化工原理第四章傳熱

1、任課教師：萬惠萍任課教師：萬惠萍 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 1、物料的加熱與冷卻：、物料的加熱與冷卻：2、熱量與冷量的回收利用：、熱量與冷量的回收利用：3、設(shè)備與管道的保溫：、設(shè)備與管道的保溫：一、傳熱過程的應(yīng)用一、傳熱過程的應(yīng)用使物料達(dá)到指定的溫度使物料達(dá)到指定的溫度以節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本以節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本以以減少減少熱量、熱量、冷量損失冷量損失1 1、熱傳導(dǎo)（、熱傳導(dǎo)（ConductionConduction）（導(dǎo)熱）（導(dǎo)熱）原因：微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)原因：微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)二、熱量傳遞的基本方式二、熱量傳遞的基本方式特點(diǎn)：無宏觀位移特點(diǎn)：無宏觀位移 是固體內(nèi)部熱量傳遞的主要形式是固體內(nèi)部

2、熱量傳遞的主要形式 根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，分為三種：根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，分為三種：4.12、對(duì)流傳熱（、對(duì)流傳熱（Convection）原因：流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)位移原因：流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)位移特點(diǎn)：流體流動(dòng)（自然、強(qiáng)制）特點(diǎn)：流體流動(dòng)（自然、強(qiáng)制）3. 輻射傳熱（輻射傳熱（Radiation）原因：因熱產(chǎn)生電磁波輻射原因：因熱產(chǎn)生電磁波輻射 特點(diǎn)：不需要媒介，特點(diǎn)：不需要媒介，可在真空中傳遞可在真空中傳遞；有能量形式變化有能量形式變化三、兩流體通過間壁換熱三、兩流體通過間壁換熱1、間壁式換熱器間壁式換熱器2、兩流體通過間壁的傳熱過程、兩流體通過間壁的傳熱過程（1）熱流體以）熱流體以對(duì)流對(duì)流方式將熱量傳遞到間

3、壁的一側(cè)壁面方式將熱量傳遞到間壁的一側(cè)壁面（2）熱量從間壁的一側(cè)壁面以）熱量從間壁的一側(cè)壁面以導(dǎo)熱導(dǎo)熱方式傳遞到另一側(cè)方式傳遞到另一側(cè)壁面壁面（3）最后以）最后以對(duì)流對(duì)流方式將熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體方式將熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體dAdQq 四、傳熱過程四、傳熱過程（1）熱流量）熱流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過整個(gè)換熱器的傳熱面所傳遞的熱量單位時(shí)間內(nèi)通過整個(gè)換熱器的傳熱面所傳遞的熱量(J/s)或或W（2）熱流密度（或熱通量）熱流密度（或熱通量）q：?jiǎn)挝粫r(shí)間、通過單位傳熱面?zhèn)鬟f的熱量單位時(shí)間、通過單位傳熱面?zhèn)鬟f的熱量二者之間的關(guān)系：二者之間的關(guān)系：（一）傳熱速率（一）傳熱速率注意：對(duì)傳熱速率的要求是相對(duì)的，需要

4、加熱、冷卻時(shí)，注意：對(duì)傳熱速率的要求是相對(duì)的，需要加熱、冷卻時(shí)，要強(qiáng)化傳熱；要求保溫時(shí)，要降低傳熱速率。要強(qiáng)化傳熱；要求保溫時(shí)，要降低傳熱速率?？捎脙煞N方式表示：可用兩種方式表示：（二）穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)（二）穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱傳熱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)過程：過程： 傳熱過程中，參數(shù)傳熱過程中，參數(shù)T1、T2、t1、t2、qm1、qm2等等不隨時(shí)間變化不隨時(shí)間變化，但可以是位置的函數(shù)。，但可以是位置的函數(shù)。非穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)過程：過程：傳熱過程中，各參數(shù)是時(shí)間的函數(shù)時(shí)，為傳熱過程中，各參數(shù)是時(shí)間的函數(shù)時(shí)，為非穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)過程。過程。連續(xù)生產(chǎn)中的傳熱過程多為穩(wěn)態(tài)傳熱連續(xù)生產(chǎn)中的傳熱過程多為穩(wěn)態(tài)傳熱開車、停車以及改變操

5、作條件時(shí)，為非穩(wěn)態(tài)傳熱開車、停車以及改變操作條件時(shí)，為非穩(wěn)態(tài)傳熱),(zyxfT 定態(tài)時(shí)：定態(tài)時(shí)：（一）溫度場(chǎng)和（一）溫度場(chǎng)和溫度梯度溫度梯度溫度場(chǎng)：溫度場(chǎng)：物體內(nèi)各點(diǎn)溫度在時(shí)空中的分布。物體內(nèi)各點(diǎn)溫度在時(shí)空中的分布。),(zyxfT 一維穩(wěn)定溫度場(chǎng)：一維穩(wěn)定溫度場(chǎng)：)(xfT 等溫面：等溫面：溫度相同的點(diǎn)所組成的面。溫度相同的點(diǎn)所組成的面。等溫面彼此不會(huì)相交。等溫面彼此不會(huì)相交。第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律一、傅立葉定律溫度梯度溫度梯度:一維時(shí)：一維時(shí)：dndt梯度方向梯度方向以溫度增加方向?yàn)檎詼囟仍黾臃较驗(yàn)檎?，且垂直于等溫面。，且垂直于等溫面。dndtdQ梯度方向正好與傳熱方

6、向梯度方向正好與傳熱方向相反相反。溫度梯度溫度梯度 /m（二）傅立葉（二）傅立葉定律定律還可寫成：還可寫成：dxdtq 導(dǎo)熱系數(shù)；導(dǎo)熱系數(shù)；W/(m)傳熱速率；傳熱速率；W（4-2）是熱傳導(dǎo)的基本定律是熱傳導(dǎo)的基本定律drdudydu傅立葉定律與牛頓粘性定律類似。傅立葉定律與牛頓粘性定律類似。（此處的類似是指非同類過程之間的相似性）（此處的類似是指非同類過程之間的相似性）即熱量從即熱量從高溫傳至低溫高溫傳至低溫傅立葉定律指出：傅立葉定律指出：熱流密度正比于傳熱面的法向溫度梯度。熱流密度正比于傳熱面的法向溫度梯度。二、二、熱熱導(dǎo)率導(dǎo)率表征物質(zhì)的導(dǎo)熱能力，表征物質(zhì)的導(dǎo)熱能力， 越大，導(dǎo)熱性能越好。

7、越大，導(dǎo)熱性能越好。影響因素：影響因素： 物質(zhì)種類、環(huán)境溫度等物質(zhì)種類、環(huán)境溫度等物質(zhì)的物理性質(zhì)之一物質(zhì)的物理性質(zhì)之一（1 1） 固體導(dǎo)熱系數(shù)固體導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)量級(jí)（的數(shù)量級(jí)（W/m）：）：金屬：金屬：10102建材：建材：10-110絕熱材料：絕熱材料：10-210-1 )1(0at 固體固體與溫度的關(guān)系：與溫度的關(guān)系：（W/m）00時(shí)材料的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)材料的導(dǎo)熱系數(shù)a溫度系數(shù)（溫度系數(shù)（金屬為金屬為，非金屬為，非金屬為+）（3 3）氣體導(dǎo)熱系數(shù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)金屬金屬 合金合金 非金屬非金屬（2 2）液體導(dǎo)熱系數(shù)液體導(dǎo)熱系數(shù)水、氯化鈣、水、氯化鈣、甘油、乙二醇：甘油、乙二醇：TT 其他液體：其他液

