食品工程原理傳熱3

1、p掌握導(dǎo)熱、對(duì)流換熱的基本規(guī)律及計(jì)算方法；掌握導(dǎo)熱、對(duì)流換熱的基本規(guī)律及計(jì)算方法；p熟悉各種熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；熟悉各種熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；p掌握穩(wěn)定綜合傳熱過程的計(jì)算；掌握穩(wěn)定綜合傳熱過程的計(jì)算；p了解強(qiáng)化傳熱和熱絕緣的措施了解強(qiáng)化傳熱和熱絕緣的措施。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)本章重點(diǎn)和難點(diǎn)一、傳熱在食品工程中的應(yīng)用一、傳熱在食品工程中的應(yīng)用二、傳熱的基本方式二、傳熱的基本方式熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)( (conduction);conduction);對(duì)流對(duì)流( (convection);convection);輻射輻射( (radiation)radiation)。 食品加工過程中的溫度控制、滅菌過程以

2、及各種單元操作食品加工過程中的溫度控制、滅菌過程以及各種單元操作（如蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶等）對(duì)溫度有一定的要求。（如蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶等）對(duì)溫度有一定的要求。 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)或物體內(nèi)溫度不同而引起的，根據(jù)熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)或物體內(nèi)溫度不同而引起的，根據(jù)傳熱機(jī)理不同，傳熱的基本方式有三種：傳熱機(jī)理不同，傳熱的基本方式有三種： 物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。1.1.熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）（又稱導(dǎo)熱）2.2.熱對(duì)流熱

3、對(duì)流 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為熱流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對(duì)流。對(duì)流。 熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中。強(qiáng)制對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流： 因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對(duì)流稱為強(qiáng)制對(duì)流。因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對(duì)流稱為強(qiáng)制對(duì)流。 流動(dòng)的原因不同，對(duì)流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中流動(dòng)的原因不同，對(duì)流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時(shí)發(fā)生自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。有可能同時(shí)發(fā)生自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱對(duì)流的兩種方式：熱對(duì)流的兩種方式：自然對(duì)流：自然對(duì)流： 由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)由于流體各處的溫度不同而引起的密

4、度差異，致使流體產(chǎn)生相對(duì)位移，這種對(duì)流稱為自然對(duì)流。生相對(duì)位移，這種對(duì)流稱為自然對(duì)流。3 3、熱輻射、熱輻射因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)。介質(zhì)。 任何物體只要在絕對(duì)零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在任何物體只要在絕對(duì)零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時(shí)候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。物體溫度較高的時(shí)候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。 實(shí)際上，上述三種傳熱方式很少單獨(dú)出現(xiàn)，而往往是相互實(shí)際上，上述三種傳

5、熱方式很少單獨(dú)出現(xiàn)，而往往是相互伴隨著出現(xiàn)的。伴隨著出現(xiàn)的。對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱：是在流體流動(dòng)進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是在流體流動(dòng)進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動(dòng)情況密是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動(dòng)情況密切相關(guān)。切相關(guān)。 當(dāng)流體作層流流動(dòng)時(shí)，在垂直于流體流動(dòng)方向上的熱量傳遞，當(dāng)流體作層流流動(dòng)時(shí)，在垂直于流體流動(dòng)方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對(duì)流）的方式進(jìn)行。主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對(duì)流）的方式進(jìn)行。 傳熱過程傳熱過程高溫流體高溫流體湍流主體湍流主體壁面兩側(cè)壁面兩側(cè)層流底層層流底層湍流主體湍流主體低溫流體低溫流體q

6、湍流主體湍流主體對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱溫度分布均勻溫度分布均勻p層流底層層流底層導(dǎo)熱導(dǎo)熱溫度梯度大溫度梯度大p壁面壁面導(dǎo)熱導(dǎo)熱(導(dǎo)熱系數(shù)較導(dǎo)熱系數(shù)較流體大流體大)有溫度梯度有溫度梯度不同區(qū)域的不同區(qū)域的傳熱特性：傳熱特性：傳熱邊界層傳熱邊界層（thermal boundary layer） ：溫度邊界層。溫度邊界層。有溫度梯度較大的區(qū)域。有溫度梯度較大的區(qū)域。傳熱的熱阻即主要幾種在此層傳熱的熱阻即主要幾種在此層中中。溫度溫度距離距離TTwtwt熱流體熱流體冷流體冷流體傳熱壁面?zhèn)鳠岜诿嫱牧髦黧w湍流主體湍流主體湍流主體傳熱壁面?zhèn)鳠岜诿鎸恿鲗恿鞯讓拥讓訉恿鲗恿鞯讓拥讓觽鳠岱较騻鳠岱较驅(qū)α鱾鳠崾疽鈭D對(duì)流傳熱

7、示意圖式中式中 Q對(duì)流傳熱速率，對(duì)流傳熱速率，W； A傳熱面積，傳熱面積，m2 t對(duì)流傳熱溫度差，對(duì)流傳熱溫度差， t= T-TW或或t= t-tW，； T熱流體平均溫度，熱流體平均溫度，； TW與熱流體接觸的壁面溫度，與熱流體接觸的壁面溫度，； t冷流體的平均溫度，冷流體的平均溫度，； tW與冷流體接觸的壁面溫度，與冷流體接觸的壁面溫度，； a對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)(heat transfer confficient)，W/m2K（或或W/m2）。）。 RtATTQw1上式稱為上式稱為牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律。 簡(jiǎn)化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在厚度為簡(jiǎn)化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在

8、厚度為t的有效膜的有效膜內(nèi)，但有效膜的厚度內(nèi)，但有效膜的厚度t又難以測(cè)定，所以以又難以測(cè)定，所以以代替代替/t 而用下式而用下式描述對(duì)流傳熱的基本關(guān)系描述對(duì)流傳熱的基本關(guān)系 Q= A（T-Tw）1 流體的狀態(tài)：流體的狀態(tài)：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相 變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)比無相變化時(shí)大的多；變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)比無相變化時(shí)大的多； 2 流體的物理性質(zhì)：流體的物理性質(zhì)：影響較大的物性如密度影響較大的物性如密度、比熱比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 、粘度粘度等；等；3 流體的運(yùn)動(dòng)狀況：流體的運(yùn)動(dòng)狀況：層流、過渡流或湍流；層流、過渡流或湍流；4 流

