傳熱與傳質(zhì)最全計(jì)算

1、LOGO 傳熱傳質(zhì)傳熱傳質(zhì)方法及計(jì)算公式方法及計(jì)算公式 傳熱跟我們的生活密切相關(guān)傳熱在生活中的應(yīng)用：1、做飯時(shí)，蒸、煮、炒等都是傳熱過程，飯菜涼了我們也要“熱一熱”再吃；2、冬天開暖氣供暖，屋子里暖和、舒服；3、穿衣服要看天氣，根據(jù)溫度變化選擇衣服，冬天穿棉襖，夏天穿單薄的衣服。什么是傳熱?傳熱傳熱即熱量傳遞，凡是有溫度差存在的地方，必然有熱的傳遞，傳熱是極為普遍的一種能量傳遞過程，化工生產(chǎn)與傳熱的關(guān)系尤為密切。 高溫 低溫傳熱過程的推動(dòng)力：溫度差溫度差傳熱推動(dòng)力 傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用：傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用： 1、物料的加熱、冷卻或者冷凝、蒸發(fā)過程。 加熱加熱：熔鹽爐、混合氣預(yù)熱、再沸器 聚合釜夾

2、套升溫、汽提、干燥等 冷卻冷卻：采用循環(huán)水、7水、-35鹽水等冷卻水 轉(zhuǎn)化器、合成爐用熱水冷卻 冷凝冷凝：氯氣液化、混合脫水、氯乙烯單體冷凝 蒸發(fā)蒸發(fā)：堿液蒸發(fā)、PVC干燥傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用 2、化工設(shè)備和管道的保溫（保冷），以減少熱量（冷量）損失。 保溫：如蒸汽管道、熱水管道。 保冷：-35鹽水、7水管道 3、生產(chǎn)中熱能的合理利用，廢熱回收。 廢熱利用：氯化氫合成熱用于溴化鋰及采暖、轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱用于溴化鋰機(jī)組 研究傳熱的目的研究傳熱的目的1、提高傳熱速率 強(qiáng)化傳熱，減小設(shè)備尺寸，節(jié)省費(fèi)用2、降低傳熱速率 削弱傳熱，減少熱量損失傳熱的基本方式

3、傳熱的基本方式熱的傳遞是由于物體內(nèi)部或物體之間的溫度不同而引起的。當(dāng)無外功輸入時(shí)，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱總是自動(dòng)地從溫度較高的部分傳給溫度較低的部分， 或是溫度較高的物體傳給溫度較低的物體。 根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種。傳熱的分類傳熱的分類 傳熱的分類傳熱的分類分類：按連續(xù)性按與時(shí)間的關(guān)系間歇傳熱連續(xù)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱速率常數(shù)，穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱速率=常數(shù)，LOGO根據(jù)傳熱的機(jī)理不同，熱量傳遞的基本方式分為三種：根據(jù)傳熱的機(jī)理不同，熱量傳遞的基本方式分為三種：導(dǎo)導(dǎo) 熱熱對(duì)對(duì) 流流熱輻射熱輻射 當(dāng)物體內(nèi)部或兩個(gè)直接接觸的物體存在著當(dāng)物體內(nèi)部或兩個(gè)直接接觸的物體存在著

4、溫差溫差時(shí)，時(shí)，由于分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而由于分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起熱量的傳遞。熱量由高溫度部分傳到低溫部分，引起熱量的傳遞。熱量由高溫度部分傳到低溫部分，或從高溫物體傳到與之相接觸的低溫物體，直到各或從高溫物體傳到與之相接觸的低溫物體，直到各部分溫度相等為止，這種熱量傳遞過程稱為部分溫度相等為止，這種熱量傳遞過程稱為導(dǎo)熱導(dǎo)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對(duì)流對(duì)流傳熱（即對(duì)流）傳熱（即對(duì)流） 。 對(duì)流的形式可分為：對(duì)流的形式可分為： （1 1）、）、自然對(duì)流：自然對(duì)流：由于流體中各處的

5、溫度不同而引起密度由于流體中各處的溫度不同而引起密度的差別。輕者上浮，重者下沉，流體之間產(chǎn)生相對(duì)位移。的差別。輕者上浮，重者下沉，流體之間產(chǎn)生相對(duì)位移。 （2 2）、）、強(qiáng)制對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流：由于泵、風(fēng)機(jī)或攪拌等外力的作用使得由于泵、風(fēng)機(jī)或攪拌等外力的作用使得流體質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。流體質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。 在化工傳熱過程中在化工傳熱過程中, ,通常是流體流經(jīng)固體壁面時(shí)發(fā)生的對(duì)流通常是流體流經(jīng)固體壁面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過程和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過程. .因物體本身溫度的原因激發(fā)產(chǎn)生的電磁波在空間的因物體本身溫度的原因激發(fā)產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為傳遞，稱為熱輻射熱輻射。 輻射傳熱的特點(diǎn)是

