第六章 換熱器與熱量傳遞

1、第六章 換熱器與熱量傳遞 第一節(jié)第一節(jié) 換熱器換熱器第二節(jié)第二節(jié) 熱量傳遞的方式熱量傳遞的方式第三節(jié)第三節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)第四節(jié)第四節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容一、換熱器的分類與結(jié)構(gòu)形式一、換熱器的分類與結(jié)構(gòu)形式按用途分按用途分按交換方式分按交換方式分加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器、加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器、再沸器、冷卻器、冷凝器再沸器、冷卻器、冷凝器間壁式間壁式直接接觸式直接接觸式蓄熱式蓄熱式第一節(jié)第一節(jié) 換熱器換熱器 二、管式換熱器蛇管式換熱器 列管式換熱器套管式換熱器三、板式換熱器夾套式換熱器 平板式換熱器 （1 1）增大傳熱面積）增大傳熱面積采用小直徑管、異形表面

2、、采用小直徑管、異形表面、加裝翅片加裝翅片等等 （2 2）增大平均溫度差）增大平均溫度差提高蒸汽的壓強(qiáng)可以提高蒸汽的溫度提高蒸汽的壓強(qiáng)可以提高蒸汽的溫度 改變兩側(cè)流體相互流向改變兩側(cè)流體相互流向 增加管殼式換熱器的殼程數(shù)增加管殼式換熱器的殼程數(shù) （3 3）提高傳熱系數(shù)）提高傳熱系數(shù)提高流體的速度提高流體的速度增強(qiáng)流體的擾動(dòng)增強(qiáng)流體的擾動(dòng)在流體中加固體顆粒在流體中加固體顆粒在氣流中噴入液滴在氣流中噴入液滴采用短管換熱器采用短管換熱器防止結(jié)垢和及時(shí)清除污垢防止結(jié)垢和及時(shí)清除污垢設(shè)法減少對(duì)傳熱系數(shù)影響最大的熱阻設(shè)法減少對(duì)傳熱系數(shù)影響最大的熱阻四、強(qiáng)化換熱器傳熱過程的途徑四、強(qiáng)化換熱器傳熱過程的途徑在

3、環(huán)境工程中，很多過程涉及加熱和冷卻：對(duì)水或污泥進(jìn)行加熱；對(duì)管道及反應(yīng)器進(jìn)行保溫以減少系統(tǒng)的熱量散失；在冷卻操作中移出熱量。傳熱是極普遍的過程：凡是有溫差存在的地方，就必然有熱量傳遞。第二節(jié) 熱量傳遞的方式環(huán)境工程中涉及的傳熱過程主要有兩種情況：強(qiáng)化傳熱過程，如各種熱交換設(shè)備中的傳熱；削弱傳熱過程，如對(duì)設(shè)備和管道的保溫，以減少熱量損失。傳熱速率問題根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱的傳遞主要有三種方式：熱傳導(dǎo)對(duì)流傳熱輻射傳熱通過物質(zhì)的分子、原子和電子的振動(dòng)、位移和相互碰撞發(fā)生的熱量傳遞過程。 流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳遞過程，僅發(fā)生在液體和氣體中。通常認(rèn)為是流體與固體壁面之間的熱傳遞過程。物體由于

4、熱的原因而發(fā)出輻射能的過程。物體各部分之間無宏觀運(yùn)動(dòng) 一、傅立葉定律一、傅立葉定律二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)四、通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)四、通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)本節(jié)的主要內(nèi)容本節(jié)的主要內(nèi)容第三節(jié)第三節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)在在氣態(tài)、液態(tài)氣態(tài)、液態(tài)和和固態(tài)固態(tài)物質(zhì)中物質(zhì)中都可以發(fā)生，但傳遞的方式和機(jī)都可以發(fā)生，但傳遞的方式和機(jī)理是不同的。理是不同的。氣體氣體熱量傳遞是熱量傳遞是氣體分子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)氣體分子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果；時(shí)相互碰撞的結(jié)果； 固體固體以兩種方式傳遞熱量：以兩種方式傳遞熱量：晶格振動(dòng)和自由電子的遷移晶格振動(dòng)和自由電子的遷移；液體

5、液體的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)介于氣體和固體之間介于氣體和固體之間，分子可作幅度不，分子可作幅度不大的位移，熱量的傳遞既由于分子的振動(dòng)，又依靠大的位移，熱量的傳遞既由于分子的振動(dòng)，又依靠分子間的相互碰撞。分子間的相互碰撞。機(jī)理：機(jī)理：通過物質(zhì)的分子、原子和電子的振動(dòng)、位移和相互碰撞通過物質(zhì)的分子、原子和電子的振動(dòng)、位移和相互碰撞發(fā)生的熱量傳遞過程。發(fā)生的熱量傳遞過程。 條件：條件：物體各部分之間物體各部分之間無宏觀運(yùn)動(dòng)。無宏觀運(yùn)動(dòng)。 T=TT=T0 0QT=TT=T1 1熱流流量熱流流量t=0t=0T=TT=T0 0T=TT=T0 0需要一個(gè)恒定的熱量流量需要一個(gè)恒定的熱量流量Q通過，才能通過，才能維持溫度

6、差維持溫度差01TTT不變不變熱傳導(dǎo)的速率熱傳導(dǎo)的速率？一、傅立葉定律一、傅立葉定律YTAQyTAQqddy y方向上的方向上的熱量流量熱量流量，也稱為傳熱速率，也稱為傳熱速率，W W導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mW/(mK K) )y y方向上方向上熱量通量熱量通量，即單位時(shí)間內(nèi)通過單位面，即單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量，又稱為熱流密度，積傳遞的熱量，又稱為熱流密度，W/mW/m2 2垂直于熱流方垂直于熱流方向的面積，向的面積，m m2 2y y方向上的溫方向上的溫度梯度度梯度, , K/m K/m傅立葉定律傅立葉定律一、傅立葉定律一、傅立葉定律yTAQqdd熱量通量與溫度梯度成正比負(fù)號(hào)表示