9、體對(duì)流的狀況：流體對(duì)流的狀況：自然對(duì)流，強(qiáng)制對(duì)流；自然對(duì)流，強(qiáng)制對(duì)流；5 傳熱表面的形狀、位置及大?。簜鳠岜砻娴男螤睢⑽恢眉按笮。喝绻?、板、管束、管徑、管如管、板、管束、管徑、管 長(zhǎng)、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。長(zhǎng)、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 ),(tgclufpgkpatlgcluCl)()()(223gkaGrCNuPrRe無相變時(shí)，影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示：無相變時(shí)，影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示： 八個(gè)物理量涉及四個(gè)基本因次：質(zhì)量八個(gè)物理量涉及四個(gè)基本因次：質(zhì)量M，長(zhǎng)度長(zhǎng)度M，長(zhǎng)度長(zhǎng)度L，時(shí)間時(shí)間T，溫度溫度。通過因次分析可得，在無相變時(shí)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)

10、系式為：通過因次分析可得，在無相變時(shí)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：即即準(zhǔn)數(shù)符號(hào)及意義準(zhǔn)數(shù)符號(hào)及意義 準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種經(jīng)驗(yàn)公式，在利用關(guān)聯(lián)式求對(duì)流傳熱系準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種經(jīng)驗(yàn)公式，在利用關(guān)聯(lián)式求對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，不能超出實(shí)驗(yàn)條件范圍。數(shù)時(shí)，不能超出實(shí)驗(yàn)條件范圍。在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1 1、應(yīng)用范圍、應(yīng)用范圍2 2、特性尺寸、特性尺寸 無因次準(zhǔn)數(shù)無因次準(zhǔn)數(shù)Nu、Re等中所包含的傳熱面尺寸稱等中所包含的傳熱面尺寸稱為特征尺寸。通常是選取對(duì)流體流動(dòng)和傳熱發(fā)生主要影響的尺為特征尺寸。通常是選取對(duì)流體流動(dòng)和傳熱發(fā)生主要影響的尺寸作為特征尺寸。寸作為特征尺寸。3 3、定性溫度、定性溫度

11、 流體在對(duì)流傳熱過程中溫度是變化的。確定準(zhǔn)流體在對(duì)流傳熱過程中溫度是變化的。確定準(zhǔn)數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度。一般定性溫度有數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度。一般定性溫度有三種取法：進(jìn)、出口流體的平均溫度，壁面平均溫度，流體和三種取法：進(jìn)、出口流體的平均溫度，壁面平均溫度，流體和壁面的平均溫度（膜溫）。壁面的平均溫度（膜溫）。4 4、準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一、準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一的單位制度。的單位制度。蒸汽冷凝有蒸汽冷凝有膜狀冷凝膜狀冷凝和和滴狀冷凝滴狀冷凝兩種方式。兩種方式。膜狀冷凝膜狀冷凝：由于冷凝液能潤濕壁面，因而

12、能形成一層完整：由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個(gè)冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。的膜。在整個(gè)冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。滴狀冷凝滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕避免，由于表面張力的作若冷凝液不能潤濕避免，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此中冷用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝稱為。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，多為膜狀冷凝過程。凝稱為。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，多為膜狀冷凝過程。蒸汽冷凝時(shí)的傳熱推動(dòng)力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。蒸汽冷凝時(shí)的傳熱推動(dòng)力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。4132)(943.0tlgr4132)(725.0tdn

13、gr1.1.1 在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝1.1.2 水平管壁上作膜狀冷凝水平管壁上作膜狀冷凝式中式中 l垂直板或管的高度垂直板或管的高度 、冷凝液的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度冷凝液的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度 r飽和蒸汽的冷凝潛熱飽和蒸汽的冷凝潛熱 t蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差 d管子外徑管子外徑 n管束在垂直面上的列數(shù)管束在垂直面上的列數(shù) 不凝性氣體的影響不凝性氣體的影響 在蒸汽冷凝時(shí)不凝性氣體在液在蒸汽冷凝時(shí)不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)膜表面形成一層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)降低降低。蒸汽流

14、速和流向的影響蒸汽流速和流向的影響冷卻壁面的高度及布置方式冷卻壁面的高度及布置方式流體物性流體物性 對(duì)液體對(duì)流加熱時(shí)，在液相內(nèi)部伴有由液相變成氣相的對(duì)液體對(duì)流加熱時(shí)，在液相內(nèi)部伴有由液相變成氣相的過程稱為過程稱為沸騰沸騰。工業(yè)上沸騰的方法有兩種：工業(yè)上沸騰的方法有兩種：(1) 管內(nèi)沸騰管內(nèi)沸騰：液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰。：液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰。(2) 大溶積沸騰（池內(nèi)沸騰）大溶積沸騰（池內(nèi)沸騰）：加熱壁面浸沒在液體：加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面受熱沸騰。中，液體在壁面受熱沸騰。沸騰傳熱的應(yīng)用：精餾塔的再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等。沸騰傳熱的應(yīng)用：精餾塔的再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等。溫度差

15、溫度差tqABCD 線線 q線線 液體沸騰傳熱過程的推動(dòng)力是加熱面溫度和液體飽和溫液體沸騰傳熱過程的推動(dòng)力是加熱面溫度和液體飽和溫度之差。在大空間內(nèi)沸騰時(shí)，隨著此溫度差的不同，過程中度之差。在大空間內(nèi)沸騰時(shí)，隨著此溫度差的不同，過程中的對(duì)流傳熱系數(shù)的對(duì)流傳熱系數(shù)和熱流密度和熱流密度q都發(fā)生變化。都發(fā)生變化。 根據(jù)傳熱溫差的變化，可將液體沸騰傳熱過程分為以下根據(jù)傳熱溫差的變化，可將液體沸騰傳熱過程分為以下四個(gè)階段：四個(gè)階段：(1) 自然對(duì)流階段自然對(duì)流階段 如如AB段所示，溫差小，無明顯沸騰現(xiàn)象。此階段段所示，溫差小，無明顯沸騰現(xiàn)象。此階段和和q均均很小，且隨著溫差增大而緩慢增加。很小，且隨著溫