6、：輻射傳熱的特點(diǎn)是：（1 1）、能量傳遞過程中有能量形式的轉(zhuǎn)變）、能量傳遞過程中有能量形式的轉(zhuǎn)變（2 2）、任何物體只要在熱力學(xué)溫度零度以上都能發(fā)射輻）、任何物體只要在熱力學(xué)溫度零度以上都能發(fā)射輻射能射能dxdTAdxdTqTTT+dTT1T2dxxdxdT溫度梯度，表示熱流方向溫度變化的強(qiáng)度，溫度梯溫度梯度，表示熱流方向溫度變化的強(qiáng)度，溫度梯度越大，說明熱流方向單位長度上的溫差越大。度越大，說明熱流方向單位長度上的溫差越大。負(fù)號(hào)負(fù)號(hào) 表示熱流方向與溫度梯度方向相反表示熱流方向與溫度梯度方向相反,熱量是沿溫度熱量是沿溫度 降低的方向傳遞降低的方向傳遞. 傅里葉定理是研究傳熱過程的重要方程， 在

7、工程上 主要解決三個(gè)問題：計(jì)算傳熱量或熱量損失；確定面上的溫度；確定保溫層的壁厚。dxdTA（1 1）、固體的導(dǎo)熱系數(shù)）、固體的導(dǎo)熱系數(shù)大多數(shù)固體大多數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度大致呈線性關(guān)系。與溫度大致呈線性關(guān)系。 =0 0（1+1+t t） -溫度系數(shù)溫度系數(shù)（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：液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)比一般液體高液態(tài)金屬：液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)比一般液體高 液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低。液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低。其他液體：水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，除水和甘油等幾種液體外，大多數(shù)其他液體：水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，除水和甘油等幾種液體外，大多數(shù)液體液體隨溫度升高略有減少，純

8、液體隨溫度升高略有減少，純液體比混合液體一般比混合液體一般要大一些。要大一些。（3 3）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大，隨壓強(qiáng)增大而增加氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大，隨壓強(qiáng)增大而增加。RTATT21ARTT1T2x21TTT稱為導(dǎo)熱熱阻稱為導(dǎo)熱熱阻稱為導(dǎo)熱的推動(dòng)力稱為導(dǎo)熱的推動(dòng)力niiinATT111AAATTAAATTT33221141332211321TT2T3T1T41x32niiiniiiAAAATTTT13322111332211321:各層平壁的溫差降與該層的熱阻成正比。各層平壁的溫差降與該層的熱阻成正比。LrrR2ln12）（LrrrrrLAmm2

9、ln21212）（）（）（1212lnrrrrrm）（）（1221ln2rrTTL)()()(122121rrTTATTAmm熱阻為熱阻為: :上式也可以寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程類似形式上式也可以寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程類似形式: :其中對(duì)數(shù)平均面積為其中對(duì)數(shù)平均面積為: :對(duì)數(shù)平均半徑為對(duì)數(shù)平均半徑為: :當(dāng)當(dāng)r r2 2/r/r1 122時(shí)時(shí), , 221rrrmT1L Lr1r2T2dr34323212141ln1ln1ln12rrrrrrTTL）（niiiirrTL11ln12r1r2r4r3T1T3T4T2T=T1 Tn+1r1r2t1tf212121121ln21LrrrLttRR

10、ttfft t1 1-保溫層內(nèi)表面溫度；保溫層內(nèi)表面溫度；t tf f-環(huán)境溫度環(huán)境溫度r r1 1、r r2 2-分別為保溫層內(nèi)外壁半徑；分別為保溫層內(nèi)外壁半徑；-為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)-為對(duì)流傳熱系數(shù)；為對(duì)流傳熱系數(shù)；L-L-為管長為管長01)ln()11)(2221222212rrrrrttldrdf2r稱為臨界半徑稱為臨界半徑rcBrcr2t212自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流無相變化有相變化蒸汽冷凝液體沸騰膜狀冷凝滴狀冷凝對(duì)流傳熱分類對(duì)流傳熱分類，由于流體粘性的存在，由于流體粘性的存在，靠近壁面的一薄層流體作層流流動(dòng)靠近壁面的一薄層流體作層流流動(dòng) ，稱為層流底層，熱量傳遞主要是靠

11、分子稱為層流底層，熱量傳遞主要是靠分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以導(dǎo)熱方式進(jìn)行，熱阻主要集擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以導(dǎo)熱方式進(jìn)行，熱阻主要集中在層流底層中，造成較大的溫度降。中在層流底層中，造成較大的溫度降。，在層流底層與湍流主體，在層流底層與湍流主體之間存在著一個(gè)過渡區(qū)，該區(qū)的流體由之間存在著一個(gè)過渡區(qū)，該區(qū)的流體由于漩渦運(yùn)動(dòng)，而造成流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)于漩渦運(yùn)動(dòng)，而造成流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，熱量傳遞除了以傳導(dǎo)方式外，還運(yùn)動(dòng)，熱量傳遞除了以傳導(dǎo)方式外，還有對(duì)流方式存在，故溫度梯度逐漸變有對(duì)流方式存在，故溫度梯度逐漸變小。，流體質(zhì)點(diǎn)的劇烈碰撞，流體質(zhì)點(diǎn)的劇烈碰撞與混合，熱量傳遞以對(duì)流方式為主，可與混合，熱量傳遞以對(duì)流方式為主，可以

