳熱速率（1 1）熱負(fù)荷：換熱器單位時間內(nèi)冷熱流體所交換的熱量。）熱負(fù)荷：換熱器單位時間內(nèi)冷熱流體所交換的熱量。 傳熱速率：單位時間內(nèi)通過傳熱

32、面?zhèn)鬟f的熱量。傳熱速率：單位時間內(nèi)通過傳熱面?zhèn)鬟f的熱量。（2 2）熱負(fù)荷與傳熱速率的區(qū)別：）熱負(fù)荷與傳熱速率的區(qū)別： 熱負(fù)荷熱負(fù)荷是生產(chǎn)上要求換熱器單位時間傳遞的熱量，是換熱是生產(chǎn)上要求換熱器單位時間傳遞的熱量，是換熱器的生產(chǎn)任務(wù)。器的生產(chǎn)任務(wù)。傳熱速率傳熱速率是換熱器單位時間能夠傳遞的熱是換熱器單位時間能夠傳遞的熱量，是換熱器的生產(chǎn)能力，主要由換熱器自身的性能決定。量，是換熱器的生產(chǎn)能力，主要由換熱器自身的性能決定。為保證換熱器完成傳熱任務(wù)，應(yīng)使換熱器的傳熱速率大于為保證換熱器完成傳熱任務(wù)，應(yīng)使換熱器的傳熱速率大于至少等于其熱負(fù)荷。至少等于其熱負(fù)荷。 2.2.無相變時熱負(fù)荷的確定無相變時熱負(fù)荷的確定Q=ms1cp1(T1-T2)=ms2cp2(t2-t1)3.3.有相變時熱負(fù)荷的確定有相變時熱負(fù)荷的確定例如飽和蒸汽冷凝，而冷流體無相變化，則例如飽和蒸汽冷凝，而冷流體無相變化，則Q=ms1r+cp1(Ts-T2)= ms2 cp2(t2-t1)Q=ms1r= ms2 cp2(t2-t1)六六.傳熱推動力的計算傳熱推動力的計算平均溫度差平均溫度