16、差增大而緩慢增加。(2) 泡核沸騰階段泡核沸騰階段 如如BC段所示，由于氣泡運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的對(duì)流和擾動(dòng)作用，段所示，由于氣泡運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的對(duì)流和擾動(dòng)作用，此階段此階段和和q均隨著溫差增大而迅速增加。溫差越大，汽化均隨著溫差增大而迅速增加。溫差越大，汽化核心越多，氣泡脫離表面越多，沸騰越強(qiáng)烈。核心越多，氣泡脫離表面越多，沸騰越強(qiáng)烈。（1）溫度差：溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù)，應(yīng)盡量在）溫度差：溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù)，應(yīng)盡量在核狀沸騰階段操作。核狀沸騰階段操作。（2）操作壓力：提高操作壓力可提高液體的飽和溫度，從而）操作壓力：提高操作壓力可提高液體的飽和溫度，從而使液體的粘度及表面張力均下降，

17、有利于氣泡的生成與脫離壁使液體的粘度及表面張力均下降，有利于氣泡的生成與脫離壁面，其結(jié)果是強(qiáng)化了對(duì)流傳熱過程。面，其結(jié)果是強(qiáng)化了對(duì)流傳熱過程。（3）流體物性：氣泡離開表面的快慢與液體對(duì)金屬表面的浸）流體物性：氣泡離開表面的快慢與液體對(duì)金屬表面的浸潤能力及液體的表面張力的大小有關(guān)，表面張力小，潤濕能力潤能力及液體的表面張力的大小有關(guān)，表面張力小，潤濕能力大的液體，形成的氣泡易脫離表面，對(duì)沸騰傳熱有利。此外大的液體，形成的氣泡易脫離表面，對(duì)沸騰傳熱有利。此外、等也有影響。等也有影響。（4）加熱面的影響：加熱面的材料、粗糙度的影響。）加熱面的影響：加熱面的材料、粗糙度的影響。 對(duì)流傳熱計(jì)算公式有兩種

18、類型：準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式和純經(jīng)驗(yàn)公對(duì)流傳熱計(jì)算公式有兩種類型：準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式和純經(jīng)驗(yàn)公式。在應(yīng)用這些方程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：式。在應(yīng)用這些方程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強(qiáng)制對(duì)流、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強(qiáng)制對(duì)流或是自然對(duì)流，是否有相變等?；蚴亲匀粚?duì)流，是否有相變等。2、選定響應(yīng)的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式，特別應(yīng)注意的是所選、選定響應(yīng)的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式，特別應(yīng)注意的是所選用的公式的使用條件。用的公式的使用條件。3、當(dāng)流體的流動(dòng)類型不能確定時(shí)，采用試差法進(jìn)行計(jì)算，、當(dāng)流體的流動(dòng)類型不能確定時(shí)，采用試差法進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行驗(yàn)證。再進(jìn)行驗(yàn)證。4、計(jì)算公式中的各物性數(shù)據(jù)的

19、單位。、計(jì)算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位。傳熱計(jì)算主要有兩種類型：傳熱計(jì)算主要有兩種類型： 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷確定換熱器的傳熱面積。根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷確定換熱器的傳熱面積。 校核計(jì)算校核計(jì)算 計(jì)算給定換熱器的傳熱量、流體的溫度或流量。計(jì)算給定換熱器的傳熱量、流體的溫度或流量。對(duì)間壁式換熱器作能量恒算，在忽略熱損失的情況下有對(duì)間壁式換熱器作能量恒算，在忽略熱損失的情況下有上式即為換熱器的熱量恒算式。上式即為換熱器的熱量恒算式。式中式中 Q換熱器的熱負(fù)荷，換熱器的熱負(fù)荷，kJ/h或或w W流體的質(zhì)量流量，流體的質(zhì)量流量，kg/h H單位質(zhì)量流體的焓，單位質(zhì)量流體的焓，kJ/kg

20、下標(biāo)下標(biāo)c、h分別表示冷流體和熱流體，下標(biāo)分別表示冷流體和熱流體，下標(biāo)1和和2表示換熱器的進(jìn)口和出口。表示換熱器的進(jìn)口和出口。Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1) 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時(shí)，且認(rèn)為流體的比熱不隨溫度而變，則有度而變，則有式中式中 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， Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)若換熱器中的熱流體若換熱器中的熱流體有相變有相變，如，如飽和蒸汽冷凝飽和蒸汽冷凝時(shí)，則有時(shí)，則有 當(dāng)當(dāng)冷凝液的溫度低于飽

21、和溫度冷凝液的溫度低于飽和溫度時(shí)，則有時(shí)，則有 式式中中 Wh飽和蒸汽（熱流體）的冷凝速率，飽和蒸汽（熱流體）的冷凝速率，kg/h r飽和蒸汽的冷凝潛熱，飽和蒸汽的冷凝潛熱，kJ/kgQ=Whr=Wccpc(t2-t1)注注：上式應(yīng)用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。：上式應(yīng)用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器。Q=Whr+cph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)式中式中 cph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， 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)流體的傳熱速率的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程（仿對(duì)流傳熱速率

22、方程）為方程（仿對(duì)流傳熱速率方程）為 dQ=K(T-t)dS=KtdS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， 上式稱為上式稱為總傳熱速率方程總傳熱速率方程。 總傳熱系數(shù)必須和所選擇的傳熱面積相對(duì)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(duì)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。dQ=Ki(T-t)dSi=Ko(T-t)dSo=Km(T-t)dSm式中式中 Ki、Ko 、Km基

23、于管內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積基于管內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積 的總傳熱系數(shù)，的總傳熱系數(shù)， w/（m2 ） Si、So、Sm換熱器內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積，換熱器內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積， m2 注：在工程大多以外表面積為基準(zhǔn)。注：在工程大多以外表面積為基準(zhǔn)。 oomiidSdSbdStTdQ11 對(duì)于管式換熱器，假定管內(nèi)作為加熱側(cè)，管外為冷卻側(cè)，對(duì)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則通過任一微元面積dS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=i(T-Tw)dSi由管壁傳給冷流體由