8、體：T T 液態(tài)金屬液態(tài)金屬 水水 其他液體其他液體氣體導(dǎo)熱系數(shù)很小。氣體導(dǎo)熱系數(shù)很小。TT 總之：總之：固態(tài)金屬固態(tài)金屬 固態(tài)非金屬固態(tài)非金屬 液體液體 絕熱材料絕熱材料 氣體氣體液體的液體的較小，但比固體絕熱材料大較小，但比固體絕熱材料大在非金屬液體中，在非金屬液體中，水的熱導(dǎo)率最大水的熱導(dǎo)率最大 dxdtAQ 三、平壁三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)前提：前提：（4）材料密度均勻，導(dǎo)熱系數(shù)）材料密度均勻，導(dǎo)熱系數(shù)為為常數(shù)；常數(shù)；（2 2）平壁兩側(cè)溫度均勻、恒定，且）平壁兩側(cè)溫度均勻、恒定，且t t1 1tt2 2：（3 3）壁內(nèi)傳熱系定態(tài)一維熱傳導(dǎo)；）壁內(nèi)傳熱系定態(tài)一維熱傳導(dǎo)；（1）平壁

9、無限大，平壁長(zhǎng)寬遠(yuǎn)大于厚度，邊緣）平壁無限大，平壁長(zhǎng)寬遠(yuǎn)大于厚度，邊緣熱量損失忽略。熱量損失忽略。傅立葉定律可寫成：傅立葉定律可寫成：=常數(shù)常數(shù)（一）單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)（一）單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 2121xxttdxAQdt （4-5）dxdtAQ )(1212xxAQtt bAQ 阻力阻力推動(dòng)力推動(dòng)力 溫差，導(dǎo)熱推動(dòng)力（溫差，導(dǎo)熱推動(dòng)力（）導(dǎo)熱熱阻（導(dǎo)熱熱阻（/W）（4-5a）（4-5）式還可寫成：）式還可寫成： 21ttbAQq （4-6）constAbttAbttAbttQ 334322321121 (4-7)三層平壁如圖，設(shè)層間接觸良好三層平壁如圖，設(shè)層間接觸良好一維穩(wěn)定導(dǎo)熱必有：一

10、維穩(wěn)定導(dǎo)熱必有：Q1= Q2= Q3= Q即：即：（二）多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)（二）多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)依疊加原理：依疊加原理： 3141332211433221iiiAbttAbAbAbttttttQ n層時(shí)：層時(shí)： niiinAbttQ111 四、圓筒四、圓筒壁壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)特點(diǎn)：傳熱面積、溫度沿半徑變化特點(diǎn)：傳熱面積、溫度沿半徑變化設(shè)圓筒壁為無限長(zhǎng)，目的也是按一維導(dǎo)熱處理設(shè)圓筒壁為無限長(zhǎng)，目的也是按一維導(dǎo)熱處理（一（一) ) 單層單層圓筒圓筒壁的穩(wěn)態(tài)壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)（1）材料密度均勻，導(dǎo)熱系數(shù)）材料密度均勻，導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；為常數(shù)；（2）圓筒壁內(nèi)外兩側(cè)溫度均勻、恒定；）圓筒

11、壁內(nèi)外兩側(cè)溫度均勻、恒定；（3）內(nèi)部溫度僅沿半徑方向（垂直于壁面）變化；）內(nèi)部溫度僅沿半徑方向（垂直于壁面）變化；q沿沿r方向各截面?zhèn)鳠崃坎坏?；方向各截面?zhèn)鳠崃坎坏?；總傳熱量總傳熱量Q沿沿r方向各處相等；方向各處相等；drdtAQ 即即drdtrlQ 2 21212ttrrdtlrdrQ 12211221ln21)(ln)(2rrlttrrttlQ （4-9）Rt 211222112 ()()()lnrr lttQrrrr 式式(4-9)還還可整理得：可整理得：（類似于平壁導(dǎo)熱類似于平壁導(dǎo)熱）mmAbttbttA 2121)( lr2Amm 對(duì)數(shù)平均半徑：對(duì)數(shù)平均半徑：1212mrrlnrrr

12、 （4-11）12212()()mr lttrr ldm 對(duì)數(shù)平均直徑：對(duì)數(shù)平均直徑：1212lndddddm 212dddm 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可用算術(shù)平均直徑：時(shí)，可用算術(shù)平均直徑：212 dd1212lnAAAAAm 也可用對(duì)數(shù)平均面積：也可用對(duì)數(shù)平均面積：圓筒壁熱阻圓筒壁熱阻由式由式得得mAbttddttlQ 211221ln)(2 （二）多層（二）多層圓筒圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三層圓筒壁如圖，設(shè)層間接觸良好三層圓筒壁如圖，設(shè)層間接觸良好一維穩(wěn)定導(dǎo)熱：一維穩(wěn)定導(dǎo)熱：注意注意： q1q2q3原因是：熱射線是放射性形式，各層面積不等。原因是：熱射線是放射性形式，各層面積不等。Q1=Q2=

13、Q3=Q32141RRRttQ 33322211141mmmAbAbAbtt 34323212141ln21ln21ln21rrlrrlrrltt 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttl （4-12）1根據(jù)根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，傳熱過程可分傳熱機(jī)理的不同，傳熱過程可分為為 、 和和 三種方式。三種方式。2物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的順序是：（物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的順序是：（ ）。）。 A 金屬一般固體液體氣體；金屬一般固體液體氣體； B 金屬液體一般固體氣體；金屬液體一般固體氣體； C 金屬氣體液體一般固體；金屬氣體液體一般固體； D 金屬液體氣體一般固體金屬液體氣體一般固體A3不需要任何介

14、質(zhì)的傳熱稱為（不需要任何介質(zhì)的傳熱稱為（ ）傳熱。）傳熱。A 熱傳導(dǎo)；熱傳導(dǎo)；B 對(duì)流；對(duì)流；C 輻射；輻射；D 熱流動(dòng)。熱流動(dòng)。C練習(xí)題練習(xí)題4. 穩(wěn)定導(dǎo)熱是指穩(wěn)定導(dǎo)熱是指 不隨時(shí)間改變不隨時(shí)間改變。 系統(tǒng)各點(diǎn)溫度系統(tǒng)各點(diǎn)溫度熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱熱輻射熱輻射4、 厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良好，已知各層厚度好，已知各層厚度b1b2b3，熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率12 = = 水水的的大于大于保溫材料的保溫材料的，保溫材料的，保溫材料的，導(dǎo)致保溫效果，導(dǎo)致保溫效果5、一包有石棉瓦保溫層的蒸汽管道，當(dāng)石棉瓦受潮后，、一包有石棉瓦保溫層的蒸汽管道

15、，當(dāng)石棉瓦受潮后，其保溫效果應(yīng)其保溫效果應(yīng) ，主要原因是：，主要原因是： 。 6、外包絕熱材料的金屬蒸汽管道，當(dāng)蒸汽壓力增大時(shí)，、外包絕熱材料的金屬蒸汽管道，當(dāng)蒸汽壓力增大時(shí)，絕熱材料的熱導(dǎo)率將變絕熱材料的熱導(dǎo)率將變 ，而蒸汽管道的熱導(dǎo)率將，而蒸汽管道的熱導(dǎo)率將變變 ，主要原因是，主要原因是 。大大小小溫度升高溫度升高熱熱流流體體冷冷流流體體)(11WTTAbQ )(22ttAbQW 第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱工業(yè)上遇到的對(duì)流傳熱常指工業(yè)上遇到的對(duì)流傳熱常指流體流體與固體壁面之間的與固體壁面之間的熱量熱量交換交換，也稱對(duì)流給熱，也稱對(duì)流給熱熱流體側(cè)：熱流體側(cè)：冷流體側(cè)：冷流體側(cè)：TtTWt