7、熱量通量方向與溫度梯度的方向相反，即熱量是沿著溫度降低的方向傳遞的。yTccqppdd變換：pcayTcaqpd)d(導(dǎo)溫系數(shù)，或稱熱量擴(kuò)散系數(shù)，m2/s熱量濃度,J/m3熱量傳遞的推動(dòng)力令一、傅立葉定律是是物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)，反映溫度變化在物體中的，反映溫度變化在物體中的傳播能力傳播能力 pca單位體積物質(zhì)溫度升高單位體積物質(zhì)溫度升高1 1o oC C是所需要是所需要的熱量的熱量, ,代表物質(zhì)的代表物質(zhì)的蓄熱能力蓄熱能力 導(dǎo)熱系數(shù)，表明物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，表明物質(zhì)的導(dǎo)熱能力導(dǎo)熱能力apc說明物體的某部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個(gè)物說明物體的某部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個(gè)物體中很快擴(kuò)散體中

8、很快擴(kuò)散或或?qū)叵禂?shù)導(dǎo)溫系數(shù)yTqdd導(dǎo)熱物質(zhì)在單位面積、單位溫度梯度下的導(dǎo)熱物質(zhì)在單位面積、單位溫度梯度下的導(dǎo)熱速率導(dǎo)熱速率表明物質(zhì)導(dǎo)熱性強(qiáng)弱即表明物質(zhì)導(dǎo)熱性強(qiáng)弱即導(dǎo)熱能力導(dǎo)熱能力的大小的大小是物質(zhì)的物理性質(zhì)，與物質(zhì)的種類、溫度和壓力有關(guān)是物質(zhì)的物理性質(zhì)，與物質(zhì)的種類、溫度和壓力有關(guān)不同物質(zhì)的不同物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)差異較大差異較大二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)(4.2.5)對(duì)于同一種物質(zhì)，對(duì)于同一種物質(zhì)， 值可能隨不同的方向變化值可能隨不同的方向變化各向異性各向異性（1 1）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增高氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增高，近似與絕對(duì)溫度，近似與絕對(duì)溫度的平方根成正比。的平方根成正

9、比。 一般情況下，一般情況下，壓力對(duì)其影響不大壓力對(duì)其影響不大，但在高壓（高于，但在高壓（高于200MPa200MPa）或低壓（低于）或低壓（低于2.7kPa2.7kPa）下，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓）下，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力的升高而增大。力的升高而增大。 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)（一）（一） 的影響因素：的影響因素：液體的導(dǎo)熱系數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù) 水水甘油甘油二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)（2 2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減小升高而減?。ㄋ?、甘油例外）（水、甘油例外） bTa壓力對(duì)其影響不大。壓力對(duì)其影響不大。 經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：16TW(m k)-1W

10、(m k)-1 （3 3）固體的導(dǎo)熱系數(shù)影響因素較多固體的導(dǎo)熱系數(shù)影響因素較多 純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減小；合金卻相純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減小；合金卻相反，隨溫度上升而增大。晶體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度反，隨溫度上升而增大。晶體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小，非晶體則相反。的升高而減小，非晶體則相反。 二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù) 金屬金屬液體液體隔熱材料隔熱材料氣體氣體金屬金屬5050415 W/(m415 W/(mK K) )，合金，合金1212120 W/(m120 W/(mK K) )0.030.030.17 W/(m0.17 W/(mK K）0.170.17

11、0.7 W/(m0.7 W/(mK K) )0.0070.0070.17 W/(m0.17 W/(mK K) ) 氫氫水水水是工程上最常用的導(dǎo)熱介質(zhì)水是工程上最常用的導(dǎo)熱介質(zhì)換熱壁面材料換熱壁面材料多孔材料作為保溫材料多孔材料作為保溫材料保溫材料受潮后隔熱性能將保溫材料受潮后隔熱性能將大幅度下降大幅度下降防潮防潮（二）工程中常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)（二）工程中常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)（1 1）在液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，）在液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，2020時(shí)為時(shí)為0.60.6W(m K)。因此，。因此，水是工程上最常用的導(dǎo)熱介質(zhì)。水是工程上最常用的導(dǎo)熱介質(zhì)。 （3 3）非金屬中，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)最高，可達(dá)

12、）非金屬中，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)最高，可達(dá)100200W（mK），高于一般金屬；同時(shí)，由于其具有耐腐蝕性能，高于一般金屬；同時(shí)，由于其具有耐腐蝕性能，因此因此石墨是制作耐腐蝕換熱器的理想材料。石墨是制作耐腐蝕換熱器的理想材料。 水比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)大得多，隔熱材料受潮后其隔熱性水比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)大得多，隔熱材料受潮后其隔熱性能將大幅度下降。因此，露天保溫管道必須注意防潮。能將大幅度下降。因此，露天保溫管道必須注意防潮。 （2 2）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，對(duì)導(dǎo)熱不利，但利于絕熱、保，對(duì)導(dǎo)熱不利，但利于絕熱、保溫。工業(yè)上溫。工業(yè)上常用多孔材料作為保溫材料常用多孔材料作為保溫材料，就是利用了空

13、隙，就是利用了空隙中存在的氣體，使導(dǎo)熱系數(shù)變小。中存在的氣體，使導(dǎo)熱系數(shù)變小。( (一一) )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)平壁厚度為平壁厚度為b，壁面兩側(cè)溫度分別為，壁面兩側(cè)溫度分別為1T2T12TT一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) xAQddT10:xTT2:xb TT)(21TTAbQb1T2T三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)rTAQqT溫差溫差 為傳熱的推動(dòng)力。為傳熱的推動(dòng)力。)(21TTAbQAbRRTRTTQ)(21br 導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻，K/W單位傳熱面積的導(dǎo)熱熱阻單位傳熱面積的導(dǎo)熱熱阻，m2K/W溫度差溫度差傳導(dǎo)距離越大，傳熱壁面和導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳導(dǎo)距離越