24、管壁傳給冷流體 dQ=o(tw-t)dSo通過管壁的熱傳導(dǎo)通過管壁的熱傳導(dǎo) dQ=(/b)(Tw-tw)dSm由上三式可得由上三式可得 由于由于dQ及（及（T-t）兩者與選擇的基準(zhǔn)面積無關(guān)，則根據(jù)總兩者與選擇的基準(zhǔn)面積無關(guān)，則根據(jù)總傳熱速率微分方程，有傳熱速率微分方程，有oioiiodddSdSkkomommodddSdSkkomoiioodbdddtTdSdQ1所以所以omoiioodbdddK11ooimiiidddbdK11oomiimmddbddK1總傳熱系數(shù)（以外表面為基準(zhǔn)）為總傳熱系數(shù)（以外表面為基準(zhǔn)）為omoiioodbdddk11同理同理總傳熱系數(shù)表示成熱阻形式為總傳熱系數(shù)表示

25、成熱阻形式為osomoiosiiiooRdbdddRddk11ososiioRbRk111 在計(jì)算總傳熱系數(shù)在計(jì)算總傳熱系數(shù)K時(shí)，污垢熱阻一般不能忽視，若管壁時(shí)，污垢熱阻一般不能忽視，若管壁內(nèi)、外側(cè)表面上的熱阻分別為內(nèi)、外側(cè)表面上的熱阻分別為Rsi及及Rso時(shí)，則有時(shí)，則有當(dāng)傳熱面為平壁或薄管壁時(shí)，當(dāng)傳熱面為平壁或薄管壁時(shí)，di、do、dm近似相等，則有近似相等，則有當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻可忽略時(shí)，則可簡(jiǎn)化為當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻可忽略時(shí)，則可簡(jiǎn)化為oiok111oK11若若o i，則有則有總熱阻是由熱阻大的那一側(cè)的對(duì)流傳熱所控制，即當(dāng)兩個(gè)總熱阻是由熱阻大的那一側(cè)的對(duì)流傳熱所控制，即當(dāng)兩個(gè)對(duì)流傳熱

26、系數(shù)相差不大時(shí)，欲提高對(duì)流傳熱系數(shù)相差不大時(shí)，欲提高K值，關(guān)鍵在于提高對(duì)流值，關(guān)鍵在于提高對(duì)流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的傳熱系數(shù)較小一側(cè)的。若兩側(cè)的若兩側(cè)的相差不大時(shí)，則必須同時(shí)提高兩側(cè)的相差不大時(shí)，則必須同時(shí)提高兩側(cè)的，才能才能提高提高K值。值。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。及時(shí)清除污垢。由上可知：由上可知：例例 一列管式換熱器，由一列管式換熱器，由252.5mm的鋼管組成。管的鋼管組成。管內(nèi)為內(nèi)為CO2，流量為流量為6000kg/h，由由55冷卻到冷卻到30。管外。管外為冷卻水，流量為為冷卻水，流量為2700kg/

27、h，進(jìn)口溫度為進(jìn)口溫度為20。CO2與與冷卻水呈逆流流動(dòng)。已知水側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為冷卻水呈逆流流動(dòng)。已知水側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為3000W/m2K，CO2 側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為40 W/m2K 。試求總傳熱系數(shù)試求總傳熱系數(shù)K，分別用內(nèi)表面積分別用內(nèi)表面積A1，外表面積外表面積A2表示。表示。 解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù)解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/mK 取取CO2側(cè)污垢熱阻側(cè)污垢熱阻Ra1=0.5310-3m2K/W 取水側(cè)污垢熱阻取水側(cè)污垢熱阻Ra2=0.2110-3m2K/W以內(nèi)、外表面計(jì)時(shí)，內(nèi)、外表面分別用下標(biāo)以內(nèi)、外表面計(jì)時(shí)，內(nèi)、外表面分別用下標(biāo)1、2表示。表示。 kmwRRddd

28、dbKm221212111/5 .3800021. 000053. 0025. 002. 0300010225. 002. 0450025. 04011111kmwRRddbddKm221221212/3 .3100021. 000053. 0300010225. 0025. 0450025. 002. 0025. 04011111 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)定的恒穩(wěn)定的恒溫傳熱溫傳熱。如蒸發(fā)器中，飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱。如蒸發(fā)

29、器中，飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱。 t=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。 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)行沸騰的液體體以及用熱流體來加

30、熱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流體的流向有關(guān)。生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動(dòng)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況。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)。 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

31、器內(nèi)流體流動(dòng)方向大致可分為下列四種情況： 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(duì)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(duì)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(jiǎn)單折流：簡(jiǎn)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，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，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：復(fù)雜折流：參與熱交換的雙方流體均作折流。參與熱交換的雙方流體均作折流。 T2T1t1t2T1T2t1t2圖圖 兩側(cè)流體

32、變溫時(shí)的溫度變化兩側(cè)流體變溫時(shí)的溫度變化并流并流逆流逆流錯(cuò)流錯(cuò)流折流折流12121212圖圖 換熱器中流體流向示意圖換熱器中流體流向示意圖常量phhcWdTdQ常量pcccWdtdQ假設(shè)：假設(shè)：傳熱為穩(wěn)定操作過程。傳熱為穩(wěn)定操作過程。兩流體的比熱為常量。兩流體的比熱為常量?？倐鳠嵯禂?shù)為常量（總傳熱系數(shù)為常量（K不隨換熱器的管長(zhǎng)而變化）。不隨換熱器的管長(zhǎng)而變化）。換熱器的熱損失可忽略。換熱器的熱損失可忽略。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= -Wh cphdT= Wc 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

33、 t=mQ+kt=T-t=(m-m)Q+(k-k)溫度溫度T1傳熱量傳熱量QT2t1t1t2t20從上式可以看出：從上式可以看出： tQ關(guān)系呈直線，其斜率為關(guān)系呈直線，其斜率為QttdQtd21)(QtttdSKtd21)(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，則有由于由于K為常量，積分上式有為常量，積分上式有SttdSQttttdK01221)(1SQttttK1212ln1mtKSttttKSQ1212ln 式中式中tm稱為對(duì)數(shù)平均半徑。當(dāng)稱為對(duì)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(duì)數(shù)平均溫度差。代替對(duì)數(shù)平均溫度差。1212lnt