16、w對(duì)流傳熱的類型對(duì)流傳熱的類型流體無相變的給熱：流體無相變的給熱：強(qiáng)制對(duì)流給熱強(qiáng)制對(duì)流給熱自然對(duì)流給熱自然對(duì)流給熱流體有相變的給熱：流體有相變的給熱：蒸汽冷凝給熱蒸汽冷凝給熱液體沸騰給熱液體沸騰給熱流體在外力作用下產(chǎn)流體在外力作用下產(chǎn)生的宏觀流動(dòng)。生的宏觀流動(dòng)。湍流時(shí)，熱阻主要集湍流時(shí)，熱阻主要集 中在層流內(nèi)層。中在層流內(nèi)層。因流體冷、熱部分密度因流體冷、熱部分密度不同而引起的流動(dòng)。不同而引起的流動(dòng)。t 1t1tgL)t111(gLgLgLp tgLp 則則a、b兩點(diǎn)形成壓差兩點(diǎn)形成壓差自然對(duì)流自然對(duì)流ba-體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)當(dāng)當(dāng)t較小時(shí)較小時(shí)tgLpu 22上上式式說明，只要有溫差就有

17、環(huán)流。說明，只要有溫差就有環(huán)流。tgLu 為了在一定空間內(nèi)獲得較為均勻的加熱，為了在一定空間內(nèi)獲得較為均勻的加熱，加熱器加熱器應(yīng)放置在該空間的下部應(yīng)放置在該空間的下部；反之，為了在一定空間內(nèi)獲；反之，為了在一定空間內(nèi)獲得較為均勻的冷卻，得較為均勻的冷卻，冷卻器應(yīng)放置在該空間的上部冷卻器應(yīng)放置在該空間的上部。一、一、 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱方程與方程與對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)目前，對(duì)流傳熱的工程計(jì)算仍采用半經(jīng)驗(yàn)方法處理。目前，對(duì)流傳熱的工程計(jì)算仍采用半經(jīng)驗(yàn)方法處理。對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱速率速率= 對(duì)流給熱系數(shù)對(duì)流給熱系數(shù)對(duì)流給熱推動(dòng)力對(duì)流給熱推動(dòng)力對(duì)流給熱推動(dòng)力對(duì)流給熱推動(dòng)力對(duì)流給熱阻力對(duì)流給熱阻力牛頓牛

18、頓冷卻定律冷卻定律熱流體側(cè)：熱流體側(cè)：冷流體側(cè)：冷流體側(cè)：)(2ttqW 給熱系數(shù)；給熱系數(shù)；W/m2TW、tW壁溫；壁溫； T、t流體平均溫度；流體平均溫度；q熱通量；熱通量； W/m2)(1WTTq 二、給熱系數(shù)（二、給熱系數(shù)（ ）的影響因素）的影響因素對(duì)流給熱系數(shù)是對(duì)流傳熱過程研究的核心內(nèi)容之一。對(duì)流給熱系數(shù)是對(duì)流傳熱過程研究的核心內(nèi)容之一。 （1 1）流動(dòng)形態(tài)和動(dòng)力）流動(dòng)形態(tài)和動(dòng)力流動(dòng)形態(tài)：流動(dòng)形態(tài)：層流層流傳熱膜傳熱膜，傳熱阻力，傳熱阻力，qq湍流湍流傳熱膜傳熱膜，傳熱阻力，傳熱阻力，qq 流動(dòng)動(dòng)力：流動(dòng)動(dòng)力：自然對(duì)流自然對(duì)流湍動(dòng)湍動(dòng)，傳熱膜，傳熱膜，qq 強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流湍動(dòng)湍動(dòng)，

19、傳熱膜，傳熱膜，qq 確定這些物性的溫度稱作確定這些物性的溫度稱作定性溫度定性溫度。一般用流體一般用流體主體的平均溫度作為定性主體的平均溫度作為定性溫度：溫度：221ttt t1流體進(jìn)口溫度流體進(jìn)口溫度t2流體出口溫度流體出口溫度（2 2）流體的（物理）性質(zhì)）流體的（物理）性質(zhì)對(duì)對(duì)影響較大的有：影響較大的有： 、cp、 、。 傳熱表面的形狀，排列，放置方式，管徑，管長(zhǎng)，傳熱表面的形狀，排列，放置方式，管徑，管長(zhǎng)，板高等。其中對(duì)傳熱影響最大的因素稱作板高等。其中對(duì)傳熱影響最大的因素稱作特征尺寸特征尺寸，（3）傳熱表面的幾何因素）傳熱表面的幾何因素垂直管或板：垂直管或板：L圓管：圓管：d非圓管：非

20、圓管：de（4）流體類型和相變情況）流體類型和相變情況液體液體，氣體，水蒸氣，氣體，水蒸氣；牛頓型流體，非牛頓型流體；牛頓型流體，非牛頓型流體；有無相變化有無相變化準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：cbpatlgcluKl 223 cbaGrKNuPrRe ),(tgclufp 三、三、對(duì)流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式對(duì)流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式將影響將影響的眾多因素組合為若干個(gè)無因次數(shù)群，的眾多因素組合為若干個(gè)無因次數(shù)群，再用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定他們之間的關(guān)系，得到不同條件再用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定他們之間的關(guān)系，得到不同條件下計(jì)算下計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。目的：目的：無因次形式：無因次形式：（4-17）* llNu pc

21、 Pr22222223)(RennlutlgGr 是是Re的一種變形，表征的一種變形，表征自然對(duì)流自然對(duì)流的流動(dòng)狀態(tài)。的流動(dòng)狀態(tài)。努塞爾準(zhǔn)數(shù)：努塞爾準(zhǔn)數(shù)：普朗特準(zhǔn)數(shù)：普朗特準(zhǔn)數(shù)：格拉斯霍夫格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)：對(duì)流給熱比導(dǎo)熱對(duì)流給熱比導(dǎo)熱增大的倍數(shù)增大的倍數(shù)流體的物性參數(shù)流體的物性參數(shù)各無因次準(zhǔn)數(shù)的物理意義各無因次準(zhǔn)數(shù)的物理意義慣性力與粘性力之比慣性力與粘性力之比nNuPrRe023. 08 . 0 （4-19）四、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)四、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式低粘度流體圓低粘度流體圓直管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱系數(shù)直管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱系數(shù)給熱系數(shù)：給熱系數(shù)：流體被加熱流體被加

22、熱時(shí)時(shí)n=0.4，被冷卻，被冷卻時(shí)時(shí)n=0.3應(yīng)用條件：應(yīng)用條件：例例: 管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)給熱系數(shù)的計(jì)算管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)給熱系數(shù)的計(jì)算圖示為一圖示為一列管式換熱器列管式換熱器示意圖，由示意圖，由38根根25mm2.5mm的無縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，的無縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，由由20被加熱至被加熱至80，苯的流量為，苯的流量為8.32kg/s。外殼中。外殼中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求管壁對(duì)苯的給熱系數(shù)。試求管壁對(duì)苯的給熱系數(shù)。又問當(dāng)苯的流量提高一倍，給熱系數(shù)有何又問當(dāng)苯的流量提高一倍，給熱系數(shù)有何變化變化？Ctm 50)8020(21smndquV/81. 03802. 07