12、認(rèn)為無熱阻，溫度梯度為零，各處的以認(rèn)為無熱阻，溫度梯度為零，各處的溫度相等。溫度相等。12層流內(nèi)層過渡區(qū)湍流主體區(qū)湍流主體區(qū))()(11111111WWTTATTA)()(22222222TTATTAWW熱流體側(cè)熱流體側(cè) 冷流體側(cè)冷流體側(cè)TA1 1、流體的流動(dòng)狀態(tài)、流體的流動(dòng)狀態(tài)2 2、流體的對(duì)流狀況、流體的對(duì)流狀況3 3、流體的物理性質(zhì)、流體的物理性質(zhì)影響較大的物性有流體的比熱、導(dǎo)熱影響較大的物性有流體的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、密度和粘度。系數(shù)、密度和粘度。4 4、傳熱表面的形狀，大小和位置、傳熱表面的形狀，大小和位置5 5、流體相變的影響、流體相變的影響12對(duì)流傳熱膜系數(shù)的物理意義: 當(dāng)壁面和流體

13、主體溫度差為1K時(shí),單位面積的固體壁面上單位時(shí)間內(nèi)以對(duì)流傳熱方式傳遞的熱量。對(duì)流傳熱方程式以很簡單的形式表達(dá)了復(fù)雜的對(duì)流傳熱過程的傳熱速率，其中的膜系數(shù)包括了所有影響對(duì)流傳熱過程的復(fù)雜因素。由于對(duì)流傳熱系數(shù)受很多因素的影響，不可能提出一個(gè)確定的普遍公式?？刹樵兿嚓P(guān)資料取經(jīng)驗(yàn)值。四、提高傳熱膜系數(shù)的途徑四、提高傳熱膜系數(shù)的途徑（一）無相變的對(duì)流傳熱： 提高流體流速是強(qiáng)化傳熱的有效措施，但流體流速增大后能量損失增加。（二）冷凝傳熱： （1）不凝氣體 蒸汽內(nèi)含有不凝氣體，形成氣膜，使傳熱阻力增大，對(duì)流傳熱系數(shù)降低。（2）蒸汽流速和流向 蒸汽與液膜流向一致，加速液膜流動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)增大；蒸汽流速增大

14、對(duì)流傳熱膜系數(shù)增大（3）蒸汽過熱情況 按飽和蒸汽冷凝處理（4）冷凝面的高度及布置方式 冷凝液膜增厚會(huì)降低傳熱系數(shù)。2022-5-8液體沸騰 大容積沸騰 管內(nèi)沸騰 沸騰曲線沸騰曲線 當(dāng)溫度差較小時(shí)，液體內(nèi)部產(chǎn)生自然對(duì)流，較小，且隨溫度升高較慢。 當(dāng)t逐漸升高，在加熱表面的局部位置產(chǎn)生氣泡，該局部位置稱為氣化核心。氣泡產(chǎn)生的速度t隨上升而增加， 急劇增大。稱為泡核沸騰或核狀沸騰。 （三）、沸騰傳熱（1）溫度差 溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù)2022-5-8（2）操作壓力 提高壓力提高飽和溫度，液體黏度及表面張力下降，有利于氣泡生成與脫離壁面，強(qiáng)化了對(duì)流傳熱過程。 （3）流體物性 表面張力小 潤濕能

15、力大的液體，形成的氣泡容易離開表面，對(duì)沸騰傳熱有利。（4）加熱面 壁面粗糙，發(fā)生氣泡的核心多些，氣泡上升運(yùn)動(dòng)越激烈，從而強(qiáng)化了傳熱。T1T2T2T1 = K A Tm 化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到物料通過管壁或容器器壁加熱化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到物料通過管壁或容器器壁加熱或冷卻的傳熱過程。熱流體以對(duì)流的方式傳給固體壁面，或冷卻的傳熱過程。熱流體以對(duì)流的方式傳給固體壁面，而固體壁面內(nèi)部以導(dǎo)熱的方式把熱量從一側(cè)表面?zhèn)鹘o另一而固體壁面內(nèi)部以導(dǎo)熱的方式把熱量從一側(cè)表面?zhèn)鹘o另一側(cè)表面，然后再以對(duì)流的方式把熱量傳給冷流體，這個(gè)傳側(cè)表面，然后再以對(duì)流的方式把熱量傳給冷流體，這個(gè)傳熱過程稱為熱交換。下面套管式換熱器是間壁式換

