No.23 1226 10 傳熱過程分析和換熱器熱計(jì)算

1、傳熱過程分析與傳熱過程分析與換熱器熱計(jì)算換熱器熱計(jì)算第十章第十章2本章學(xué)習(xí)的主要目的：本章學(xué)習(xí)的主要目的： 鍛煉分析實(shí)際傳熱問題的能力鍛煉分析實(shí)際傳熱問題的能力 鍛煉綜合應(yīng)用三種基本傳熱方式及相關(guān)公式的能力鍛煉綜合應(yīng)用三種基本傳熱方式及相關(guān)公式的能力 了解換熱器的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)過程了解換熱器的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)過程主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 10-1 傳熱過程的分析和計(jì)算傳熱過程的分析和計(jì)算 10-2 換熱器的型式及平均溫差換熱器的型式及平均溫差 10-3 換熱器的熱計(jì)算換熱器的熱計(jì)算 10-4 傳熱的強(qiáng)化和隔熱保溫技術(shù)傳熱的強(qiáng)化和隔熱保溫技術(shù)310-1 傳熱過程的分析和計(jì)算傳熱過程的分析和計(jì)算 對(duì)于對(duì)

2、于不同的傳熱過程不同的傳熱過程，K的計(jì)算公的計(jì)算公式也不同。式也不同。12()refffkAtt 基本計(jì)算式基本計(jì)算式(傳熱方程式傳熱方程式)平壁平壁圓管圓管肋壁肋壁帶保溫層的圓管帶保溫層的圓管refkAt傳熱過程傳熱過程41、通過平壁的傳熱、通過平壁的傳熱K的計(jì)算的計(jì)算公式？公式？21111hhk說明說明： (1) h1和和 h2 的計(jì)算；（的計(jì)算；（2）如果計(jì)及輻射時(shí)對(duì)流換熱系）如果計(jì)及輻射時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)應(yīng)該采用等效換熱系數(shù)數(shù)應(yīng)該采用等效換熱系數(shù)(總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))rcthhh單相對(duì)流：?jiǎn)蜗鄬?duì)流：214241)(TTTThr343434rcthhh膜態(tài)沸騰：膜態(tài)沸騰：(9-33

3、)(7-22)121212()11ffrefffttkAttAhAAh 52、通過圓管的傳熱、通過圓管的傳熱hiho內(nèi)部對(duì)流熱阻：內(nèi)部對(duì)流熱阻：圓柱面導(dǎo)熱熱阻：圓柱面導(dǎo)熱熱阻：外部對(duì)流熱阻：外部對(duì)流熱阻：1hiiiRh ldlddRio2)ln( ooholdhR1111ln()2()()()fifooiiioofifooofifoiififottdhldldhldkA ttkd l ttkd l tt oiooiioohddddhdk1)ln(21傳熱量：傳熱量：11ln()2iioiiiookdddhdh drefkAt63、通過肋壁的傳熱、通過肋壁的傳熱肋壁面積：肋壁面積：21AAAo穩(wěn)

4、態(tài)下?lián)Q熱情況：穩(wěn)態(tài)下?lián)Q熱情況：1fiwiiitth A wiwoittA 12()()1owofoofwofowofooooh A tthA tttthA ofoAAA)(21肋面肋面總效率總效率肋效率肋效率121wofoooftth AhAA1A2Aitwitwo肋效率肋效率7oooiiffioooiiiffAhAhttAAhAAhtt1)(112121定義定義肋化系數(shù)肋化系數(shù)： 則傳熱系數(shù)為則傳熱系數(shù)為所以，只要所以，只要 就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。就可以起到強(qiáng)化換熱的效果。ioAA111iiookhh 1orefkAt肋管外表面積與管內(nèi)面積的比值。11換熱器、換熱管設(shè)計(jì)和校核時(shí)的重要參數(shù)