23、85. 0860/32. 8422 （1）0.7Pr120309601045. 086081. 002. 0duRe3 79. 514. 01045. 0)108 . 1(Pr33 pc410 -19)/(1272)79. 5()30960(02. 014. 0023. 0PrRe023. 024 . 08 . 04 . 08 . 0CmWd 若忽略定性溫度的變化，當(dāng)苯的流量增加一倍時(shí)，若忽略定性溫度的變化，當(dāng)苯的流量增加一倍時(shí)，給熱系數(shù)給熱系數(shù) 為：為：)/(22152127228 . 08 . 0CmWuu （2）水溫水溫50時(shí)，時(shí)，=0.45mPas，膜膜，但滴狀冷凝難于控制，但滴狀冷凝

24、難于控制，目前應(yīng)用的目前應(yīng)用的冷凝器仍按冷凝器仍按膜狀冷凝膜狀冷凝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。3、影響影響冷凝給熱的因素及強(qiáng)化措施冷凝給熱的因素及強(qiáng)化措施影響因素：影響因素：不凝性氣體：不凝性氣體：不凝性氣體阻礙蒸汽與汽液界面的接觸不凝性氣體阻礙蒸汽與汽液界面的接觸 蒸汽中含蒸汽中含1%空氣，給熱系數(shù)下降約空氣，給熱系數(shù)下降約60%， 相當(dāng)于附加一層氣膜熱阻。相當(dāng)于附加一層氣膜熱阻。蒸汽流速及流向：蒸汽流速及流向：流速較大且與膜同向，流速較大且與膜同向，流速較大且與膜逆向，流速較大且與膜逆向， 通常蒸汽入口設(shè)在換熱器上部，以避免蒸通常蒸汽入口設(shè)在換熱器上部，以避免蒸汽和凝液逆向流動(dòng)。汽和凝液逆向流動(dòng)。（若蒸汽

25、吹散液膜，（若蒸汽吹散液膜， 反而反而 ）強(qiáng)化措施：強(qiáng)化措施：（2）定期排放不凝性氣體。）定期排放不凝性氣體。（1）應(yīng)盡可能減小液膜厚度，在壁面處開溝槽、）應(yīng)盡可能減小液膜厚度，在壁面處開溝槽、加金屬絲等。加金屬絲等。 大容積沸騰：大容積沸騰：加熱面浸沒于無強(qiáng)制對(duì)流的液體中的沸騰。加熱面浸沒于無強(qiáng)制對(duì)流的液體中的沸騰。加熱表面浸入液體的自由表面之下加熱表面浸入液體的自由表面之下液體于加熱面產(chǎn)生氣泡，自由上浮液體于加熱面產(chǎn)生氣泡，自由上浮（二）（二） 液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱液體的流動(dòng)僅緣于自然對(duì)流和氣泡的擾動(dòng)液體的流動(dòng)僅緣于自然對(duì)流和氣泡的擾動(dòng)如水壺?zé)缢畨責(zé)萜鲀?nèi)液體溫度

26、高于飽和溫度時(shí)，液體汽化而形成容器內(nèi)液體溫度高于飽和溫度時(shí)，液體汽化而形成氣泡的過程，稱為沸騰氣泡的過程，稱為沸騰。沸騰分類：沸騰分類： 管內(nèi)沸騰：管內(nèi)沸騰：流體受壓差作用在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)沸騰。流體受壓差作用在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)沸騰。 飽和沸騰：飽和沸騰： 離開加熱面的氣泡不再凝結(jié)。離開加熱面的氣泡不再凝結(jié)。 過冷沸騰：過冷沸騰：流體主體溫度低于飽和溫度，加熱面流體主體溫度低于飽和溫度，加熱面上氣泡離開后重新凝結(jié)。上氣泡離開后重新凝結(jié)。流體在管內(nèi)流動(dòng)流體在管內(nèi)流動(dòng)流速對(duì)傳熱影響顯著流速對(duì)傳熱影響顯著氣泡與液體一起流動(dòng)（兩相流）氣泡與液體一起流動(dòng)（兩相流）汽化核心汽化核心：1、沸騰的必要條件沸騰的必要條件液

27、體過熱液體過熱： 沸騰給熱熱阻集中在緊貼加熱表面的液體薄層沸騰給熱熱阻集中在緊貼加熱表面的液體薄層內(nèi)，熱阻很低，內(nèi)，熱阻很低，給熱強(qiáng)度高于無相變的液體給熱給熱強(qiáng)度高于無相變的液體給熱。粗糙的加熱壁面的凹縫易于形成汽化核心。粗糙的加熱壁面的凹縫易于形成汽化核心。加熱壁面溫度最高，可達(dá)到液體過熱。加熱壁面溫度最高，可達(dá)到液體過熱。2、大容積飽和沸騰曲線、大容積飽和沸騰曲線 液體的大容積飽和沸騰隨溫差液體的大容積飽和沸騰隨溫差t（壁溫與操作壓壁溫與操作壓強(qiáng)下液體的飽和溫度之差）的變化，都會(huì)出現(xiàn)不同類強(qiáng)下液體的飽和溫度之差）的變化，都會(huì)出現(xiàn)不同類型的沸騰狀態(tài)。型的沸騰狀態(tài)。 當(dāng)當(dāng)t 2.2（ 2.22

28、5 ），），加熱面上有氣泡產(chǎn)加熱面上有氣泡產(chǎn)生，生，隨隨t急劇上升。這是由于氣泡的產(chǎn)生和脫離對(duì)急劇上升。這是由于氣泡的產(chǎn)生和脫離對(duì)加熱面附近液體的擾動(dòng)越來越劇烈的緣故加熱面附近液體的擾動(dòng)越來越劇烈的緣故（3）不穩(wěn)定膜狀沸騰）不穩(wěn)定膜狀沸騰： t增大到某一定數(shù)值（增大到某一定數(shù)值（ 25250 ）時(shí)，加熱面上）時(shí)，加熱面上的汽化核心增多，氣泡在脫離加熱面之前便相互連接，的汽化核心增多，氣泡在脫離加熱面之前便相互連接，形成氣膜，把加熱面與液體隔開，形成氣膜，把加熱面與液體隔開，下降，稱不穩(wěn)定下降，稱不穩(wěn)定膜狀沸騰。膜狀沸騰。tc（4）穩(wěn)定穩(wěn)定膜狀沸騰膜狀沸騰： 工業(yè)上，應(yīng)控制在工業(yè)上，應(yīng)控制在階段

29、，此時(shí)有給熱系階段，此時(shí)有給熱系數(shù)大、壁溫低的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)大、壁溫低的優(yōu)點(diǎn)。 膜狀沸騰時(shí)，因氣膜導(dǎo)熱差，使壁溫高，易燒壞膜狀沸騰時(shí)，因氣膜導(dǎo)熱差，使壁溫高，易燒壞設(shè)備，應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意。設(shè)備，應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意。 3 3、沸騰、沸騰給熱過程的強(qiáng)化給熱過程的強(qiáng)化（1）加熱表面加熱表面：粗糙有利，污垢不利。粗糙有利，污垢不利。（2）液體性質(zhì)：液體性質(zhì)： 、；、 （3）操作壓力：操作壓力： pts、 （4）溫度差：溫度差：t=tw-ts (ttc)練習(xí)題練習(xí)題1、飽和蒸汽冷凝時(shí)（冷凝膜層流流動(dòng)），、飽和蒸汽冷凝時(shí)（冷凝膜層流流動(dòng)），t， ; 液體核狀沸騰時(shí)，液體核狀沸騰時(shí)， t， 。核狀沸騰核狀沸騰2、工業(yè)上工業(yè)