16、熱器中熱過程稱為熱交換。下面套管式換熱器是間壁式換熱器中最常用的一種。最常用的一種。 工業(yè)生產(chǎn)中由于流體溫度的變化吸收或放出熱量稱為工業(yè)生產(chǎn)中由于流體溫度的變化吸收或放出熱量稱為。在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，若忽略熱損失，熱量的衡。在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，若忽略熱損失，熱量的衡算關(guān)系式為：熱流體放出的熱量算關(guān)系式為：熱流體放出的熱量= =冷流體吸收的熱量。冷流體吸收的熱量。熱負(fù)荷的計(jì)算，可以分為兩種情況：熱負(fù)荷的計(jì)算，可以分為兩種情況：熱流體熱流體: 放放 = qmhCph ( T1 T2) = qmh ( H1 H2) 冷流體冷流體: 冷冷 = qmcCpc ( T2 T1) = qmc ( H2 H1)

17、放放 = 冷冷 qmhCph ( T1 T2) = qmcCpc ( T2 T1) 其中其中qmh和和qmc分別為熱、冷流體的質(zhì)量流量，分別為熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s或或kg/h 通過換熱器中任一微元面積通過換熱器中任一微元面積dAdA的間壁的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程，可以仿照對(duì)兩側(cè)流體的傳熱速率方程，可以仿照對(duì)流傳熱速率方程寫出：流傳熱速率方程寫出：d = K ( T T) dA = K T dA1、總傳熱速率微分方程、總傳熱速率微分方程2、恒溫傳熱、恒溫傳熱 換熱器間壁兩側(cè)流體的溫度都是恒定，比如：蒸發(fā)換熱器間壁兩側(cè)流體的溫度都是恒定，比如：蒸發(fā)器中，一側(cè)為飽和蒸汽；另一側(cè)為沸騰液

18、體，它們之間傳器中，一側(cè)為飽和蒸汽；另一側(cè)為沸騰液體，它們之間傳熱就是恒溫傳熱。熱就是恒溫傳熱。 = K A T = K A ( T T) dATTdK-總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù).W/(m2)變溫傳熱可以分為以下幾種情況：變溫傳熱可以分為以下幾種情況：間壁一側(cè)流體為恒溫，另一側(cè)流體為變溫。間壁一側(cè)流體為恒溫，另一側(cè)流體為變溫。 如：用恒壓蒸汽加熱另一種流體，蒸汽溫度恒定，流體如：用恒壓蒸汽加熱另一種流體，蒸汽溫度恒定，流體為變溫；為變溫；又如：用熱流體加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的流體，又如：用熱流體加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的流體，流體的沸騰溫度保持恒定。流體的沸騰溫度保持恒定。溫溫 a、

19、并流，換熱器中冷、熱流體同向平行流動(dòng)、并流，換熱器中冷、熱流體同向平行流動(dòng) 度度 b、逆流，換熱器中冷、熱流體反向平行流動(dòng)、逆流，換熱器中冷、熱流體反向平行流動(dòng) 均均 c、錯(cuò)流，換熱器中冷、熱流體相互垂直流動(dòng)、錯(cuò)流，換熱器中冷、熱流體相互垂直流動(dòng) 有有 并流逆流交錯(cuò)并流逆流交錯(cuò) 變變 d、折流、折流 化化 多次錯(cuò)流多次錯(cuò)流T1T2T2T1T1T2T2T1T1T2T1T2T1T2T1T2 ),(RPfT1112TTTTP兩流體的最初溫差冷流體的溫升1221TTTTR冷流體的溫升熱流體的溫降逆mTmTT 對(duì)于錯(cuò)流和折流的平均溫差計(jì)算，先按逆流時(shí)計(jì)算對(duì)數(shù)對(duì)于錯(cuò)流和折流的平均溫差計(jì)算，先按逆流時(shí)計(jì)算對(duì)

20、數(shù)平均溫度差，再乘以校正系數(shù)平均溫度差，再乘以校正系數(shù) T，而校正系數(shù)，而校正系數(shù)T是冷、熱是冷、熱流體的溫度變化流體的溫度變化P和和R和函數(shù)和函數(shù)。 將該函數(shù)繪成曲線，然后通過將該函數(shù)繪成曲線，然后通過P、R查找查找 T （可通過工程手冊(cè)查?。赏ㄟ^工程手冊(cè)查取）（1）、流向?qū)鳠崞骄鶞夭畹挠绊懀?、流向?qū)鳠崞骄鶞夭畹挠绊?、間壁兩側(cè)流體為恒溫、間壁兩側(cè)流體為恒溫、間壁一側(cè)恒溫另一側(cè)為變溫、間壁一側(cè)恒溫另一側(cè)為變溫、間壁兩側(cè)均為變溫、間壁兩側(cè)均為變溫Tm并并=Tm逆逆主要考慮設(shè)備結(jié)主要考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)以及操作上的方便構(gòu)以及操作上的方便、間壁兩側(cè)流體為恒溫、間壁兩側(cè)流體為恒溫、間壁一側(cè)恒溫另一側(cè)為