5、。 熱流量為熱流量為8可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降低了可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降低了對(duì)流換熱熱阻，使得換熱贈(zèng)強(qiáng)，那么，綜合效果到底是增強(qiáng)還是對(duì)流換熱熱阻，使得換熱贈(zèng)強(qiáng)，那么，綜合效果到底是增強(qiáng)還是削弱呢？這要看削弱呢？這要看d/ddo2 和和d2 /ddo22(0)的值的值4、帶保溫層的圓管傳熱、帶保溫層的圓管傳熱臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑212111)(hhttAff111ln()2fifooiiioottdhldldhld ooiffihhttA11)(211212121111ln()ln()22fifoooiiiooottddhldld

6、ldhld 圓管外敷保溫層后？圓管外敷保溫層后？平壁：圓筒壁：肋壁：9可見，確實(shí)是有一個(gè)極值存在，那么，到底是極大值，還是極小可見，確實(shí)是有一個(gè)極值存在，那么，到底是極大值，還是極小值呢？從熱量傳遞的基本規(guī)律可知，應(yīng)該是極大值。也就是說，值呢？從熱量傳遞的基本規(guī)律可知，應(yīng)該是極大值。也就是說，d do2o2在在d do1o1 d dcr cr之間，之間， 是增加的，當(dāng)是增加的，當(dāng)d do2o2大于大于d dcr cr時(shí)，時(shí)， 降低。降低。21221121)ln(21)ln(211)(ooooioiiodhdddddhd2()()fifool ttd22222222121)()(ddooofof

7、iodhddttld0dd2odcrodhd2222or2222hdBio10、大電流電線外所包的絕緣層，是否不利于電線散熱？11、為什么在給圓管加保溫材料的時(shí)候需要考慮臨界熱絕緣直徑的問題而平壁不需要考慮？請(qǐng)推導(dǎo)出圓筒壁臨界熱絕緣直徑的計(jì)算公式。（15分）取決于增加表面積后引起的對(duì)流換熱熱阻減小和導(dǎo)熱熱阻增加的相對(duì)大小。導(dǎo)熱熱阻：換熱熱阻：A1hA12主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 10-1 10-1 傳熱過程的分析和計(jì)算傳熱過程的分析和計(jì)算 10-2 10-2 換熱器的型式及平均溫差換熱器的型式及平均溫差 10-3 10-3 換熱器的熱計(jì)算換熱器的熱計(jì)算 10-4 10-4 傳熱的強(qiáng)化和隔熱保溫技術(shù)

8、傳熱的強(qiáng)化和隔熱保溫技術(shù)1310-2 換熱器的型式及平均溫差換熱器的型式及平均溫差1、換熱器的定義：、換熱器的定義：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī) 定工藝要求的裝置，定工藝要求的裝置，工程中應(yīng)用廣泛。工程中應(yīng)用廣泛。2、換熱器的分類：、換熱器的分類：螺旋板式板式交叉流換熱器管殼式殼管式套管式)(蓄熱式混合式間壁式板翅式管翅式管束式三種類型換熱器三種類型換熱器簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介14混合式（接觸式）換熱器冷卻塔153、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式套管式換熱器套管式換熱器 最簡(jiǎn)單的一種間壁式換熱器，流體有順流和逆流兩種，適最簡(jiǎn)單的一種間壁式換

9、熱器，流體有順流和逆流兩種，適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形用于傳熱量不大或流體流量不大的情形順流順流逆流逆流Cold fluidHot fluidCold fluidHot fluidxTThTcT1T2xTTh (Hot)Tc (cold)T1T216優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。兩種流體都可在較高溫度和壓力下?lián)Q兩種流體都可在較高溫度和壓力下?lián)Q熱，傳熱系數(shù)大。熱，傳熱系數(shù)大。傳熱面積可根據(jù)需要增減。傳熱面積可根據(jù)需要增減。套管式換熱器套管式換熱器缺點(diǎn)缺點(diǎn)單位換熱面積金屬耗量大，價(jià)格較高。單位換熱面積金屬耗量大，價(jià)格較高。檢修、清洗不便。檢修、清洗不便。17

10、3、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式 管殼式換熱器管殼式換熱器 最主要的一種間壁式換熱器，傳熱面由管束組成，管子兩最主要的一種間壁式換熱器，傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管管程程和和殼程。殼程。outBT,side) (shell ,inBTside) (tube ,inAToutAT,好朋友是另一個(gè)自己，擁有一個(gè)好的伙伴，人生才不至于走得太孤單。18增加管程增加管程inAT,outAT,outBT,inBT,inAT,inBT,outBT,outAT,進(jìn)一步增加管程和殼程進(jìn)一步增加