30、上，沸騰應(yīng)，沸騰應(yīng)控制控制在在 階段階段，此時(shí)，此時(shí)有有 的優(yōu)點(diǎn)。的優(yōu)點(diǎn)。3、在蒸汽冷凝傳熱中、在蒸汽冷凝傳熱中，不凝性氣體的存在對(duì)，不凝性氣體的存在對(duì)的影響的影響是是 。（1）不凝性氣體存在會(huì)使）不凝性氣體存在會(huì)使（值）大大降低（值）大大降低 （2）不凝性氣體存在會(huì)使）不凝性氣體存在會(huì)使（值）（值） 升高升高（3）不凝性氣體的存在與否，對(duì)數(shù)據(jù)無影響）不凝性氣體的存在與否，對(duì)數(shù)據(jù)無影響（1）給熱系數(shù)大、壁溫低給熱系數(shù)大、壁溫低Q= qm r第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算一、熱量衡算方程和熱負(fù)荷一、熱量衡算方程和熱負(fù)荷無相變時(shí)：無相變時(shí)：Q=qm1cp1（T1T2）有相變時(shí)：有相變時(shí)：Q

31、m2cp2（t2t1）=飽和蒸汽的冷凝潛熱，飽和蒸汽的冷凝潛熱，kJ/kg質(zhì)量流量質(zhì)量流量（4-36）（4-37）管內(nèi)熱流體，管外冷流體。管內(nèi)熱流體，管外冷流體。iWidA)TT(dQ 二、局部傳熱速率方程式二、局部傳熱速率方程式mWWdAtTbdQ)( oWodA)tt (dQ 熱流體側(cè)：熱流體側(cè)：管壁導(dǎo)熱：管壁導(dǎo)熱：冷流體側(cè)：冷流體側(cè)：或或1dA或或2dAmm在截面處取一微元體在截面處取一微元體。KdA1ooWmWWiiWdA1ttdAtTdA1TTdQ 上三式也可寫成：上三式也可寫成：依疊加原理：依疊加原理：總熱阻總熱阻總推動(dòng)力總推動(dòng)力 oomiidAdAbdAtTdQ 11KdAtTd

32、AdAbdAtTdQoomii111 則則dAtTKdQ)( 即即三、總傳熱系數(shù)三、總傳熱系數(shù)K K由式由式 可見，取不同面積可見，取不同面積為基準(zhǔn)計(jì)算時(shí)，所對(duì)應(yīng)的為基準(zhǔn)計(jì)算時(shí)，所對(duì)應(yīng)的K值也不同。值也不同。oomiidAdAbdAKdA 111 若為平板傳熱：若為平板傳熱：dAi= dAm= dAo= dAoibK 111 管外表面管外表面(dA2)K、Ki(K1)、Ko(K2)總傳熱系數(shù)；總傳熱系數(shù)；W/m2以以管內(nèi)表面管內(nèi)表面計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)，dA=dAi(dA1)ldi ldo ldm（習(xí)慣以外表面為主習(xí)慣以外表面為主）（4-42c）K1當(dāng)忽略管壁內(nèi)、外表面積的差異時(shí)，當(dāng)忽略管壁內(nèi)、外表面積

33、的差異時(shí)，當(dāng)當(dāng)oi時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)io時(shí)，時(shí)，若壁阻忽略不計(jì)若壁阻忽略不計(jì)，oi11K1 則則o1 i1 b、 、中任一中任一 ，傳熱速率傳熱速率o1 i1 b、 、K1具有不同數(shù)量級(jí)時(shí)，具有不同數(shù)量級(jí)時(shí)， 傳熱速率受控于熱阻大（對(duì)流給熱系數(shù)小的）傳熱速率受控于熱阻大（對(duì)流給熱系數(shù)小的）的那一側(cè)流體的對(duì)流給熱。的那一側(cè)流體的對(duì)流給熱。，必定必定Ko必定必定Ki（4-45）四、污垢熱阻四、污垢熱阻考慮到有污垢熱阻時(shí)的總傳熱系數(shù)考慮到有污垢熱阻時(shí)的總傳熱系數(shù)厚壁時(shí)：厚壁時(shí)：（4-44）常見流體的污垢熱阻：常見流體的污垢熱阻：oWWWiW1tttT1TTq oiWW/1/1ttTT （4-47）五、壁溫

34、計(jì)算五、壁溫計(jì)算若忽略管壁內(nèi)、外表面積的差異，則若忽略管壁內(nèi)、外表面積的差異，則金屬壁熱阻可忽略，即金屬壁熱阻可忽略，即TWtW，則，則傳熱面兩側(cè)溫差之比等于兩側(cè)熱阻之比。傳熱面兩側(cè)溫差之比等于兩側(cè)熱阻之比。六、傳熱平均六、傳熱平均溫度差溫度差假設(shè)：假設(shè)：（1）定態(tài)傳熱過程定態(tài)傳熱過程；（2 2）流體無相變；）流體無相變；（3 3）冷、熱流體質(zhì)量流量（）冷、熱流體質(zhì)量流量（qm m）、比熱）、比熱( (cp) ) 、 總傳熱系數(shù)（總傳熱系數(shù)（K K）為常量）為常量（4）熱損失忽略。）熱損失忽略。1 1、兩側(cè)均變溫傳熱、兩側(cè)均變溫傳熱 因冷、熱流體流向不同，傳熱過程可分為：逆流、因冷、熱流體流向

35、不同，傳熱過程可分為：逆流、并流、折流及錯(cuò)流換熱。并流、折流及錯(cuò)流換熱。（一）變溫傳熱（一）變溫傳熱 逆流逆流換熱過程換熱過程并流并流換熱過程換熱過程傳熱過程的積分表達(dá)式傳熱過程的積分表達(dá)式dA)tT(KqdAdQ 12110TTpmAtTdTKcqdA積分得：積分得：dtcqdAtTKqdAdQpm22)( 21220ttpmAtTdtKcqdAA AdTcq1p1m （1 1）逆流傳熱）逆流傳熱由熱量衡算知由熱量衡算知 Q=qm1cp1(T1T2)= qm2cp2(t2t1)在冷流體入口端和任一截面間取控制體進(jìn)行熱在冷流體入口端和任一截面間取控制體進(jìn)行熱量衡算：量衡算：qm1cp1(TT2

36、)= qm2cp2(tt1)(1112221122tcqcqTtcqcqTpmpmpmpm AB(T-t)2(T-t)1Tt(T-t)(1112221122tcqcqTtcqcqTpmpmpmpm 此式為一直線方程，此式為一直線方程，如圖中直線如圖中直線AB。 線上每一點(diǎn)代表換熱線上每一點(diǎn)代表換熱器某一截面上冷、熱流器某一截面上冷、熱流體的溫度。體的溫度。 推動(dòng)力（推動(dòng)力（T-t）等于）等于操作線與對(duì)角線間的垂操作線與對(duì)角線間的垂直距離直距離C稱之為換熱器的稱之為換熱器的操作線操作線。T=t)(1112221122tcqcqTttcqcqtTpmpmpmpm 可見，（可見，（T-t）與）與t成