14、大，傳熱壁面和導(dǎo)熱系數(shù)越小，則導(dǎo)熱熱阻越大則導(dǎo)熱熱阻越大傳熱速率傳熱速率= =傳熱的推動(dòng)力傳熱的推動(dòng)力導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻例題例題 某平壁厚度某平壁厚度 為為 400mm，內(nèi)表面溫度，內(nèi)表面溫度 950，外表面溫度外表面溫度 300，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)， T 的單位為的單位為。若將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量（取平均導(dǎo)熱系數(shù)）和變量計(jì)算，試若將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量（取平均導(dǎo)熱系數(shù)）和變量計(jì)算，試求導(dǎo)熱熱通量和平壁內(nèi)的溫度分布。求導(dǎo)熱熱通量和平壁內(nèi)的溫度分布。1T2Tb取為常數(shù)取為常數(shù)12m95030062522TTTm1.00.001 6251.62512m9503001.62526410.4TT

15、qbW/m2W/(mK)？T T ？q解：（解：（1）導(dǎo)熱系數(shù)按平壁的平均溫度）導(dǎo)熱系數(shù)按平壁的平均溫度( (一一) )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)（2）導(dǎo)熱系數(shù)取為變量）導(dǎo)熱系數(shù)取為變量xTTxTqdd)001. 00 . 1 (dd分離變量并積分分離變量并積分bTTxqTT0dd)001.00 .1 (21對(duì)于平壁上的穩(wěn)態(tài)一維熱傳導(dǎo)，熱量通量不變。因此對(duì)于平壁上的穩(wěn)態(tài)一維熱傳導(dǎo)，熱量通量不變。因此2212120.001()()2TTTTqb1m2641950950 16251.625qTTxxx即溫度分布為直線關(guān)系。即溫度分布為直線關(guān)系。以以x表示沿壁厚方向上的距離，表示沿壁厚

16、方向上的距離，在在x處等溫面上的溫度為處等溫面上的溫度為22110.001()()2TTTTqx20.001(950)(950)26412TTx整理，得20.0011401264102TTx此時(shí)溫度分布為曲線。在x處22121222210.001()()210.001(950300)(950300 )0.422641W/mqTTTTb（二）多層平壁的熱傳導(dǎo)（二）多層平壁的熱傳導(dǎo)AbAbAbTTRRRTTTQ33221141321321串聯(lián)熱阻疊加原則串聯(lián)熱阻疊加原則 層與層之間接層與層之間接觸良好觸良好 11QRT 22QRT 33QRT 熱阻越大，通過該層熱阻越大，通過該層的溫度差也越大的溫

17、度差也越大 1b1232b3b1T2T3T4TQ Q121111()TTTQAbR傳熱的推動(dòng)力傳熱的推動(dòng)力導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻232222()TTTAbR343333()TTTAbR附加熱阻附加熱阻接觸熱阻接觸熱阻 層與層之間存在空氣層層與層之間存在空氣層 2201131brbTTq與接觸面的材料、接觸界面的粗糙度、與接觸面的材料、接觸界面的粗糙度、接觸面的壓緊力和空隙中的氣壓等有關(guān)接觸面的壓緊力和空隙中的氣壓等有關(guān) 接觸熱阻接觸熱阻（三）（三）n n層平壁的熱傳導(dǎo)層平壁的熱傳導(dǎo)111111nnnniiiiiTTTTbRAQ AbAbAbTTQ3322114111qrT 22qrT 33qrT 3

18、3221141bbbTTq211930 117813TTT322813555258TTT2T3Tq例題例題采用圓柱坐標(biāo)時(shí)，即為一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)采用圓柱坐標(biāo)時(shí)，即為一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)對(duì)于半徑為對(duì)于半徑為r r的等溫圓柱面，根據(jù)傅立葉定律，有的等溫圓柱面，根據(jù)傅立葉定律，有dd(2)ddTTQArLrr 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，徑向的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，徑向的Q Q為常數(shù)，將上式分為常數(shù)，將上式分離變量并積分離變量并積分2211d2drTrTrQLTr 傳熱面積隨半徑發(fā)生變化傳熱面積隨半徑發(fā)生變化內(nèi)徑內(nèi)徑r r1 1外徑外徑r r2 21T2Trd1212212lnTTTTQLrRr半徑半徑r r四、通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

19、四、通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)12mTTQbA21ln2rrRLmbRA21brr21m21lnAAAAA當(dāng)21(/ )2rr 時(shí)，可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值，簡(jiǎn)化計(jì)算 21m21lnrrrrrmm2Ar L1212212lnTTTTQLrRr21ln2rrRL圓管壁的導(dǎo)熱熱阻，K/W AbR平壁的導(dǎo)熱熱阻對(duì)數(shù)平均半徑對(duì)數(shù)平均面積n層圓管壁的熱傳導(dǎo)層圓管壁的熱傳導(dǎo)假設(shè)層與層之間接觸良好，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則，有假設(shè)層與層之間接觸良好，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則，有 111111nnnniiiiimiTTTTQbRA12212lnTTQLrr12212lnTTQrLr設(shè)保溫層內(nèi)半徑為設(shè)保溫層內(nèi)半徑為r

20、處的溫度為處的溫度為T112lnTTQrLr例題例題 外徑為外徑為426mm的蒸汽管道外包裝厚度為的蒸汽管道外包裝厚度為426mm的保溫材的保溫材料，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為料，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.615W/(mK)。若蒸汽管道外表面。若蒸汽管道外表面溫度為溫度為177，保溫層的外表面溫度為，保溫層的外表面溫度為38，試求每米管長(zhǎng)的熱，試求每米管長(zhǎng)的熱損失和保溫層中的溫度分布。損失和保溫層中的溫度分布。 保溫層內(nèi)的溫度分布為曲線保溫層內(nèi)的溫度分布為曲線 (1)簡(jiǎn)述傅立葉定律的意義和適用條件。(2)分析導(dǎo)溫系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的涵義及影響因素。(3)為什么多孔材料具有保溫性能？保溫材料為什么需要防潮？