11、管程和殼程3、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式 殼管式換熱器殼管式換熱器殼程和管程說明：殼程和管程說明：2- 4型換熱器型換熱器殼程殼程管程管程19殼管式換熱器殼管式換熱器優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)壓力和溫度的適用范圍結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)壓力和溫度的適用范圍大。大。管內(nèi)清洗方便，管內(nèi)清洗方便，清潔流體宜走殼程。清潔流體宜走殼程。處理量大。處理量大。缺點(diǎn)缺點(diǎn)傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、單位換熱面積傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、單位換熱面積的金屬耗量等不如新型換熱器。的金屬耗量等不如新型換熱器。20 間壁式換熱器的又一種主要形式。其間壁式換熱器的又一種主要形式。其主要特點(diǎn)是冷熱流體呈交叉狀流動(dòng)。交叉主要特點(diǎn)是冷

12、熱流體呈交叉狀流動(dòng)。交叉流換熱器又分管束式、管翅式和板翅式三流換熱器又分管束式、管翅式和板翅式三種。種。(b) 板翅式交叉流換熱器板翅式交叉流換熱器緊湊式換熱器緊湊式換熱器(a) 管束式交叉流換熱器管束式交叉流換熱器3、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式 交叉流換熱器交叉流換熱器21 由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體間隔地在每個(gè)通道中流動(dòng)，其特點(diǎn)是拆卸清洗方便，故適用于間隔地在每個(gè)通道中流動(dòng)，其特點(diǎn)是拆卸清洗方便，故適用于含有易結(jié)垢的流體。含有易結(jié)垢的流體。3、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式 板式換

13、熱器板式換熱器22優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊緊湊、體積小、重量輕。、體積小、重量輕。流體湍動(dòng)程度大，強(qiáng)化傳熱效果好。流體湍動(dòng)程度大，強(qiáng)化傳熱效果好。便于清洗和維修。便于清洗和維修。缺點(diǎn)缺點(diǎn)密封周邊長(zhǎng)，易泄漏。密封周邊長(zhǎng)，易泄漏。承壓能力低（承壓能力低（P700m2/m3 或dh6mm23 換熱表面由兩塊金屬板卷制而成，優(yōu)點(diǎn)：換熱效果好；缺換熱表面由兩塊金屬板卷制而成，優(yōu)點(diǎn)：換熱效果好；缺點(diǎn)：密封比較困難。點(diǎn)：密封比較困難。3、間壁式換熱器的主要型式、間壁式換熱器的主要型式 螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器24優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積傳熱面積結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積傳熱面積大。大。兩種流體都能以高速流動(dòng)，傳兩

14、種流體都能以高速流動(dòng)，傳熱效率高。熱效率高。螺旋流動(dòng)，有自沖刷作用，適螺旋流動(dòng)，有自沖刷作用，適于處理粘性和易結(jié)垢流體。于處理粘性和易結(jié)垢流體。缺點(diǎn)缺點(diǎn)承壓能力差（承壓能力差（P1MPa，t 90%判斷熱力管道保溫性能優(yōu)劣的指標(biāo)66l換熱器的定義、類型，及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)；換熱器的定義、類型，及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)；l不同表面的不同表面的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，污垢熱阻的概念；，污垢熱阻的概念；l對(duì)數(shù)平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)，順流和逆流時(shí)的不同順流和逆流時(shí)的不同lLMTD在換熱器分析中的應(yīng)用在換熱器分析中的應(yīng)用l強(qiáng)化傳熱的原則和手段強(qiáng)化傳熱的原則和手段l臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑l對(duì)于