37、直線關(guān)系；成直線關(guān)系； 求微分得：求微分得：常常數(shù)數(shù) 1)(1122pmpmcqcqdttTd)(1112221122tcqcqTtcqcqTpmpmpmpm 同理（同理（T-t）與）與T也成直線關(guān)系也成直線關(guān)系dTtTd)( t1= (T-t)1= T1-t21221)(ttttdttddttTd 其中其中t2= (T-t)2= T2-t1由由式得式得：)(2121tTdttTTdT dTtd 2121TTtt mt )(2121tTdttTTdT 將將 代入代入 中中，積分得：，積分得： 12)()(212111)(tTtTpmtTtTdttTTKcqAmtKAQ 12110TTpmAtT

38、dTKcqdAA 12212111ttpmttdttTTKcq2121ln1ttttKQ 2121ln1ttttKQ 2121lntttttm 若若 t1 / t2 tm并并 （3 3）逆流與并流傳熱的比較）逆流與并流傳熱的比較例：例：逆流傳熱推動(dòng)力大逆流傳熱推動(dòng)力大 當(dāng)換熱器的傳熱量當(dāng)換熱器的傳熱量Q和總傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)K一定時(shí)一定時(shí)，mtKQA ，逆流所需的傳熱面積小逆流所需的傳熱面積小；并流特點(diǎn)并流特點(diǎn)： 易于易于控制溫度，出口溫度比較恒定（控制溫度，出口溫度比較恒定（ t2T2）；）； 冷冷流體快速升溫，使粘度下降，流體快速升溫，使粘度下降，K升高。升高。逆流可將冷流體溫度升得更高

39、：逆流可將冷流體溫度升得更高：t2T2 可將熱流體溫度降得更低：可將熱流體溫度降得更低： T2 t2 逆流逆流時(shí)，可節(jié)省冷卻劑或加熱劑用量時(shí)，可節(jié)省冷卻劑或加熱劑用量。傳熱溫差不變，平均溫差就等于冷、熱流體的溫度差，傳熱溫差不變，平均溫差就等于冷、熱流體的溫度差，即即tm=T-t一側(cè)恒溫一側(cè)恒溫兩側(cè)恒溫兩側(cè)恒溫2、一側(cè)變溫傳熱、一側(cè)變溫傳熱其傳熱平均溫差與流體其傳熱平均溫差與流體的流動(dòng)方向的流動(dòng)方向無關(guān)無關(guān)（二）兩側(cè)恒溫（二）兩側(cè)恒溫2121lntttttm 計(jì)算步驟計(jì)算步驟：計(jì)算熱負(fù)荷：計(jì)算熱負(fù)荷：)()(12222111ttcqTTcqQpmpm 確定流向（確定流向（逆流逆流、并流、并流）

40、，），計(jì)算計(jì)算平均溫度差：平均溫度差：2121lntttttm 確定流程（管內(nèi)、管外流體），流速，垢阻。計(jì)算確定流程（管內(nèi)、管外流體），流速，垢阻。計(jì)算總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K：計(jì)算換熱面積：計(jì)算換熱面積： mtKQA 七七、 傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算如果內(nèi)管改用直徑為如果內(nèi)管改用直徑為764mm的鋼管代替，其余的鋼管代替，其余條件不變，試求所需條件不變，試求所需管長(zhǎng)管長(zhǎng)。 【例例】 某某套管換熱器，內(nèi)管為套管換熱器，內(nèi)管為573mm，外管為外管為1084mm鋼管。管內(nèi)苯被加熱，苯進(jìn)口溫度鋼管。管內(nèi)苯被加熱，苯進(jìn)口溫度40，出口溫度，出口溫度70，苯流量為，苯流量為3800kg/h。環(huán)隙為。環(huán)隙為130

41、飽和蒸汽冷凝，汽化熱為飽和蒸汽冷凝，汽化熱為2178kJ/kg，冷凝給熱系數(shù)，冷凝給熱系數(shù)11630W/m2。苯在。苯在5080之間的物性參數(shù)平均值為之間的物性參數(shù)平均值為密度密度880kg/m3，比熱，比熱 cp1.86kJ/kg， 粘度粘度0.39cP，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)0.134W/m，管內(nèi)垢阻為，管內(nèi)垢阻為0.000265m2/W，管壁熱阻及管外垢阻忽略不計(jì)，求：，管壁熱阻及管外垢阻忽略不計(jì)，求：加熱蒸汽消耗量（加熱蒸汽消耗量（kg/hkg/h）？）？ 所需傳熱面積所需傳熱面積A Ao o？當(dāng)苯流量增加當(dāng)苯流量增加50%50%時(shí)，為保證苯的進(jìn)出口溫度不變，時(shí)，為保證苯的進(jìn)出口溫度不變，

42、加熱蒸汽加熱蒸汽溫度溫度應(yīng)提至多少？應(yīng)提至多少？解：解：根據(jù)熱量恒算根據(jù)熱量恒算：qm1r1 =qm2cp2(t2t1)=Q蒸汽消耗量：蒸汽消耗量： )/(4 .97217821204011hkgrQqm )/(212040)4070(86. 13800)(1222hkJttcqQpm 傳熱量：傳熱量：根據(jù)傳熱速率方程：根據(jù)傳熱速率方程：mootAKQ 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) K Ko o：oomoioiioioRddbddRddK 111 根據(jù)已知：根據(jù)已知：Ri=0.000265， Ro=0 ，o=11630，i的求?。旱那笕。?管內(nèi)流體對(duì)流給熱系數(shù)：管內(nèi)流體對(duì)流給熱系數(shù)：0 moddb m

43、m512357dmm57dio 管內(nèi)流速：管內(nèi)流速：)/(587. 0051. 0785. 08803600/38002smAqum 雷諾準(zhǔn)數(shù)：雷諾準(zhǔn)數(shù)：443i10108 . 61039. 0880587. 0051. 0udRe 普蘭特準(zhǔn)數(shù)：普蘭特準(zhǔn)數(shù)：41. 5134. 01039. 01086. 1Pr33 Cp0.7 Pr 120管內(nèi)流體粘度管內(nèi)流體粘度苯苯0.39cP=0.39 mPas苯苯60原假設(shè)成立原假設(shè)成立 t1=130-40=90t2=130-70=60平均溫差平均溫差tm：=1.32/(3.140.057)=7.4mldAoo ood/Al 流量增加流量增加50%， q

44、m2 =1.5qm2；苯進(jìn)、出口溫度不變苯進(jìn)、出口溫度不變8 . 08 . 08 . 08 . 0ReRe mmVVqqqquu 根據(jù)根據(jù))Cm/W(12068725 . 15 . 128 . 0i8 . 0i 001309. 01163015157000265. 05157120611ddRdd1K1oioiioio Ko=764 （W/m2)根據(jù)傳熱速率方程：根據(jù)傳熱速率方程：oooomAKQ5 . 1AKQt 設(shè)蒸汽溫度應(yīng)提至設(shè)蒸汽溫度應(yīng)提至TT，CTTTTtttttm 6 .877040ln)70()40(ln2121即即6 .877040ln30 TT解得：解得：T=143.5)/(

45、212040)(1222hkJttcqQpm )(6 .8732. 17643600102120405 . 13C 0.420.023Pr0.023()Pr4mqdudddd 0.023Pr0.785mqd 與直徑的關(guān)系：與直徑的關(guān)系：其它條件不變，換管后，其它條件不變，換管后，假設(shè)假設(shè) L/d60， 6 . 032574276dd8 . 18 . 1i8 . 1iii )Cm/W(2 .5238726 . 06 . 02ii Ko=397.1 （W/m2)因因Q、t tm m不變，故不變，故傳熱面積：傳熱面積：檢驗(yàn)：檢驗(yàn)：L/d=8.38/0.068=12