21、(4)當(dāng)平壁面的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化時(shí)，若分別按變量和平均導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算，導(dǎo)熱熱通量和平壁內(nèi)的溫度分布有何差異。(5)若采用兩種導(dǎo)熱系數(shù)不同的材料為管道保溫，試分析應(yīng)如何布置效果最好。本節(jié)思考題第四節(jié)第四節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 1.1.工藝設(shè)計(jì)：工藝設(shè)計(jì)：通過物料衡算和熱量衡算，確定傳熱系通過物料衡算和熱量衡算，確定傳熱系數(shù)數(shù)K K，傳熱面積，傳熱面積A A，管子長(zhǎng)度及數(shù)量，管子長(zhǎng)度及數(shù)量設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)物料進(jìn)、出口的溫度，計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差根據(jù)物料進(jìn)、出口的溫度，計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差根據(jù)物料的物性參數(shù)，確定根據(jù)物料的物性參數(shù)，確定11，22，R1R1，R2 R2 計(jì)算總傳熱系數(shù)計(jì)算總傳熱系數(shù)K K計(jì)

22、算熱負(fù)荷計(jì)算熱負(fù)荷確定傳熱面積確定傳熱面積A A，確定管徑管數(shù)，確定管徑管數(shù)對(duì)流換熱對(duì)流換熱指流體流過與其溫度不同的固體壁面時(shí)指流體流過與其溫度不同的固體壁面時(shí)流體流體與壁面之間的熱量交換與壁面之間的熱量交換對(duì)流換熱過程是熱傳導(dǎo)與對(duì)流聯(lián)合作用的結(jié)果。對(duì)流換熱過程是熱傳導(dǎo)與對(duì)流聯(lián)合作用的結(jié)果。 對(duì)流換熱過程對(duì)流換熱過程列管式換熱器列管式換熱器工程中常見的對(duì)流換熱過程工程中常見的對(duì)流換熱過程 間壁式換熱器的換熱過程間壁式換熱器的換熱過程流體的熱交換流體的熱交換熱交換器（換熱器）熱交換器（換熱器）套管式換熱器套管式換熱器 單殼程兩管程 12型兩殼程四管程 24型殼程: 流體在殼體內(nèi)每通過一次為一殼程

23、管程: 流體在管內(nèi)每通過一次為一管程間壁式換熱器間壁式換熱器熱量傳遞過程：熱量傳遞過程：（1 1）熱量由熱流體傳給固體壁面）熱量由熱流體傳給固體壁面（2 2）熱量由壁面的熱側(cè)傳到冷側(cè)）熱量由壁面的熱側(cè)傳到冷側(cè)（3 3）熱量由壁面的冷側(cè)傳到冷流體）熱量由壁面的冷側(cè)傳到冷流體對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱導(dǎo)熱導(dǎo)熱對(duì)流對(duì)流對(duì)流對(duì)流導(dǎo)熱導(dǎo)熱強(qiáng)制對(duì)流傳熱強(qiáng)制對(duì)流傳熱流體在外加能量的作用流體在外加能量的作用下處于流動(dòng)狀態(tài)下處于流動(dòng)狀態(tài)自然對(duì)流傳熱自然對(duì)流傳熱流體由于內(nèi)部溫度差流體由于內(nèi)部溫度差產(chǎn)生密度差而流動(dòng)產(chǎn)生密度差而流動(dòng)套管式換熱器套管式換熱器 對(duì)流傳熱問題的分類對(duì)流傳熱問題的分類暖氣片暖氣片（1

24、1）物性特征）物性特征導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 越大，熱量傳遞越迅速；越大，熱量傳遞越迅速；流體的黏度流體的黏度m m越大，越不利于流動(dòng)，會(huì)削弱與壁面的傳熱。越大，越不利于流動(dòng)，會(huì)削弱與壁面的傳熱。 一、影響對(duì)流傳熱的因素一、影響對(duì)流傳熱的因素形成邊界層形成邊界層（2 2）流動(dòng)特征）流動(dòng)特征流動(dòng)起因（自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流）流動(dòng)起因（自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流）流動(dòng)狀態(tài)（層流、湍流）流動(dòng)狀態(tài)（層流、湍流）流體對(duì)流方式（并流、逆流、錯(cuò)流）流體對(duì)流方式（并流、逆流、錯(cuò)流）一、影響對(duì)流傳熱的因素一、影響對(duì)流傳熱的因素形成不同的溫度差（推動(dòng)力）形成不同的溫度差（推動(dòng)力）( (一一) )流動(dòng)邊界層的傳熱機(jī)理及溫度分布流動(dòng)邊

25、界層的傳熱機(jī)理及溫度分布 流體層與層之間無流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)，在垂直于流動(dòng)流體層與層之間無流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)，在垂直于流動(dòng)方向上，熱量的傳遞通過方向上，熱量的傳遞通過導(dǎo)熱導(dǎo)熱進(jìn)行。進(jìn)行。 （1 1）層流邊界層）層流邊界層層流區(qū)層流區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)WT0T 與靜止流體中的導(dǎo)熱一樣嗎？與靜止流體中的導(dǎo)熱一樣嗎？二、對(duì)流傳熱的機(jī)理二、對(duì)流傳熱的機(jī)理在靜止的流體中在靜止的流體中在層流流動(dòng)的流體中在層流流動(dòng)的流體中機(jī)理相同機(jī)理相同質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 實(shí)際上，實(shí)際上，流體流動(dòng)使傳熱增強(qiáng)流體流動(dòng)使傳熱增強(qiáng)。 流體的流動(dòng)流體的流動(dòng)增大了壁面處的溫度梯度增大了壁面處的溫度梯度，使壁面

26、處的熱，使壁面處的熱通量較靜止時(shí)大通量較靜止時(shí)大 ( (一一) )流動(dòng)邊界層的傳熱機(jī)理及溫度分布流動(dòng)邊界層的傳熱機(jī)理及溫度分布(T-TW)0.99(T0-TW) 將將( (T-TW)0.99(T0-TW)處處作為傳熱邊界層的界限，該界限作為傳熱邊界層的界限，該界限到壁面的距離稱為邊界層的厚度。到壁面的距離稱為邊界層的厚度。 壁面附近因傳熱而使流體壁面附近因傳熱而使流體溫度發(fā)生變化的區(qū)域溫度發(fā)生變化的區(qū)域（即（即存在溫度梯度的區(qū)域存在溫度梯度的區(qū)域）( (二二) )傳熱邊界層傳熱邊界層（1 1）傳熱邊界層）傳熱邊界層（2 2）傳熱邊界層的厚度）傳熱邊界層的厚度T T 邊界層以外的區(qū)域認(rèn)為不存在溫