15、不同的傳熱方式，分析、計(jì)算換熱器內(nèi)的傳熱量對(duì)于不同的傳熱方式，分析、計(jì)算換熱器內(nèi)的傳熱量l傳熱方程式傳熱方程式及及熱平衡式熱平衡式l 和和 NTU的計(jì)算公式，及的計(jì)算公式，及 - NTU方法與方法與LMTD方法的優(yōu)缺點(diǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：67681、在換熱器的流體溫度變化圖中，冷、熱流體中熱容量小的流體溫度變化大還是熱容量大的流體溫度變化大？為什么？思考題：12qm1cp1 ( t2-t2)即熱容量小的流體溫度變化大。692、對(duì)管殼式換熱器而言，兩種流體在下列情況下，哪種走管程？哪種走殼程？為什么？1、清潔與不清潔2、腐蝕性大的與小的3、溫度高的與低的4、壓力大的與小的5、流量大的

16、與小的6、粘度大的與小的1、清潔與不清潔（管）2、腐蝕性大的（管）與小的3、溫度高的（管）與低的4、壓力大的（管）與小的5、流量大的與小的（管） 6、粘度大的與小的（管）703、為強(qiáng)化一臺(tái)冷油器的傳熱，有人用提高冷卻水流速的辦法，但是發(fā)現(xiàn)效果并不顯著。試分析原因。 因?yàn)橛偷恼扯却?，?duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個(gè)傳熱過程熱阻的主要部分，應(yīng)從該側(cè)強(qiáng)化傳熱。水側(cè)熱阻已經(jīng)很小，再提高流速對(duì)整個(gè)換熱影響不大。714、熱水在兩根相同的管內(nèi)以相同的流速流動(dòng)，管外分別采用空氣和水進(jìn)行冷卻。經(jīng)過一段時(shí)間后，兩管內(nèi)產(chǎn)生相同的水垢。試問水垢的產(chǎn)生對(duì)采用空冷還是水冷的管道傳熱系數(shù)影響大？為什么？ioifwoddhR

17、Rhk111由上式可知，總傳熱系數(shù)的值取決于熱阻最小的那項(xiàng)，在水冷中，污垢熱阻為最小熱阻，故對(duì)水冷影響大。725、有一臺(tái)鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動(dòng)，空氣在管束間作多次折流橫向沖刷管束以冷卻管內(nèi)熱水。有人提出，為提高冷卻效果，采用管外加裝肋片并將鋼管換成銅管。請(qǐng)?jiān)u價(jià)這一方案的合理性。ioifwoddhRRhk111由上式可知，總傳熱系數(shù)的值取決于熱阻最小的那項(xiàng)，由于空氣側(cè)熱阻很大，故加狀肋片可以強(qiáng)化傳熱；而將鋼管換成銅管則不必，因?yàn)楸诿鏌嶙璨⒎侵饕獰嶙?，即使改后影響也不明顯，且增加成本。7313、溫度為 60的飽和水蒸汽在銅管外凝結(jié), 凝結(jié)換熱系數(shù)為 8469 W/m2。管內(nèi)冷卻水流量 0.5

18、kg/s，比熱 4.174103 J/kg,對(duì)流換熱系數(shù) 5000 W/m2 。若管內(nèi)冷卻水溫度由 20增加到 40,求銅管的傳熱面積 ( 忽略管壁熱阻和污垢熱阻, 近似取 di = do )。計(jì)算題：7414、為了得到熱水，0.361 MPa (ts=140) 的水蒸氣在管外凝結(jié)（如圖所示），其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hO=9500 W/m2。冷卻水在盤管內(nèi)流動(dòng)，流速為0.8m/s，黃銅管外徑為18mm，壁厚為1.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)為=132W/(mK)，盤管的彎曲半徑為90mm。冷水進(jìn)換熱器時(shí)的溫度為25 ，加熱到95 。試求所需的換熱面積及盤管長(zhǎng)度 ( 不計(jì)管內(nèi)入口效應(yīng)修正及溫差修正)。飽和蒸氣飽和蒸氣冷冷卻卻水水1t1t2t2t53.61 10 Pasp7515、質(zhì)量流量為 2000kg/h 的變壓器油在螺旋盤管中流過;油溫從 t1=80 被冷卻至 t1= 30 , 其比定壓熱容cp1=2.093 kJ/(kgK)。進(jìn)口溫度 t2=20 為的冷水在盤管外流動(dòng)用來冷卻變壓器油。出口處水溫 t2=25 ,水的比定壓熱容 cp2=4.174kJ/(kgK) 。