46、360，所以假設(shè)成立，所以假設(shè)成立002518. 01163016876000265. 068762 .52311ddRdd1K1oioiioio )m(2741 .3973600/10212040tKQA23mo ldAoo m38. 8076. 014. 3/2d/Aloo 第六節(jié)第六節(jié) 換熱器換熱器 （一）（一） 按用途分類按用途分類加熱器，冷卻器，冷凝器加熱器，冷卻器，冷凝器，蒸發(fā)器，蒸發(fā)器 （二）按冷、熱流體的接觸方式分類（二）按冷、熱流體的接觸方式分類直接接觸式，間壁式，直接接觸式，間壁式，蓄熱蓄熱式式一、換熱器的分類一、換熱器的分類本節(jié)討論本節(jié)討論：常用換熱器的結(jié)構(gòu)、性能及特點(diǎn)；

47、常用換熱器的結(jié)構(gòu)、性能及特點(diǎn)；換熱器基本尺寸、傳熱面積的計(jì)算換熱器基本尺寸、傳熱面積的計(jì)算；根據(jù)生產(chǎn)需要，選擇合適的換熱設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)需要，選擇合適的換熱設(shè)備。二、二、 間壁式換熱器類型間壁式換熱器類型（一）（一）夾套式換熱器夾套式換熱器（Jacket Heat Exchanger ） 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：夾層夾層特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加熱面受限，傳熱系數(shù)低。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加熱面受限，傳熱系數(shù)低。（二）（二）沉浸沉浸式蛇管換熱器式蛇管換熱器（Cockle Pipe Heat Exchanger ） 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 置于容器內(nèi)，耐高壓，耐腐蝕，管外流體湍動(dòng)小。置于容器內(nèi)，耐高壓，耐腐蝕，管外流體湍動(dòng)小。（三）（

48、三）噴噴淋式換熱器淋式換熱器（ShowerHeat Exchanger ） 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 管內(nèi)熱流體，管外冷流體，湍動(dòng)大，操作環(huán)境差。管內(nèi)熱流體，管外冷流體，湍動(dòng)大，操作環(huán)境差。（四）（四）套管式換熱器套管式換熱器 （Double Pipe Heat ExchangerDouble Pipe Heat Exchanger） 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐高壓，流速高，可純逆流；接頭易結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐高壓，流速高，可純逆流；接頭易泄漏，單位體積傳熱面積小。泄漏，單位體積傳熱面積小。（五）（五）螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，耗材低，緊湊，耗材低，傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)高，不

49、易結(jié)垢和堵塞，高，不易結(jié)垢和堵塞，能利用低溫?zé)嵩矗Y(jié)構(gòu)緊湊，能利用低溫?zé)嵩?，結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積傳熱面積大單位容積傳熱面積大 ；但捍縫處易漏、操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高，不易檢修。但捍縫處易漏、操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高，不易檢修。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（六）（六）板式換熱器板式換熱器（Plate Heat ExchangerPlate Heat Exchanger） 特點(diǎn)：特點(diǎn)：傳熱面積可調(diào)節(jié)傳熱面積可調(diào)節(jié)，傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊；，傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊；但不耐高溫、但不耐高溫、高壓高壓，處理量不大處理量不大（七）（七）板翅式換熱器板翅式換熱器特點(diǎn)：湍流程度大，輕巧牢固；易堵塞，清洗困難特點(diǎn)：湍流程度大，輕巧牢固

50、；易堵塞，清洗困難（八）（八）翅片管翅片管換熱器換熱器要求：翅片與管表面的連接應(yīng)緊密，否則接觸熱阻大。要求：翅片與管表面的連接應(yīng)緊密，否則接觸熱阻大。（九）（九）管殼管殼（列管）式換熱器（列管）式換熱器（Shell & Tube Heat ExchangerShell & Tube Heat Exchanger） 、基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 單位體積換熱面積大，管內(nèi)、外流體湍動(dòng)單位體積換熱面積大，管內(nèi)、外流體湍動(dòng)較大，結(jié)構(gòu)緊湊。較大，結(jié)構(gòu)緊湊。管板管板： 固定管束固定管束 管束：管束：構(gòu)成傳熱面（外側(cè)表面積）構(gòu)成傳熱面（外側(cè)表面積）管程：管程：隔板隔板：劃分管程（于封頭與管

51、板間）劃分管程（于封頭與管板間） 管內(nèi)流動(dòng)行程（單管程，兩管程，多管程）管內(nèi)流動(dòng)行程（單管程，兩管程，多管程）增加管程可提高管內(nèi)流體流速，但流動(dòng)阻力增大增加管程可提高管內(nèi)流體流速，但流動(dòng)阻力增大（注意：管程數(shù)與管內(nèi)流體流速的關(guān)系：（注意：管程數(shù)與管內(nèi)流體流速的關(guān)系：若管程數(shù)增為若管程數(shù)增為n管程，則流速變?yōu)樵瓉淼墓艹?，則流速變?yōu)樵瓉淼膎 倍）倍）縱向擋板縱向擋板： 劃分殼程（平行于管束）劃分殼程（平行于管束）殼程：殼程： 管外流動(dòng)行程（單殼程，兩殼程，多殼程）管外流動(dòng)行程（單殼程，兩殼程，多殼程）增加殼程可提高管外流體流速，但流動(dòng)阻力增大增加殼程可提高管外流體流速，但流動(dòng)阻力增大折流板折流板：

52、 增加管外流體的湍動(dòng)，提高管外對(duì)流給熱系數(shù)增加管外流體的湍動(dòng)，提高管外對(duì)流給熱系數(shù)2、主要形式與特點(diǎn)主要形式與特點(diǎn) （1）固定管板式）固定管板式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 兩端管板與殼體焊接，管束不可拆兩端管板與殼體焊接，管束不可拆 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低； 冷、熱流體溫差大時(shí)應(yīng)考慮溫冷、熱流體溫差大時(shí)應(yīng)考慮溫度補(bǔ)償（度補(bǔ)償（膨脹節(jié)膨脹節(jié)）。）。 清洗管內(nèi)易，管外難清洗管內(nèi)易，管外難（殼程通潔凈流體）；（殼程通潔凈流體）；（2）浮頭式換熱器浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 一端管板不與外殼相連，可沿軸向自由浮動(dòng)，一端管板不與外殼相連，可沿軸向自由浮動(dòng)，管束可拆。管束可拆。特點(diǎn)：特點(diǎn)：

53、 易于清洗；無須溫度補(bǔ)償；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。易于清洗；無須溫度補(bǔ)償；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（3 3）型管式換熱器型管式換熱器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：一個(gè)管板，加熱一個(gè)管板，加熱管呈型。管呈型。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 無須溫度補(bǔ)償；結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；清洗管外易，管內(nèi)難。無須溫度補(bǔ)償；結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；清洗管外易，管內(nèi)難。給熱系數(shù)大的流體給熱系數(shù)大的流體三、列管式換熱器三、列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用的設(shè)計(jì)和選用1 1、流體流動(dòng)通道的選擇、流體流動(dòng)通道的選擇 (P173)管程中：管程中： 易結(jié)垢（不易清洗）的易結(jié)垢（不易清洗）的流體流體（U形管例外）形管例外）有腐蝕性的流體有腐蝕性的流體有毒性的流體有毒性的流體壓力高的流體壓力高的流體殼程中：殼程中：