27、度梯度邊界層以外的區(qū)域認(rèn)為不存在溫度梯度。傳熱過程的阻力主要集中在傳熱邊界層內(nèi)，傳熱過程的阻力主要集中在傳熱邊界層內(nèi)，傳熱阻力取決于傳熱邊界層的厚度。傳熱阻力取決于傳熱邊界層的厚度。T TWT0TWT0T 2TTAQdd1TdA( (一一) )牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 通過傳熱面通過傳熱面dA的的局部對(duì)流傳熱速率局部對(duì)流傳熱速率局部對(duì)流傳熱系數(shù)局部對(duì)流傳熱系數(shù)dAQ三、對(duì)流傳熱速率三、對(duì)流傳熱速率(一一)牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 TAQdd與傳熱方向垂直的與傳熱方向垂直的微元微元傳熱面積傳熱面積，m m2 2局部局部對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)，或稱，或稱為膜系數(shù)，為膜系數(shù)，W/W/（m m2 2

28、K K）流體與固體壁面流體與固體壁面d dA A之間的之間的溫差溫差，K K通過傳熱面通過傳熱面d dA A的局部的局部對(duì)流傳熱速率對(duì)流傳熱速率，W W通過傳熱面的傳熱速率正比于固體壁通過傳熱面的傳熱速率正比于固體壁面與周圍流體的溫度差和傳熱面積面與周圍流體的溫度差和傳熱面積 溫度沿程變化溫度沿程變化TAQATQ1A1為為對(duì)流傳熱熱阻。對(duì)流傳熱熱阻。局部局部對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù) 在傳熱過程中，溫度沿程變化，因此在傳熱過程中，溫度沿程變化，因此對(duì)流系數(shù)為局對(duì)流系數(shù)為局部的參數(shù)部的參數(shù)。在實(shí)際工程中，常采用平均值進(jìn)行計(jì)算在實(shí)際工程中，常采用平均值進(jìn)行計(jì)算，因，因此牛頓冷卻定律可寫成此牛頓冷卻定

29、律可寫成W/（m2K）對(duì)流傳熱速率也可以用對(duì)流傳熱熱阻表示，即對(duì)流傳熱速率也可以用對(duì)流傳熱熱阻表示，即AbR導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻 式中，式中，y y不是實(shí)際的流體層厚度，而是某個(gè)虛擬的流體層厚不是實(shí)際的流體層厚度，而是某個(gè)虛擬的流體層厚度，稱之為度，稱之為有效膜厚度有效膜厚度。比較傅立葉定律比較傅立葉定律與牛頓冷卻定律與牛頓冷卻定律可以發(fā)現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)y y 在厚度在厚度y y內(nèi)集中了全部的傳熱熱阻，這樣把內(nèi)集中了全部的傳熱熱阻，這樣把一個(gè)對(duì)流傳熱過程的熱阻一個(gè)對(duì)流傳熱過程的熱阻相當(dāng)于某個(gè)厚為相當(dāng)于某個(gè)厚為y y的靜的靜止流體膜所造成的導(dǎo)熱熱阻。止流體膜所造成的導(dǎo)熱熱阻。有效膜厚度有效膜厚度ddTQA

30、y TAQddy（二）對(duì)流傳熱系數(shù)（二）對(duì)流傳熱系數(shù) 不是物性參數(shù)，與很多因素有關(guān)，其大小取決于流體物性、不是物性參數(shù)，與很多因素有關(guān)，其大小取決于流體物性、壁面情況、流動(dòng)原因、流動(dòng)狀況、流體是否有相變等壁面情況、流動(dòng)原因、流動(dòng)狀況、流體是否有相變等換熱方式換熱方式空氣自然對(duì)流空氣自然對(duì)流5 52525氣體強(qiáng)制對(duì)流氣體強(qiáng)制對(duì)流2020100100水自然對(duì)流水自然對(duì)流20020010001000水強(qiáng)制對(duì)流水強(qiáng)制對(duì)流100010001500015000水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝500050001500015000有機(jī)蒸氣冷凝有機(jī)蒸氣冷凝50050020002000水沸騰水沸騰25002500250002

31、5000如何確定對(duì)流傳熱系數(shù)？如何確定對(duì)流傳熱系數(shù)？（二）對(duì)流傳熱系數(shù)（二）對(duì)流傳熱系數(shù) 流體與固體壁面之間的熱量傳遞必然通過緊貼壁面速度為零流體與固體壁面之間的熱量傳遞必然通過緊貼壁面速度為零的流體層，其傳熱為導(dǎo)熱，因此傳熱規(guī)律遵循傅立葉定律。的流體層，其傳熱為導(dǎo)熱，因此傳熱規(guī)律遵循傅立葉定律。用用 表示近壁處的溫度梯度，則表示近壁處的溫度梯度，則0yyT0ddyyTAQ牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律0yyTT很難得出！很難得出！ TAQdd對(duì)流傳熱微分方程式對(duì)流傳熱微分方程式理論上計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)理論上計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)y0yyTT層流邊界層或?qū)恿鞯讓拥暮穸葴p小層流邊界層或?qū)恿鞯讓拥暮?/p>

32、度減小通過改善流動(dòng)狀況使層流底層厚度減小，通過改善流動(dòng)狀況使層流底層厚度減小，是工程上強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑之一是工程上強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑之一（1 1）量綱分析）量綱分析 （2 2）利用動(dòng)量傳遞與熱量傳遞的類似性）利用動(dòng)量傳遞與熱量傳遞的類似性 求解對(duì)流傳熱系數(shù)的途徑求解對(duì)流傳熱系數(shù)的途徑 對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式（二）對(duì)流傳熱系數(shù)（二）對(duì)流傳熱系數(shù) ( (一一) )管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱1 1流體在圓形直管內(nèi)流體在圓形直管內(nèi)呈強(qiáng)烈的湍流狀態(tài)呈強(qiáng)烈的湍流狀態(tài)流動(dòng)流動(dòng)0.8f0.023NuRePr努塞爾特?cái)?shù)努塞爾特?cái)?shù) LNupcPrm普蘭德數(shù)普蘭德數(shù) 0.8ii0.