21、變溫、間壁一側(cè)恒溫另一側(cè)為變溫、間壁兩側(cè)均為變溫、間壁兩側(cè)均為變溫 Tm并并Tm逆逆； = K A Tm 當(dāng)當(dāng)一定時(shí)，一定時(shí)，Tm增加，增加，A減小，說明逆流時(shí)所需傳熱面積比并流小減小，說明逆流時(shí)所需傳熱面積比并流?。?）、流向?qū)d熱體用量的影響）、流向?qū)d熱體用量的影響由于由于Tm并并=Tm逆逆，并流逆流，并流逆流時(shí)的載熱體用量都相等時(shí)的載熱體用量都相等T1T2T1并并T2并并T2逆逆T1逆逆(1)、并流時(shí)，加熱介質(zhì)由、并流時(shí)，加熱介質(zhì)由T1并并降到降到T2并并 其最低極限出口溫度可以達(dá)到冷流體出口其最低極限出口溫度可以達(dá)到冷流體出口溫度溫度T2。(2)、逆流時(shí)，加熱介質(zhì)由、逆流時(shí)，加熱介質(zhì)

22、由T1逆逆降到降到T2逆逆 其最低極限出口溫度可以達(dá)到冷流體進(jìn)口其最低極限出口溫度可以達(dá)到冷流體進(jìn)口 溫度溫度T1。 T2T1,則逆流操作時(shí)就有可能使則逆流操作時(shí)就有可能使T2逆逆 T2并并.）即并逆并逆, 21p,1122, p2,m, 21p,1122, p2,m1 ,1 ,TT(c)TT(cqTT(c)TT(cqmmqqT1mTKATTTTKA2121ln2121lnTTTTTm221TTTmT1T2T1T2dTdTT T1 1T TT T2 212dl微元面積微元面積dA的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程d = K ( T T) dA = K T dA當(dāng)當(dāng)T1 /

23、 T2 2時(shí)，時(shí)，dA、加熱某些熱敏性物料時(shí)，采用并流較易控制物料出口、加熱某些熱敏性物料時(shí)，采用并流較易控制物料出口溫度，從而避免因出口溫度過高而影響物料的質(zhì)量。溫度，從而避免因出口溫度過高而影響物料的質(zhì)量。、加熱高粘度物料時(shí)，采用并流可使物料進(jìn)入換熱器后、加熱高粘度物料時(shí)，采用并流可使物料進(jìn)入換熱器后迅速升高溫度，從而降低物料粘度，提高熱交換的效果。迅速升高溫度，從而降低物料粘度，提高熱交換的效果。、對(duì)于某些高溫?fù)Q熱器，采用逆流操作時(shí)，高溫集中一、對(duì)于某些高溫?fù)Q熱器，采用逆流操作時(shí)，高溫集中一端，會(huì)使一端的溫度過高，對(duì)設(shè)備材料的耐熱性能要求較端，會(huì)使一端的溫度過高，對(duì)設(shè)備材料的耐熱性能要求

24、較高，而采用并流則可以降低該處的溫度，可以延長換熱器高，而采用并流則可以降低該處的溫度，可以延長換熱器的壽命。的壽命。1、選取經(jīng)驗(yàn)值、選取經(jīng)驗(yàn)值 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出一套參考數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)換熱器根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出一套參考數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，可以根據(jù)設(shè)備型式、結(jié)構(gòu)相同，雷諾數(shù)、物料的物性時(shí)，可以根據(jù)設(shè)備型式、結(jié)構(gòu)相同，雷諾數(shù)、物料的物性參數(shù)和已知參數(shù)和已知K值的生產(chǎn)設(shè)備相同或接近時(shí)，可以參考相近值的生產(chǎn)設(shè)備相同或接近時(shí)，可以參考相近設(shè)備設(shè)備,取相同的取相同的K值作為設(shè)計(jì)值。值作為設(shè)計(jì)值。2、測(cè)定總傳熱系數(shù)、測(cè)定總傳熱系數(shù) 對(duì)于現(xiàn)有的換熱器，通過實(shí)驗(yàn)的方法以來測(cè)定，按公式對(duì)于現(xiàn)有的換熱器，通

25、過實(shí)驗(yàn)的方法以來測(cè)定，按公式計(jì)算計(jì)算mTAK3、總傳熱系數(shù)的計(jì)算、總傳熱系數(shù)的計(jì)算對(duì)于間壁式換熱器對(duì)于間壁式換熱器 2211222211111111dAdAdATTdATTdATTdATTdmwmwww1）、以傳熱面積）、以傳熱面積A1 為基準(zhǔn)的總傳熱速率方程為：為基準(zhǔn)的總傳熱速率方程為：)(11TTdAKd221111111dAdAdAdAKm212111111dAdAdAdAKm212111111ddddKmdA2TTdTW1TW2dA1)(22TTdAKd221122111dAdAdAdAKm工程計(jì)算中，一般以管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算總傳熱系數(shù)工程計(jì)算中，一般以管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算總傳熱系數(shù)