34、ttttm注：注：（1）應(yīng)用上式求）應(yīng)用上式求tm時(shí)，取換熱器兩端的時(shí)，取換熱器兩端的t中數(shù)值中數(shù)值 大的為大的為t2，小的為小的為t1。 （2）上式對(duì)并流也適用。上式對(duì)并流也適用。例例 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)口溫度為度為100,出口溫度為出口溫度為160；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為度為250，出口溫度為，出口溫度為180。試分別計(jì)算并流與逆流時(shí)的平。試分別計(jì)算并流與逆流時(shí)的平均溫度差。均溫度差。解：并流解：并流 逆流逆流65160180100250ln)160180()100250(ln

35、2121tttttm 7 .84100180160250ln)100180()160250(ln2121tttttm 逆流操作時(shí)，因逆流操作時(shí)，因t2/ t1 2，則可用算術(shù)平均值則可用算術(shù)平均值8528090221tttm 由上例可知：由上例可知：當(dāng)流體進(jìn)、出口溫度已經(jīng)確定時(shí)，逆流操作的當(dāng)流體進(jìn)、出口溫度已經(jīng)確定時(shí)，逆流操作的平均溫度差比并流時(shí)大。平均溫度差比并流時(shí)大。 在換熱器的傳熱量在換熱器的傳熱量Q及總傳熱系數(shù)及總傳熱系數(shù)K值相同的條件下，采用值相同的條件下，采用逆流操作，可以節(jié)省傳熱面積，而且可以接生加熱介質(zhì)或冷卻逆流操作，可以節(jié)省傳熱面積，而且可以接生加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量。在生

36、產(chǎn)中的換熱器多采用逆流操作，只是對(duì)輪流介質(zhì)的用量。在生產(chǎn)中的換熱器多采用逆流操作，只是對(duì)輪流體的溫度有限制時(shí)才采用并流操作。體的溫度有限制時(shí)才采用并流操作。 注：流體流動(dòng)方向的選擇注：流體流動(dòng)方向的選擇 方法：先按純逆流的情況求得其對(duì)數(shù)平均溫度差方法：先按純逆流的情況求得其對(duì)數(shù)平均溫度差tm逆逆，然后再乘以校正系數(shù)然后再乘以校正系數(shù)t,即即 tm=ttm逆逆 校正系數(shù)校正系數(shù)t與冷、熱兩種流體的溫度變化有關(guān)，是與冷、熱兩種流體的溫度變化有關(guān)，是R和和P的函數(shù)，即的函數(shù)，即 t=f(R，P)式中式中 R=(T1-T2)/(t2-t1) = 熱流體的溫降熱流體的溫降/冷流體的溫升冷流體的溫升 P=

37、(t2-t1)/ (T1- t1) = 冷流體的溫升冷流體的溫升/兩流體的最初溫差兩流體的最初溫差 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，值后，校正系數(shù)校正系數(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。 mwwwmwtKSttStTSbTTSQ)()()(221111SQTTw22SQtSbQTtmww對(duì)穩(wěn)定傳熱過程對(duì)穩(wěn)定傳熱過程式中式中 S1、S2、Sm分別代表熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積分別代表熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積 和平均傳熱面積。和平均傳熱面積。 Tw、tw分別代表熱流體側(cè)和冷流體

38、側(cè)的壁溫分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫 1、2分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)整理上式可得整理上式可得例例 在一由在一由252.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口溫氣體，進(jìn)口500,出口出口400。管外為。管外為p=981kN/m2壓力（絕壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對(duì)流傳熱系數(shù)壓）的水沸騰。已知高溫氣體對(duì)流傳熱系數(shù)a1=250W/ m2，水沸騰的對(duì)流傳熱系數(shù)水沸騰的對(duì)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

39、外壁平均及管外壁平均tw。 kmwddddbKm2212111/24225201000015 .2220450025. 025011111解：解：(a) 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) 以管子內(nèi)表面積以管子內(nèi)表面積S1為基準(zhǔn)為基準(zhǔn) ( (c)c)計(jì)算單位面積傳熱計(jì)算單位面積傳熱量量 1882506558045011SQTTw( (d)d)管壁溫度管壁溫度 Q/S1=K1tm =242271=65580W/ m2 T-熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值 T=(500+400)/2=450 管內(nèi)壁溫度管內(nèi)壁溫度 (b) 平均溫度差平均溫度差 在在p=981 kN

40、/m2，水的飽和溫度為水的飽和溫度為179 2712)179400()179500(mt管外壁溫度管外壁溫度 mwwSQbTt21111/582905 .222065580mwddSQSSSQSQmmm8 .18458290450025.0188wt 由此題計(jì)算結(jié)果可知：由于水沸騰對(duì)流傳熱系數(shù)很大，熱由此題計(jì)算結(jié)果可知：由于水沸騰對(duì)流傳熱系數(shù)很大，熱阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即阻很小，則壁溫接近于水的溫度，即壁溫總是接近對(duì)流傳壁溫總是接近對(duì)流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度。又因管壁熱阻很小，所以。又因管壁熱阻很小，所以管壁兩的溫度比較接近。管壁兩的溫度比較接近。 強(qiáng)化傳

41、熱的目的：以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力。強(qiáng)化傳熱的目的：以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力。強(qiáng)化傳熱的途徑：強(qiáng)化傳熱的途徑：1、加大傳熱面積、加大傳熱面積 加大傳熱面積可以增大傳熱量，但設(shè)備增大，投加大傳熱面積可以增大傳熱量，但設(shè)備增大，投資和維費(fèi)也隨之增加?？刹捎贸崞蚵菪崞艽嫫胀ń饘俟?。資和維費(fèi)也隨之增加?？刹捎贸崞蚵菪崞艽嫫胀ń饘俟?。2、增加平均溫度差、增加平均溫度差 在理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻在理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦法，但受客觀條件（蒸汽壓強(qiáng)、氣溫、水溫）和工藝條介質(zhì)溫度的辦法，但受客觀條件（蒸汽壓強(qiáng)、氣溫、水溫）和工藝條件