33、023fpcd udmm流體被冷卻時(shí)流體被冷卻時(shí), ,f f0.30.3流體被加熱時(shí)流體被加熱時(shí), ,f f0.40.4對(duì)于低黏度（小于對(duì)于低黏度（小于2 2倍常溫水的黏度）的流體倍常溫水的黏度）的流體 四、對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式四、對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式如何確定物性？如何確定物性？定性溫度定性溫度：流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。：流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。特征尺寸特征尺寸：管內(nèi)徑：管內(nèi)徑id410Re 0.7120Pr管內(nèi)壁面光滑；管長(zhǎng)與管徑之比管內(nèi)壁面光滑；管長(zhǎng)與管徑之比i/L d5050。 應(yīng)用條件：應(yīng)用條件：應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：應(yīng)在實(shí)驗(yàn)數(shù)值范圍內(nèi)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)數(shù)值范圍內(nèi)湍流情況下，對(duì)流傳熱系數(shù)湍

34、流情況下，對(duì)流傳熱系數(shù)與流速的與流速的0.80.8次方成正比次方成正比，與管與管徑的徑的0.20.2次方成反比次方成反比。0.8ii0.023fpcd udmm強(qiáng)化傳熱：強(qiáng)化傳熱：提高流速或采用小直徑的管道，其中提高提高流速或采用小直徑的管道，其中提高流速更為有效。流速更為有效。強(qiáng)化措施：強(qiáng)化措施：設(shè)備和管道保溫的方法是在其外部包裝絕熱材料設(shè)備和管道保溫的方法是在其外部包裝絕熱材料問題：保溫層的厚度？越厚越好？問題：保溫層的厚度？越厚越好？c1TfT1d2d1f1f21122ln(/)12ccTTTTQddRRLd L211ln(/)2ddRL221Rd L傳導(dǎo)熱阻傳導(dǎo)熱阻對(duì)流傳熱熱阻對(duì)流傳熱

35、熱阻當(dāng)保溫層厚度增加（即當(dāng)保溫層厚度增加（即 增大）時(shí)增大）時(shí)2d1R2R熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱Q? ?五、保溫層的臨界直徑五、保溫層的臨界直徑12mTTQbA21ln2rrRLmbRA21brr21m21lnAAAAA當(dāng)當(dāng)21(/ )2rr 時(shí)，可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值，簡(jiǎn)化計(jì)算 21m21lnrrrrrmm2Ar L1212212lnTTTTQLrRr21ln2rrRL圓管壁的導(dǎo)熱熱阻，圓管壁的導(dǎo)熱熱阻，K/W AbR平壁的導(dǎo)熱熱阻平壁的導(dǎo)熱熱阻對(duì)數(shù)平均半徑對(duì)數(shù)平均半徑對(duì)數(shù)平均面積對(duì)數(shù)平均面積12222212112 ()2d0dln(

36、/)1cfL TTddQdddd由此得到由此得到熱損失熱損失 為最大值為最大值時(shí)的保溫層直徑：時(shí)的保溫層直徑：Q2c2dd保溫層的臨界直徑保溫層的臨界直徑保溫層的臨界厚度保溫層的臨界厚度c12dd在臨界厚度以下，包的越厚保溫性能越差在臨界厚度以下，包的越厚保溫性能越差包裹時(shí)要超過臨界厚度包裹時(shí)要超過臨界厚度【例】外徑為【例】外徑為25mm的鋼管，其外壁溫度保持的鋼管，其外壁溫度保持350，為減少，為減少熱損失，在管外包一層導(dǎo)熱系數(shù)為熱損失，在管外包一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.2W/(mK)的保溫材料。的保溫材料。已知保溫層外壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)近似為已知保溫層外壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)近似為10 W/(

37、m2K)，空氣溫度為空氣溫度為20。計(jì)算。計(jì)算（1 1）保溫層厚度分別為）保溫層厚度分別為2mm、5mm和和7mm時(shí)，每米管長(zhǎng)的時(shí)，每米管長(zhǎng)的熱損失及保溫層外表面的溫度；熱損失及保溫層外表面的溫度；（2 2）保溫層厚度為多少時(shí)熱損失量最大？此時(shí)每米管長(zhǎng)的）保溫層厚度為多少時(shí)熱損失量最大？此時(shí)每米管長(zhǎng)的熱損失及保溫層外表面的溫度各為多少？熱損失及保溫層外表面的溫度各為多少？（3 3）若要起到保溫作用，保溫層厚度至少為多少？設(shè)保溫）若要起到保溫作用，保溫層厚度至少為多少？設(shè)保溫層厚度對(duì)管外空氣對(duì)流傳熱系數(shù)的影響可忽略。層厚度對(duì)管外空氣對(duì)流傳熱系數(shù)的影響可忽略。（二）對(duì)流傳熱系數(shù)（二）對(duì)流傳熱系數(shù)

38、不是物性參數(shù)，與很多因素有關(guān)，其大小取決于流體物性、不是物性參數(shù)，與很多因素有關(guān)，其大小取決于流體物性、壁面情況、流動(dòng)原因、流動(dòng)狀況、流體是否有相變等壁面情況、流動(dòng)原因、流動(dòng)狀況、流體是否有相變等換熱方式換熱方式空氣自然對(duì)流空氣自然對(duì)流5 52525氣體強(qiáng)制對(duì)流氣體強(qiáng)制對(duì)流2020100100水自然對(duì)流水自然對(duì)流20020010001000水強(qiáng)制對(duì)流水強(qiáng)制對(duì)流100010001500015000水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝500050001500015000有機(jī)蒸氣冷凝有機(jī)蒸氣冷凝50050020002000水沸騰水沸騰250025002500025000解：（解：（1 1）c1f2122235020