26、K K221212111mdAdAdAdAK221212111mddddK2）、以傳熱面積）、以傳熱面積A2 為基準(zhǔn)的總傳熱速率方程為：為基準(zhǔn)的總傳熱速率方程為：3）、污垢熱阻）、污垢熱阻 實(shí)際生產(chǎn)中，換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，傳熱面會(huì)產(chǎn)生實(shí)際生產(chǎn)中，換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，傳熱面會(huì)產(chǎn)生污垢，影響傳熱效果，使總傳熱系數(shù)下降。污垢，影響傳熱效果，使總傳熱系數(shù)下降。2122121111111ddddRddRKm如果間壁兩側(cè)的污垢熱阻分別為如果間壁兩側(cè)的污垢熱阻分別為R1和和R2，則總傳熱系數(shù)為：，則總傳熱系數(shù)為：（1）、對(duì)于傳熱面為平壁、或管徑較大且管壁較薄）、對(duì)于傳熱面為平壁、或管徑較大且管壁較薄的壁

27、面的壁面,即即 d1d2dm=d,則其傳熱系數(shù)計(jì)算式為：則其傳熱系數(shù)計(jì)算式為：2211111RRK 由于污垢影響傳熱效果，在使用過程中必須減緩污垢的由于污垢影響傳熱效果，在使用過程中必須減緩污垢的形成，及時(shí)清除污垢。形成，及時(shí)清除污垢?；どa(chǎn)中防止和減少污垢熱阻形成的途徑：1、提高流體的流速，使所攜帶的懸浮物不致沉積下來；2、控制冷卻水的加熱程度，防止有水垢析出；3、對(duì)有垢層形成的設(shè)備必須定期檢查除垢，以維持較高的傳熱速率。1、人工除垢；2、機(jī)械除垢；3、化學(xué)清洗。化工生產(chǎn)中常用的除垢方法：常有化學(xué)清洗劑有酸、堿、氧化劑、金屬離子鰲合劑、殺蟲劑等?；瘜W(xué)清洗劑去除物體表面污垢時(shí)，化學(xué)清洗劑會(huì)與

28、被清洗得物體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成腐蝕，使用時(shí)要加入金屬緩蝕劑及鈍化劑等助劑。（2）、當(dāng)污垢熱阻忽略時(shí)）、當(dāng)污垢熱阻忽略時(shí)21111K（3）、污垢熱阻忽略不計(jì)）、污垢熱阻忽略不計(jì),且傳熱壁熱阻較小，可以忽且傳熱壁熱阻較小，可以忽略不計(jì)。略不計(jì)。21111K或或2121K則則當(dāng)當(dāng)21時(shí)時(shí) K 121221211111111ddddRddRKKm = K A Tm一、增大傳熱面積一、增大傳熱面積 增大傳熱面積，可以提高傳熱速率，但不能僅僅依增大傳熱面積，可以提高傳熱速率，但不能僅僅依靠增大設(shè)備尺寸來實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是從設(shè)備的結(jié)構(gòu)來考慮，提靠增大設(shè)備尺寸來實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是從設(shè)備的結(jié)構(gòu)來考慮，提高緊湊性，單位體積內(nèi)

29、提高傳熱面積。改進(jìn)傳熱面的結(jié)構(gòu)，高緊湊性，單位體積內(nèi)提高傳熱面積。改進(jìn)傳熱面的結(jié)構(gòu)，如用螺旋波紋管代替光滑管，或采用翅化管換熱器，板式如用螺旋波紋管代替光滑管，或采用翅化管換熱器，板式換熱器，以及板翅式換熱器，來增大傳熱面積。換熱器，以及板翅式換熱器，來增大傳熱面積。二、增大平均溫度差二、增大平均溫度差1、熱交換的兩流體采用逆流操作。、熱交換的兩流體采用逆流操作。2、提高熱流體溫度或降低冷流體的溫度。、提高熱流體溫度或降低冷流體的溫度。三、增大總的傳熱系數(shù)三、增大總的傳熱系數(shù)3、提高傳熱膜系數(shù)、提高傳熱膜系數(shù)1）、當(dāng)傳熱膜系數(shù)）、當(dāng)傳熱膜系數(shù)1、2相差不大，或在同一個(gè)數(shù)量級(jí)相差不大，或在同一個(gè)