42、（熱敏性、冰點(diǎn)）的限制。提高蒸汽壓強(qiáng)，設(shè)備造價(jià)會(huì)隨之提高。件（熱敏性、冰點(diǎn)）的限制。提高蒸汽壓強(qiáng)，設(shè)備造價(jià)會(huì)隨之提高。在一定氣源壓強(qiáng)下，可以采取降低管道阻力的方法來提高加熱蒸汽的在一定氣源壓強(qiáng)下，可以采取降低管道阻力的方法來提高加熱蒸汽的壓強(qiáng)。在一定條件下也可采用逆流代替并流。壓強(qiáng)。在一定條件下也可采用逆流代替并流。3、減少傳熱阻力、減少傳熱阻力 （1）減少壁厚或使用熱導(dǎo)率較高的材料；（）減少壁厚或使用熱導(dǎo)率較高的材料；（2）防）防止污垢形成或經(jīng)常清除污垢；（止污垢形成或經(jīng)常清除污垢；（3）加大流速，提高湍動(dòng)程度，減少）加大流速，提高湍動(dòng)程度，減少層流內(nèi)層的厚度均有利于提高對(duì)流傳熱系數(shù)。層流內(nèi)

43、層的厚度均有利于提高對(duì)流傳熱系數(shù)。換熱器的分類：換熱器的分類：按用途分：加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器等按用途分：加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器等按傳熱方式分：間壁式、混合式按傳熱方式分：間壁式、混合式按換熱器結(jié)構(gòu)和傳熱面形式對(duì)間壁式換熱器分類：管式和按換熱器結(jié)構(gòu)和傳熱面形式對(duì)間壁式換熱器分類：管式和 板式兩類。前者包括蛇管式、套管式、列管式、翅片管式板式兩類。前者包括蛇管式、套管式、列管式、翅片管式 等，后者包括板式、螺旋板式、夾套式等等，后者包括板式、螺旋板式、夾套式等t1t2T1T2結(jié)構(gòu)：兩種直徑不同的標(biāo)準(zhǔn)管組成同心套管，內(nèi)管可用結(jié)構(gòu)：兩種直徑不同的標(biāo)準(zhǔn)管組成同心套管，內(nèi)

44、管可用U形形管連接，而外管之間也由管子連接。管連接，而外管之間也由管子連接。注意：適當(dāng)選擇兩個(gè)管徑，以使內(nèi)管與環(huán)隙間的流體呈湍流注意：適當(dāng)選擇兩個(gè)管徑，以使內(nèi)管與環(huán)隙間的流體呈湍流狀態(tài)，使具有較高的總傳熱系數(shù)，同時(shí)也減少垢層的形成。狀態(tài)，使具有較高的總傳熱系數(shù)，同時(shí)也減少垢層的形成。缺點(diǎn)：?jiǎn)挝粋鳠崦娴慕饘傧牧亢艽螅嫉剌^大，故一般缺點(diǎn)：?jiǎn)挝粋鳠崦娴慕饘傧牧亢艽?，占地較大，故一般適用于流量不大、所需傳熱面亦不大及高壓的場(chǎng)合。適用于流量不大、所需傳熱面亦不大及高壓的場(chǎng)合。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耐高壓、制造方便、應(yīng)用靈便、傳熱優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耐高壓、制造方便、應(yīng)用靈便、傳熱面易于增減。面易于增減

45、。蛇管式換熱器可分為沉浸式和噴淋式兩種。蛇管式換熱器可分為沉浸式和噴淋式兩種。 沉浸式蛇管換熱器沉浸式蛇管換熱器 蛇管多以金屬管子彎繞而成，或制成適應(yīng)容器需要的形狀，沉浸在容器蛇管多以金屬管子彎繞而成，或制成適應(yīng)容器需要的形狀，沉浸在容器中，兩種流體分別在管內(nèi)、外進(jìn)行換熱。中，兩種流體分別在管內(nèi)、外進(jìn)行換熱。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。缺點(diǎn)：管外液體的對(duì)流傳熱系數(shù)較小，從而總傳熱系數(shù)亦小，缺點(diǎn)：管外液體的對(duì)流傳熱系數(shù)較小，從而總傳熱系數(shù)亦小， 如增設(shè)攪拌裝置，則可提高傳熱效果。如增設(shè)攪拌裝置，則可提高傳熱效果。 噴淋蛇管式

46、換熱器噴淋蛇管式換熱器 冷水由最上面管子的噴淋裝置中淋下，沿管表面下流，而被冷卻的流體冷水由最上面管子的噴淋裝置中淋下，沿管表面下流，而被冷卻的流體自最下面管子流入，由最上面管子中流出，與外面的冷流體進(jìn)行熱交換，所自最下面管子流入，由最上面管子中流出，與外面的冷流體進(jìn)行熱交換，所以傳熱效果較沉浸式為好。與沉浸式相比，該換熱器便于檢修和清洗。其缺以傳熱效果較沉浸式為好。與沉浸式相比，該換熱器便于檢修和清洗。其缺點(diǎn)是占地較大，水滴濺灑到周圍環(huán)境，且噴淋不易均勻。點(diǎn)是占地較大，水滴濺灑到周圍環(huán)境，且噴淋不易均勻。 結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板（又稱花板）、封頭（端蓋）等。結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板（又稱花板）

47、、封頭（端蓋）等。 冷、熱流體兩種流體在列管式換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體冷、熱流體兩種流體在列管式換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體通過管內(nèi)，其行程稱為通過管內(nèi)，其行程稱為管程管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程殼程。 換熱器內(nèi)通過管內(nèi)的流體每通過一次管束稱為換熱器內(nèi)通過管內(nèi)的流體每通過一次管束稱為一個(gè)管程一個(gè)管程；管程；管程數(shù)多有利于提高管程流體的流速和對(duì)流傳熱系數(shù)，但能量損失增加，數(shù)多有利于提高管程流體的流速和對(duì)流傳熱系數(shù)，但能量損失增加，傳熱溫度差小，程數(shù)以傳熱溫度差小，程數(shù)以2 2、4 4、6 6程多見。程多見。 管外流體每通過一次殼體成為管外流體每