39、ln(/)ln(/0.025)1122 0.210TTQdddLdd穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，各層傳熱速率相等，即穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，各層傳熱速率相等，即c1f212ln(/)12TTQddLd1f21QTTLd當(dāng)保溫層厚度為當(dāng)保溫層厚度為2mm時(shí)，時(shí)，2d35020271.3ln(0.029/0.025)12 0.2 0.029 10QL1120271.3318 0.029 10T 0.029mW/mo1350 CcT o20 CfT 1d2d1?T ?QL1f21TTd同理，當(dāng)保溫層厚度為同理，當(dāng)保溫層厚度為5mm時(shí)，時(shí)，2d0.035m0 .280LQ2751T當(dāng)保溫層厚度為當(dāng)保溫層厚度為7mm時(shí)，時(shí)，2d0

40、.039m6 .281LQ2501T在保溫層為在保溫層為27mm時(shí)，隨著厚度的增加，熱損失量增加。時(shí)，隨著厚度的增加，熱損失量增加。W/mW/m（2）熱損失達(dá)到最大值時(shí)的保溫層直徑為臨界直徑，即 04. 0102 . 0222cddm 保溫層的臨界厚度為 （cd1d）/2（0.04-0.025）/2=0.0075m 此時(shí)，得 9 .281maxLQW/m 2441T 即 1212112)/ln(dddd 10025. 011012 . 02)025. 0/ln(22dd 解得2d0.07m，則保溫層的厚度應(yīng)大于 （0.07-0.25）/20.0225m 一般情況下，熱損失隨一般情況下，熱損失隨

41、保溫層厚度增加而減小。保溫層厚度增加而減小。但對(duì)于小直徑的管道，但對(duì)于小直徑的管道，則可能出現(xiàn)相反的情況，則可能出現(xiàn)相反的情況，即隨保溫層的厚度增加，即隨保溫層的厚度增加，熱損失加大。熱損失加大。 （3）為了起到保溫作用，加保溫層后應(yīng)使熱損失小于裸管時(shí)的熱損失。 因此保溫層的外徑應(yīng)滿足 112121112)/ln(dTTdddTTLQfcfc 即 c1fc1f2112ln()112TTTTQddLdd2121ln()112dddd22ln(/0.025)1120.2100.025 10dd熱流體通過間壁將熱量傳給冷熱流體通過間壁將熱量傳給冷流體的過程分為三步流體的過程分為三步 ：對(duì)流傳熱對(duì)流傳

42、熱導(dǎo)熱導(dǎo)熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱1A1 2A2 Am b外側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)熱熱流流體體冷冷流流體體QhTcT（1 1）熱流體將熱量傳給固體壁面）熱流體將熱量傳給固體壁面（2 2）熱量從壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面）熱量從壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面（3 3）熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體）熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體六、間壁傳熱過程計(jì)算六、間壁傳熱過程計(jì)算hc11m2211TTQbAAAhcTTT傳熱過程總推動(dòng)力傳熱過程總推動(dòng)力傳熱總熱阻傳熱總熱阻11m2211bRAAA總熱阻等于各總熱阻等于各項(xiàng)熱阻之和項(xiàng)熱阻之和（一）總傳熱速率方程（一）總傳熱速率方程TKAQ1A2AmA取定的面積取定的面積傳熱基本方程傳熱基本方程總傳熱系數(shù)總傳熱系

43、數(shù)以外表面積作為基準(zhǔn)以外表面積作為基準(zhǔn)111m22111bKAAAA111m2211bAAKAA12mAAA21111bK對(duì)于平壁或薄管壁對(duì)于平壁或薄管壁熱側(cè)為外側(cè)時(shí)熱側(cè)為外側(cè)時(shí)表示換熱設(shè)備性能的極為重要的參數(shù)表示換熱設(shè)備性能的極為重要的參數(shù) （二）總傳熱系數(shù)（二）總傳熱系數(shù)(4.3.25)污垢熱阻污垢熱阻111S1S21m22211bAAArrKAAA外側(cè)表面上單位傳熱外側(cè)表面上單位傳熱面積的污垢熱阻面積的污垢熱阻 內(nèi)側(cè)表面上單位傳熱內(nèi)側(cè)表面上單位傳熱面積的污垢熱阻面積的污垢熱阻比間壁的熱阻大得多比間壁的熱阻大得多難以準(zhǔn)確估計(jì)，采用經(jīng)驗(yàn)值難以準(zhǔn)確估計(jì)，采用經(jīng)驗(yàn)值對(duì)于平壁或薄管壁，有對(duì)于平壁或

44、薄管壁，有S1S212111brrK111m2211bAAKAA21111K若若12111K12211K間壁外側(cè)對(duì)流傳熱控制間壁外側(cè)對(duì)流傳熱控制間壁內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱控制間壁內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱控制若污垢熱阻很大，則稱為污垢熱阻控制，此時(shí)若污垢熱阻很大，則稱為污垢熱阻控制，此時(shí) 欲提高必須設(shè)法欲提高必須設(shè)法減慢污垢形成速度或及時(shí)清除污垢減慢污垢形成速度或及時(shí)清除污垢S1S212111brrK決速步驟決速步驟! !【例】一空氣冷卻器，【例】一空氣冷卻器，空氣在管外空氣在管外橫向流過，對(duì)流傳熱系數(shù)橫向流過，對(duì)流傳熱系數(shù)為為80 W/（m2K）；）；冷卻水在管內(nèi)冷卻水在管內(nèi)流過，對(duì)流傳熱系數(shù)為流過，對(duì)流傳熱系數(shù)為

45、5000 W/（m2K）。冷卻管為）。冷卻管為252.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)為數(shù)為45 W/（mK）。求）。求（1）該狀態(tài)下的總傳熱系數(shù)；）該狀態(tài)下的總傳熱系數(shù)；（2）若將管外對(duì)流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳）若將管外對(duì)流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳熱系數(shù)如何變化？熱系數(shù)如何變化？（3）若將管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳）若將管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)提高一倍，其他條件不變，總傳熱系數(shù)如何變化？熱系數(shù)如何變化？解：（解：（1）以管外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)滿足）以管外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)滿足111m2211bAAKAA即即 111m2211bddKdd