30、數(shù)量級(jí)時(shí)，欲使時(shí)，欲使K值增大，應(yīng)同時(shí)增大值增大，應(yīng)同時(shí)增大1、22）、當(dāng)傳熱膜系數(shù)）、當(dāng)傳熱膜系數(shù)1、2相差較大時(shí)，欲使相差較大時(shí)，欲使K值增大，應(yīng)值增大，應(yīng)增大增大1、2中較小的一方。中較小的一方。2、減小熱阻、減小熱阻/值值 對(duì)于間壁式換熱器，管壁厚較薄，而金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于間壁式換熱器，管壁厚較薄，而金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)較大，熱阻較大，熱阻/較小，故對(duì)較小，故對(duì)K的影響較小。的影響較小。1、降低污垢熱阻、降低污垢熱阻R1，R2 管內(nèi)、外污垢厚度盡管很薄，但垢層的導(dǎo)熱系數(shù)較小，因而管內(nèi)、外污垢厚度盡管很薄，但垢層的導(dǎo)熱系數(shù)較小，因而產(chǎn)生的熱阻較大，對(duì)產(chǎn)生的熱阻較大，對(duì)K值影響較大，必須

31、防止污垢的產(chǎn)生，應(yīng)值影響較大，必須防止污垢的產(chǎn)生，應(yīng)及時(shí)清除。及時(shí)清除。保持流體一定的流速?zèng)_刷管壁防止污垢的沉保持流體一定的流速?zèng)_刷管壁防止污垢的沉積，或者采用化學(xué)或機(jī)械的方法抑制污垢的產(chǎn)生，定時(shí)清洗。積，或者采用化學(xué)或機(jī)械的方法抑制污垢的產(chǎn)生，定時(shí)清洗。A）、增大流速）、增大流速(增加管程數(shù)增加管程數(shù),管外增加擋板管外增加擋板),減小管徑，減小管徑，湍流程度的加強(qiáng)，可以增大傳熱膜系數(shù)湍流程度的加強(qiáng)，可以增大傳熱膜系數(shù)B）、采用粗糙管或管內(nèi)裝入麻花鐵、螺旋圈、金屬絲）、采用粗糙管或管內(nèi)裝入麻花鐵、螺旋圈、金屬絲等添加物，可以增加流體的湍流程度，從而增大傳熱膜等添加物，可以增加流體的湍流程度，從

32、而增大傳熱膜系數(shù)系數(shù)，也可以增加傳熱面積，強(qiáng)化傳熱。，也可以增加傳熱面積，強(qiáng)化傳熱。2）、采用導(dǎo)熱系數(shù)較大的流體作載熱體，）、采用導(dǎo)熱系數(shù)較大的流體作載熱體，如：熔鹽、液態(tài)金屬如：熔鹽、液態(tài)金屬)(2 . 08 . 0duA 對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在傳熱邊界層、熱量以導(dǎo)熱方對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在傳熱邊界層、熱量以導(dǎo)熱方式進(jìn)行傳遞，而流體的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬壁面小得多，往往式進(jìn)行傳遞，而流體的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬壁面小得多，往往進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，減小熱阻，提高進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，減小熱阻，提高K，可采用以下途徑：，可采用以下途徑：1)、增加湍流程度、增加湍流程度,以減小層流底層厚度以減小層流底層厚度3）、盡量采用

33、有相變化的載熱體，可以得到較大的對(duì)流）、盡量采用有相變化的載熱體，可以得到較大的對(duì)流傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)。實(shí)際生產(chǎn)中強(qiáng)化傳熱的途徑1、增加單位體積的傳熱面積這個(gè)只有在技改或更新時(shí)候才更換患熱面積更大的，或增加設(shè)備數(shù)量。2、提高傳熱溫度差傳熱溫度差是傳熱過程的推動(dòng)力，推動(dòng)力越大，過程進(jìn)行得越快。為什么濃硫酸清凈要改用燒堿溴化鋰7度水，為什么氯乙烯廠7度水溫度高，尾氣排放量大 ，高塔壓力偏高，原因就在于溫度差，7度水溫度越低，傳熱越快。3、提高總傳熱系數(shù)K值 對(duì)換熱器進(jìn)行清理，如設(shè)備排污、高壓清洗、化學(xué)清洗。六、熱輻射1、熱輻射 是一種以電磁波傳遞能量的方式，凡是溫度在絕對(duì)零度（-273.15 ）以

34、上的物體都可以發(fā)射輻射能，只有當(dāng)物體發(fā)射的輻射能被另一物體吸收并轉(zhuǎn)化為熱能的過程，才稱為熱輻射。2、黑體 能全部吸收輻射能的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡稱黑體。 5、灰體 大部分物體屬于灰體，部分吸收輻射能，部分輻射能反射回去，這樣的物體稱為灰體。3、白體 能夠全部反射輻射能的物體，稱為絕對(duì)白體，簡稱白體或鏡體。 4、透熱體 能夠全部透過輻射能的物體，稱為透熱體。 5、黑度 物體輻射能力與同溫度的黑體的輻射能力的比值，稱為黑度。1、夾套式換熱器、夾套式換熱器 容器或反應(yīng)釜外的夾套。容器或反應(yīng)釜外的夾套。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、傳熱系數(shù)不高結(jié)構(gòu)簡單、傳熱系數(shù)不高2、沉浸式蛇管換熱器、沉浸式蛇管換熱器