48、通過一次殼體成為一個(gè)殼程一個(gè)殼程。在管外裝有在管外裝有折流板（或擋折流板（或擋板）板）可以提高殼程流體的流速，以保持較高的傳熱系數(shù)，折流板形式可以提高殼程流體的流速，以保持較高的傳熱系數(shù)，折流板形式常用的有弓形和盤環(huán)形兩種。折流板同時(shí)起中間支架作用。常用的有弓形和盤環(huán)形兩種。折流板同時(shí)起中間支架作用。 為防止殼體和管束受熱膨脹不同導(dǎo)致的設(shè)備變形、管子扭為防止殼體和管束受熱膨脹不同導(dǎo)致的設(shè)備變形、管子扭彎或松脫，常采用熱補(bǔ)償?shù)姆椒?，主要有以下幾種：彎或松脫，常采用熱補(bǔ)償?shù)姆椒?，主要有以下幾種：浮頭補(bǔ)償浮頭補(bǔ)償：換熱器兩端管板之一不固定在外殼上（此端稱為：換熱器兩端管板之一不固定在外殼上（此端稱為

49、浮頭），當(dāng)管子受熱或受冷時(shí)，連同浮頭一起自由伸縮，而浮頭），當(dāng)管子受熱或受冷時(shí)，連同浮頭一起自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。與外殼的膨脹無關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：容易制造、生產(chǎn)成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適于高壓流優(yōu)點(diǎn)：容易制造、生產(chǎn)成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適于高壓流 體，維修清洗方便。體，維修清洗方便。缺點(diǎn)：結(jié)合面較多，易泄漏。缺點(diǎn)：結(jié)合面較多，易泄漏。補(bǔ)償圈補(bǔ)償補(bǔ)償圈補(bǔ)償：在外殼上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈。當(dāng)外殼和管子熱：在外殼上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈。當(dāng)外殼和管子熱脹冷縮時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性形變，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｃ浝淇s時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性形變，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。U形管補(bǔ)償形管補(bǔ)償：將管子兩端都固定在同一管板上，每根管子可：將管子兩端都

50、固定在同一管板上，每根管子可以自由伸縮，與其他管子和外殼無關(guān)。以自由伸縮，與其他管子和外殼無關(guān)。隔板隔板擋板擋板管束管束殼體殼體 板式換熱器是以板壁為換熱壁的換熱器，常見的有平板板式換熱器是以板壁為換熱壁的換熱器，常見的有平板式、螺旋板式、旋轉(zhuǎn)刮板式以及夾套式換熱器。式、螺旋板式、旋轉(zhuǎn)刮板式以及夾套式換熱器。(1) 平板式換熱器平板式換熱器板片被壓制成槽形或波紋形的目的：板片被壓制成槽形或波紋形的目的：增強(qiáng)剛度，不致受壓變形；增強(qiáng)剛度，不致受壓變形；增強(qiáng)液體的湍動(dòng)程度，增大傳熱面積，亦利于流體的均勻增強(qiáng)液體的湍動(dòng)程度，增大傳熱面積，亦利于流體的均勻分布。分布。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：總傳熱系數(shù)高，污垢熱

51、阻亦較小；總傳熱系數(shù)高，污垢熱阻亦較??；結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大；結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大；操作靈活性大，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)板片數(shù)目以增減傳熱面積或以操作靈活性大，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)板片數(shù)目以增減傳熱面積或以調(diào)節(jié)流道的辦法，適應(yīng)冷、熱流體流量和溫度變化的要求；調(diào)節(jié)流道的辦法，適應(yīng)冷、熱流體流量和溫度變化的要求；加工制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。加工制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：允許操作壓力較低，最高不超過允許操作壓力較低，最高不超過19611961kPakPa，否則容易滲漏；否則容易滲漏；操作溫度不能太高，因受墊片耐熱性能的限制；操作溫度不能太高，

52、因受墊片耐熱性能的限制；處理量不大，因板間距小，流道截面較小，流速亦不能過大。處理量不大，因板間距小，流道截面較小，流速亦不能過大。 (2) 螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器 由兩張平行的薄鋼卷制而成，兩板之間焊有定距柱以保持由兩張平行的薄鋼卷制而成，兩板之間焊有定距柱以保持兩板間距和增加螺旋板的剛度。兩板間距和增加螺旋板的剛度。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積提供的傳熱面積大，總傳熱系數(shù)較優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積提供的傳熱面積大，總傳熱系數(shù)較大，傳熱效率高，不易堵塞。大，傳熱效率高，不易堵塞。缺點(diǎn)：操作壓力和溫度不能太高，流體阻力大，不易檢修。缺點(diǎn)：操作壓力和溫度不能太高，流體阻力大，不易檢修。 夾套要

53、裝在容器外部，在夾套和器壁間形成密閉的空間，成為夾套要裝在容器外部，在夾套和器壁間形成密閉的空間，成為一種流體的通道。一種流體的通道。使用注意事項(xiàng)：使用注意事項(xiàng)： 該換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于反應(yīng)器的加熱或冷卻。適于傳熱該換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于反應(yīng)器的加熱或冷卻。適于傳熱量不大的場(chǎng)合，為提高傳熱性能，可在容器內(nèi)安裝攪拌器，使器內(nèi)量不大的場(chǎng)合，為提高傳熱性能，可在容器內(nèi)安裝攪拌器，使器內(nèi)液體作強(qiáng)制對(duì)流。液體作強(qiáng)制對(duì)流。l當(dāng)用蒸汽進(jìn)行加熱時(shí)，蒸汽由上部接管進(jìn)入夾套，冷凝水由下當(dāng)用蒸汽進(jìn)行加熱時(shí)，蒸汽由上部接管進(jìn)入夾套，冷凝水由下部接管中排出。部接管中排出。l用于冷卻時(shí)，則冷卻水由下部進(jìn)入，由上部流

54、出。用于冷卻時(shí)，則冷卻水由下部進(jìn)入，由上部流出。l由于夾套內(nèi)部清洗困難，故一般用不易產(chǎn)生垢層的水蒸汽、冷由于夾套內(nèi)部清洗困難，故一般用不易產(chǎn)生垢層的水蒸汽、冷卻水等作為載熱體。卻水等作為載熱體。 由刮板在靠近傳熱面處連續(xù)不斷地運(yùn)動(dòng)，使料液成薄膜狀由刮板在靠近傳熱面處連續(xù)不斷地運(yùn)動(dòng)，使料液成薄膜狀流動(dòng)。換熱器由內(nèi)面磨光的中空?qǐng)A筒和帶有刮板的內(nèi)轉(zhuǎn)筒以流動(dòng)。換熱器由內(nèi)面磨光的中空?qǐng)A筒和帶有刮板的內(nèi)轉(zhuǎn)筒以及外圓筒所構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)筒與中間圓筒內(nèi)面之間狹窄的環(huán)形空及外圓筒所構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)筒與中間圓筒內(nèi)面之間狹窄的環(huán)形空間即為被處理料液的通道。間即為被處理料液的通道。刮板的作用：刮板的作用：l提高換熱器的傳熱系數(shù)；