46、=25mm，=20mm012812. 000025. 0000062. 00125. 0205000254 .2245250025. 08011K1 .78K W/（m2K）1d2dmm4 .222025ln2025ln21 1 d d d2dd m（2）若）若 提高一倍，則提高一倍，則1006562. 000025. 0000062. 000625. 0205000254 .2245250025. 080211K4 .152K W/（m2K） 2 （3）若）若 提高一倍，則提高一倍，則012687. 0000125. 0000062. 00125. 02050002254 .22452500

47、25. 08011K 可見，氣側(cè)熱阻遠(yuǎn)大于水側(cè)熱阻，增加可見，氣側(cè)熱阻遠(yuǎn)大于水側(cè)熱阻，增加氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)，氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)，所引起的總傳熱系數(shù)的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增加水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。所引起的總傳熱系數(shù)的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增加水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。8 .78K W/（m2K）( (三三) )傳熱推動(dòng)力傳熱推動(dòng)力TKAQ? ?（1 1）逆流和并流逆流和并流時(shí)的傳熱溫差時(shí)的傳熱溫差T Th1h1T Tc1c1T Th2h2T Tc2c2T Th1h1T Th2h2T Tc1c1T Tc2c2T Th1h1T Th2h2T Tc1c1T Tc2c2T Th1h1T Th2h2T Tc2c2T Tc1c12T1T1

48、T2T逆流逆流并流并流Th1Th2Tc1Tc22T1TThTcThcTTThcdddQK TTAK T A通過微元面的傳熱量為在微元中熱、冷流體的溫差為熱流體放出熱量 ，溫度下降QdhdT冷流體得到熱量 ，溫度上升mhphhddQqcT mcpccddQqcT 分別對(duì)熱流體和冷流體進(jìn)行熱量衡算cdTQdhdTcdT(4.3.27)(4.3.28)(4.3.29)(4.3.30)假 定 ： （ a） 換 熱 器 在 穩(wěn) 定 情 況 下 操 作 ， 熱 、 冷 流 體 的 質(zhì) 量 流量h和c沿 換 熱 面 為 常 數(shù) ； （ b） 流 體 的 比 熱 容phc和pcc及 傳 熱 系 數(shù) 沿 換 熱

49、 面 不 變 ； （ c） 換 熱 器 無 熱 損 失 。 mhqm cqhpccpcTh1Th2Tc1Tc22T1TThTcThcTTThcdddQK TTAK T A通過微元面的傳熱量為在微元中熱、冷流體的溫差為熱流體放出熱量 ，溫度下降QdhdT冷流體得到熱量 ，溫度上升mhphhddQqcT ddhmhphQTq c mcpccddQqcT ddcmcpcQTq c 分別對(duì)熱流體和冷流體進(jìn)行熱量衡算cdTQdhdTcdT(4.3.27)(4.3.28)(4.3.29)(4.3.30)hcdddTTTcchh11ddmpmpTQq cqc21cchh11mpmpTTQq cqc21cch

50、h11mpmpTTq cqcQcchhdd11mpmpTK T Aq cqccchhd11dmpmpTK Aq cqcT積分，得ATKATTKQchdddcchhdd11mpmpTQq cqc2121lnTTTKAQThhhddmpQTqc cccddmpQTq c 熱容流量cchhdd11mpmpTQq cqc 時(shí)，對(duì)數(shù)平均值與算術(shù)平均值的差小于時(shí)，對(duì)數(shù)平均值與算術(shù)平均值的差小于4 4，此時(shí)在工程計(jì)算中可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值。此時(shí)在工程計(jì)算中可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值。122TT1212mlnTTTTT平均傳熱溫差，平均傳熱溫差，對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差 2121TT換熱器兩端溫

51、差大的數(shù)值換熱器兩端溫差大的數(shù)值換熱器兩端溫差小的數(shù)值換熱器兩端溫差小的數(shù)值計(jì)算并流和逆流情況下平均溫差的通式計(jì)算并流和逆流情況下平均溫差的通式 21m21lnTTQKAKA TTT結(jié)論：在冷熱流體的初、終溫度相同的條件下，結(jié)論：在冷熱流體的初、終溫度相同的條件下，逆流的平均溫逆流的平均溫差較并流的大差較并流的大?！纠吭谔坠軗Q熱器中用冷水將【例】在套管換熱器中用冷水將100的熱水冷卻到的熱水冷卻到60，冷水溫，冷水溫度從度從20升至升至30。試求在這種溫度條件下，逆流和并流時(shí)的平均。試求在這種溫度條件下，逆流和并流時(shí)的平均溫差。溫差。1T606020204040，2T100100303070

52、701T606030303030，2T1001002020808021m,21803051.080lnln30TTTTT并6 .534070ln4070ln1212m,逆TTTTT并流時(shí)并流時(shí)解：逆流時(shí)解：逆流時(shí)逆流的推動(dòng)力是最大的逆流的推動(dòng)力是最大的 在換熱器的傳熱量及總傳熱系數(shù)相同的條件下，采用逆流在換熱器的傳熱量及總傳熱系數(shù)相同的條件下，采用逆流操作，其優(yōu)點(diǎn)是：操作，其優(yōu)點(diǎn)是：（1）可以節(jié)省傳熱面積，減少設(shè)備費(fèi)；）可以節(jié)省傳熱面積，減少設(shè)備費(fèi)；（2）或可以減少換熱介質(zhì)的流量，降低運(yùn)行費(fèi)。）或可以減少換熱介質(zhì)的流量，降低運(yùn)行費(fèi)。 因此，在實(shí)際因此，在實(shí)際工程中多采用逆流操作工程中多采用逆流操作 熱、冷流體的最高溫度集中在換熱器的一端，使熱、冷流體的最高溫度集中在換熱器的一端，使得該處的壁溫較高。得該處的壁溫較高。對(duì)于高溫?fù)Q熱器，應(yīng)避免采用逆流操作對(duì)于高溫?fù)Q熱器，應(yīng)避免采用逆流操作逆流操作的缺點(diǎn)：逆流操作的缺點(diǎn)：（2 2）錯(cuò)流和折流時(shí)錯(cuò)流和折流時(shí)的傳熱溫差的傳熱溫差 按逆流計(jì)算對(duì)數(shù)