54、飽和蒸汽飽和蒸汽被冷卻的流體被冷卻的流體流量小或粘度大的流體流量小或粘度大的流體2 2、流動(dòng)方式的選擇、流動(dòng)方式的選擇逆流或并流、管程數(shù)和殼程數(shù)要適當(dāng)逆流或并流、管程數(shù)和殼程數(shù)要適當(dāng) 當(dāng)當(dāng)流量一定時(shí)，管程或殼程越多，流量一定時(shí)，管程或殼程越多，越大，對(duì)傳越大，對(duì)傳熱過程有利；但流體阻力損失也增大熱過程有利；但流體阻力損失也增大，而且阻力損失，而且阻力損失增加的更大。增加的更大。四管程時(shí)速度四管程時(shí)速度u =4單管程時(shí)速度單管程時(shí)速度u管程管程N(yùn)p0.8 阻力損失阻力損失Np3 ； Np-管程數(shù)管程數(shù)3 3、換熱器的規(guī)格和管排列方式、換熱器的規(guī)格和管排列方式管排列方式：管排列方式： 三角形和正方

55、形三角形和正方形管長(zhǎng)：管長(zhǎng)：1.5m、2m、3m、4.5m、5m、6m、9m管子標(biāo)準(zhǔn)：管子標(biāo)準(zhǔn)：19mm2mm和和25mm2.5mm4 4、折流擋板、折流擋板種類種類： 圓缺形和盤環(huán)形圓缺形和盤環(huán)形 因此，在選擇擋板數(shù)時(shí)，要兼顧傳熱與流體壓因此，在選擇擋板數(shù)時(shí)，要兼顧傳熱與流體壓降兩方面的得失。降兩方面的得失。5 5、管殼式換熱器的選用計(jì)算、管殼式換熱器的選用計(jì)算計(jì)算熱負(fù)荷（熱量衡算）計(jì)算熱負(fù)荷（熱量衡算）計(jì)算平均溫度差計(jì)算平均溫度差tm 估算傳熱系數(shù)估算傳熱系數(shù)K估估 ，估算傳熱面積，估算傳熱面積A估估 根據(jù)根據(jù)A估估初選換熱器（初選換熱器（A實(shí)實(shí) 、DN 、p） 確定垢阻確定垢阻，由，由R

56、i、Ro、u 、 i、o 計(jì)算傳熱系計(jì)算傳熱系數(shù)數(shù)K計(jì)計(jì)，計(jì)算傳熱面積，計(jì)算傳熱面積A計(jì)計(jì)校核校核： A實(shí)實(shí)A計(jì)計(jì)1.101.25 四四、載熱體及其選擇、載熱體及其選擇加熱劑加熱劑：起加熱作用。主要有熱水、水蒸汽、礦物起加熱作用。主要有熱水、水蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物、熔鹽和煙道氣油、聯(lián)苯混合物、熔鹽和煙道氣冷卻劑冷卻劑：選擇載熱體時(shí)應(yīng)參考以下幾個(gè)方面：選擇載熱體時(shí)應(yīng)參考以下幾個(gè)方面： 溫度必須滿足工藝要求；溫度必須滿足工藝要求； 溫度溫度應(yīng)易于調(diào)節(jié)；應(yīng)易于調(diào)節(jié)； 不會(huì)分解，毒性不會(huì)分解，毒性要小，使用要小，使用安全；安全； 價(jià)廉易得，傳熱性能好。價(jià)廉易得，傳熱性能好。 腐蝕性小，不易結(jié)垢；腐

57、蝕性小，不易結(jié)垢；五、傳熱五、傳熱過程的強(qiáng)化過程的強(qiáng)化由由Q=KAtm式可知應(yīng)強(qiáng)化的項(xiàng)目式可知應(yīng)強(qiáng)化的項(xiàng)目增大增大K：措施：措施：（i o b R ）K qmuRe 增加管程數(shù)，殼程加擋板，增大湍流程度；增加管程數(shù)，殼程加擋板，增大湍流程度； 使用有相變的流體做加熱劑；使用有相變的流體做加熱劑； 使用使用的流體（如液態(tài)金屬做加熱或冷卻劑）；的流體（如液態(tài)金屬做加熱或冷卻劑）； 減小垢阻（常清洗）減小垢阻（常清洗）強(qiáng)化傳熱過程，即提高冷、熱流體間的傳熱速率。強(qiáng)化傳熱過程，即提高冷、熱流體間的傳熱速率。增大增大A： 指增大單位體積的傳熱面積。從結(jié)構(gòu)方面考慮：指增大單位體積的傳熱面積。從結(jié)構(gòu)方面考慮

58、： 可增大可增大小的一側(cè)的傳熱面積，如加翅片、波紋管等小的一側(cè)的傳熱面積，如加翅片、波紋管等逆流傳熱溫差大于并流，可選取逆流傳熱過程。逆流傳熱溫差大于并流，可選取逆流傳熱過程。另外，提高加熱劑溫度（或降低冷卻劑的溫度）也另外，提高加熱劑溫度（或降低冷卻劑的溫度）也可提高可提高tm 。增大增大tm ：1水在逆流操作的套管換熱器中冷卻某物料。要求水在逆流操作的套管換熱器中冷卻某物料。要求熱流體的熱流體的T1、T2及流量不變。若因冷卻水進(jìn)口溫度及流量不變。若因冷卻水進(jìn)口溫度t1增高，為保證完成生產(chǎn)任務(wù)，提高冷卻水的流量，其增高，為保證完成生產(chǎn)任務(wù)，提高冷卻水的流量，其結(jié)果（結(jié)果（ ）。）。（1） K

59、，tm不變不變；（；（2） Q不變不變，tm，K；（3） Q ，tm ；（；（4） Q不變不變， tm 不定，不定，K一、選擇題一、選擇題（2）2在列管式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面在列管式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面兩項(xiàng)判斷是否合理。甲：傳熱管的壁溫將接近加熱兩項(xiàng)判斷是否合理。甲：傳熱管的壁溫將接近加熱蒸汽溫度。乙：換熱器總傳熱系數(shù)蒸汽溫度。乙：換熱器總傳熱系數(shù)K將接近空氣側(cè)的將接近空氣側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。（對(duì)流傳熱系數(shù)。（ ） A . 甲、乙均合理；甲、乙均合理； B. 甲、乙均不合理甲、乙均不合理 C. 甲合理、乙不合理；甲合理、乙不合理； D. 乙合理、甲不合理乙合理、甲不合

60、理A練習(xí)題練習(xí)題3一套管換熱器，環(huán)隙為一套管換熱器，環(huán)隙為120蒸汽冷凝，管內(nèi)空氣蒸汽冷凝，管內(nèi)空氣從從20 被加熱到被加熱到50 ，則管壁溫度應(yīng)接近于，則管壁溫度應(yīng)接近于 。 A 35 ；B 120 ；C 77.5 ；D 50 B4在設(shè)計(jì)管殼式換熱器時(shí)，設(shè)置隔板以提高在設(shè)計(jì)管殼式換熱器時(shí)，設(shè)置隔板以提高 流流速，設(shè)置折流板以提高速，設(shè)置折流板以提高 流速，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱流速，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。管程內(nèi)流體流速的選取，對(duì)一般液體的目的。管程內(nèi)流體流速的選取，對(duì)一般液體取取 ，氣體取，氣體取 ，如該換熱器用蒸汽冷凝來，如該換熱器用蒸汽冷凝來加熱原油，那么水蒸汽應(yīng)在加熱原油，那么水蒸汽應(yīng)在 程流動(dòng)。程流動(dòng)。 A