55、提高換熱器的傳熱系數(shù)；l形成乳化、混合和增塑作用。形成乳化、混合和增塑作用。優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)高，拆裝清洗方便。優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)高，拆裝清洗方便。缺點(diǎn)：功率消耗大。缺點(diǎn)：功率消耗大。 混合式換熱器常用于蒸汽的冷凝或氣體的冷卻器，有時(shí)兼混合式換熱器常用于蒸汽的冷凝或氣體的冷卻器，有時(shí)兼作除塵器以及增濕或減濕之用。作除塵器以及增濕或減濕之用。1、噴射式冷凝器、噴射式冷凝器 用逐漸收縮的錐形噴嘴將水或其他液體冷卻劑噴射，致使用逐漸收縮的錐形噴嘴將水或其他液體冷卻劑噴射，致使產(chǎn)生一定的真空度，使得水蒸氣吸入，經(jīng)導(dǎo)向板進(jìn)入混和室產(chǎn)生一定的真空度，使得水蒸氣吸入，經(jīng)導(dǎo)向板進(jìn)入混和室，使其冷卻。適用于真空系統(tǒng)中水

56、蒸氣的排除。，使其冷卻。適用于真空系統(tǒng)中水蒸氣的排除。2、填料式冷卻器、填料式冷卻器 冷水從上部噴淋，與上升的蒸汽在填料層內(nèi)接觸，從而發(fā)冷水從上部噴淋，與上升的蒸汽在填料層內(nèi)接觸，從而發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。生傳熱和傳質(zhì)。3、孔板式冷凝器、孔板式冷凝器 1、段輻射能、段輻射能 物質(zhì)受熱激發(fā)起原子的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而向外以物質(zhì)受熱激發(fā)起原子的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而向外以電磁波的形式發(fā)射并傳播的能量。接受這種電磁波的物體又將電磁波的形式發(fā)射并傳播的能量。接受這種電磁波的物體又將吸收的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能。吸收的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能。10-101010110210410610-410-210-6射線射線無線電波無線電波微波微波

57、X射線射線紫外紫外熱射線熱射線紅外紅外能被物體吸收而轉(zhuǎn)變成熱能的輻射線稱作能被物體吸收而轉(zhuǎn)變成熱能的輻射線稱作熱射線。熱射線。2、電磁波的波長(zhǎng)范圍及熱射線、電磁波的波長(zhǎng)范圍及熱射線3、吸收率、吸收率 A，反射率反射率 R 和透過率和透過率 D （Absorption,Reflection and Diaphaneity )4、黑體、白體和透體、黑體、白體和透體黑體黑體 A=1 白體白體 R=1 透體透體 D=1DRAQQQQ1QQQQQQDRA1DRA根據(jù)能量守恒定律：根據(jù)能量守恒定律：6、單色輻射能、單色輻射能 E及及 Planks Law 單色輻射能：一定溫度下從單位物體表面在單位時(shí)間內(nèi)單

58、色輻射能：一定溫度下從單位物體表面在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射單一波長(zhǎng)輻射的輻射能，其單位為發(fā)射單一波長(zhǎng)輻射的輻射能，其單位為 W/m2bEE黑體發(fā)射能力物體發(fā)射能力黑體吸收輻射能的能力物體吸收輻射能的能力5、灰體和黑度、灰體和黑度 灰體：灰體： 能吸收從能吸收從0無窮長(zhǎng)的所有波長(zhǎng)范圍的輻射能且吸收無窮長(zhǎng)的所有波長(zhǎng)范圍的輻射能且吸收率相等的物體稱灰體。率相等的物體稱灰體。黑度黑度：輻射率輻射率黑體的單色輻射能黑體的單色輻射能 E Eb b 可用可用Planks Law Planks Law 精確地描述：精確地描述：1251eTCbCE 由黑體輻射譜中能量分布圖由黑體輻射譜中能量分布圖可知：隨著溫度的提高，

59、物體可知：隨著溫度的提高，物體最大輻射能漸向波長(zhǎng)縮短的方最大輻射能漸向波長(zhǎng)縮短的方向移動(dòng)。向移動(dòng)。E bT=1400 KT=1200 K010Eb黑體的單色輻射能力，黑體的單色輻射能力，w/m3 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，mT物體的熱力學(xué)溫度，物體的熱力學(xué)溫度，KC1常數(shù)，其值為常數(shù)，其值為3.74310-16Wm2C2常數(shù)，其值為常數(shù)，其值為1.438710-2mK7、斯蒂芬、斯蒂芬波爾茨曼波爾茨曼（Stephen-Boltzman ）定律定律全輻射能為所有單色輻射能之和，即全輻射能為所有單色輻射能之和，即對(duì)黑體對(duì)黑體4040)100(TcTdEEbb 稱為稱為斯蒂芬斯蒂芬波爾茨曼波爾茨曼輻射常數(shù)，其值為

60、輻射常數(shù)，其值為 5.6710-8 w/(m2K4) c0稱為黑體輻射系數(shù)稱為黑體輻射系數(shù) 上式說明，黑體的全發(fā)射能力正比于熱力學(xué)溫度的四次上式說明，黑體的全發(fā)射能力正比于熱力學(xué)溫度的四次方，此關(guān)系稱為方，此關(guān)系稱為斯蒂芬斯蒂芬波爾茨曼定律，波爾茨曼定律，亦稱四次方定律。亦稱四次方定律。0dEE(W/m2)42412121)100()100(TTACQC C 1212 稱為總輻射系數(shù)；稱為總輻射系數(shù)； 稱為角系數(shù)，表示由輻射面稱為角系數(shù)，表示由輻射面A發(fā)射出的能量為另一物體所截發(fā)射出的能量為另一物體所截獲的分?jǐn)?shù)，與兩物體幾何排列和面積有關(guān)。獲的分?jǐn)?shù)，與兩物體幾何排列和面積有關(guān)。)(222222