35、蛇形盤管沉浸在容器的液體中，加熱或冷卻。蛇形盤管沉浸在容器的液體中，加熱或冷卻。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳熱系數(shù)、傳熱面積較小結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳熱系數(shù)、傳熱面積較小3、噴淋式換熱器、噴淋式換熱器 由上至下噴淋冷卻水，由上至下噴淋冷卻水，特點(diǎn)：特點(diǎn)：傳熱效果較好，但占地面積大，放室外易結(jié)垢。傳熱效果較好，但占地面積大，放室外易結(jié)垢。4、套管式換熱器、套管式換熱器由直徑不同的同心套管組成由直徑不同的同心套管組成特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能承受高壓，有較大的伸縮性，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能承受高壓，有較大的伸縮性，但占地面積大，接頭多易泄漏，用于流量不大，傳熱面積不但占地面積大，接

36、頭多易泄漏，用于流量不大，傳熱面積不大的高壓場(chǎng)合。大的高壓場(chǎng)合。目前應(yīng)用最廣的換熱設(shè)備目前應(yīng)用最廣的換熱設(shè)備固定管板式固定管板式 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，由于管殼程不易清洗或檢修、管外物料要求比較清潔，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，由于管殼程不易清洗或檢修、管外物料要求比較清潔，不易結(jié)垢。不易結(jié)垢。浮頭式浮頭式 換熱器兩端的管板，有一端是不與殼體相連，可以沿管長方向自由浮動(dòng)。換熱器兩端的管板，有一端是不與殼體相連，可以沿管長方向自由浮動(dòng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、造價(jià)高，應(yīng)用在溫差較大場(chǎng)合。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、造價(jià)高，應(yīng)用在溫差較大場(chǎng)合。U形管式換熱器形管式換熱器 較浮頭式簡單，可用于高溫高壓、但管程不易清洗，可用于清潔

37、物料及高壓較浮頭式簡單，可用于高溫高壓、但管程不易清洗，可用于清潔物料及高壓氣體的換熱氣體的換熱。1、板式換熱器：、板式換熱器：結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱系數(shù)高，檢修清洗方便。結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱系數(shù)高，檢修清洗方便。2、板翅式換熱器：、板翅式換熱器：結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱系數(shù)高，適應(yīng)性廣，不結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱系數(shù)高，適應(yīng)性廣，不易清洗。易清洗。3、螺旋板式換熱器：、螺旋板式換熱器：總傳熱系數(shù)高，不易堵塞，適合于懸總傳熱系數(shù)高，不易堵塞，適合于懸浮物及高粘度的流體，結(jié)構(gòu)緊湊不易檢修。浮物及高粘度的流體，結(jié)構(gòu)緊湊不易檢修。1、高效換熱元件：、高效換熱元件： 螺旋形異形管螺旋形異形管 翅化管翅化管 多孔表面管多孔表面管 熱管熱

38、管2、新型換熱器：、新型換熱器： 螺旋擋板管殼式換熱器螺旋擋板管殼式換熱器 折流桿換熱器折流桿換熱器 回轉(zhuǎn)式換熱器回轉(zhuǎn)式換熱器 熱管廢熱鍋爐熱管廢熱鍋爐1、滿足工藝條件及其操作的要求、滿足工藝條件及其操作的要求2、材料來源廣泛，施工方便，成本低、材料來源廣泛，施工方便，成本低3、確保生產(chǎn)安全，避免事故發(fā)生、確保生產(chǎn)安全，避免事故發(fā)生1）、走管程）、走管程2）、走殼程）、走殼程、易結(jié)垢、有沉淀及含雜質(zhì)的流體、易結(jié)垢、有沉淀及含雜質(zhì)的流體、高溫、高壓或腐蝕性強(qiáng)的或有毒的流體、高溫、高壓或腐蝕性強(qiáng)的或有毒的流體、與外界環(huán)境溫差較大的流體、與外界環(huán)境溫差較大的流體、溫差小、傳熱膜系數(shù)值相差較大的兩流體中、溫差小、傳熱膜系數(shù)值相差較大的兩流體中值大的流體值大的流體、飽和蒸汽、飽和蒸汽、與外界環(huán)境溫差小的流體、與外界環(huán)境溫差小的流體、不易結(jié)垢的潔凈流體、不易結(jié)垢的潔凈流體1、工藝設(shè)計(jì)：、工藝設(shè)計(jì)：通過物料衡算和熱量衡算，確定傳熱系數(shù)通過物料衡算和熱量衡算，確定傳熱系數(shù)K 傳熱面積傳熱面積A，管子長度及數(shù)量，管板的布置及流體的流向，管子長度及數(shù)量，管板的布置及流體的流向 。 2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：殼體壁厚的確定，管子及其與管板的連接、各流殼體壁厚的確定，管子及其與管板的連接、各流體進(jìn)、出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，溫差的影響，各部位的焊接結(jié)構(gòu)。體進(jìn)、出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，溫差的影響，各部位的焊接結(jié)構(gòu)。