傳熱學(xué)基本知識課件

傳熱學(xué)基本知識傳熱學(xué)基本知識1傳熱學(xué)基本知識

學(xué)習(xí)目標1、傳熱的三種方式及其特點;2、間壁式換熱器的傳熱過程;3、熱量傳遞的基本規(guī)律;4、傳熱速率方程;平均溫度差的計算.5、常見換熱器的結(jié)構(gòu)及特點傳熱學(xué)基本知識學(xué)習(xí)目標1、傳熱的三2傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用強化傳熱過程如換熱器的傳熱、加熱、蒸餾、鍋爐等的傳熱情況。削弱傳熱過程如設(shè)備的保溫及隔熱等。傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用強化傳熱過程3熱量傳遞的三種基本形式

熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射物質(zhì)(系統(tǒng))內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移的過程叫做熱傳遞熱量傳遞的三種基本形式熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射物質(zhì)(系統(tǒng))內(nèi)的熱4熱傳導(dǎo)兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分之間，由于溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)中，物體中的分子不發(fā)生相對位移。熱傳導(dǎo)兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分之間，熱5傳熱學(xué)基本知識

按流動起因分類：1）自由（然）對流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動

2）強迫（制）對流：由外力（如：泵、風(fēng)機等）作用所產(chǎn)生的流動3）混合對流:自然對流和強制流動換熱并存.是流體中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。熱對流只發(fā)生在流體中傳熱學(xué)基本知識按流動起因分類：1）自由（然）對6傳熱學(xué)基本知識

熱輻射熱輻射：物體以電磁波的形式傳遞熱能的過程。熱輻射的特點1、熱輻射不需要傳熱介質(zhì)；2、熱輻射伴隨能量轉(zhuǎn)換；3、一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射4、物體的溫度越高，熱輻射的能力越強。傳熱學(xué)基本知識熱輻射熱輻射：物體以電磁7直接接觸式換熱蓄熱式換熱間壁式換熱工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方法直接接觸式換熱工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方法8間壁式傳熱T1熱流體T2t1冷流體t2套管換熱器熱流體Tt冷流體Q給熱導(dǎo)熱間壁給熱間壁兩側(cè)傳熱過程間壁式傳熱的熱量傳遞過程包括三個步驟：1、熱流體靠對流傳熱將熱量傳給金屬壁一側(cè)——給熱；2、熱量自管壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的形式傳至另一側(cè)——導(dǎo)熱；3、熱量以對流傳熱形式從壁面?zhèn)鹘o冷流體——給熱。冷、熱流體之間進行的熱量傳遞總過程通常稱為傳熱（或換熱）過程，而將流體與壁面之間的熱量傳遞過程稱為給熱過程。間壁式傳熱T1T2t1t2套管換熱器熱流體tQ給熱導(dǎo)熱間壁給9傳熱學(xué)基本知識

穩(wěn)定傳熱：溫度不隨時間而變化的傳熱不穩(wěn)定傳熱：溫度隨時間而變化的傳熱傳熱分為兩類以加熱爐為例，在剛點爐時，爐內(nèi)各部分溫度逐漸升高，到加熱爐運行一段時間后，爐內(nèi)各處溫度就保持不變了。穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱傳熱學(xué)基本知識穩(wěn)定傳熱：溫度不隨時間而變10傳熱計算一、傳熱速率方程

傳熱推動力傳熱總阻力,簡稱熱阻R傳熱系數(shù)W/（m2·K）或W/（m2·℃）傳熱速率,單位時間通過傳熱面的熱量,W傳熱系數(shù)的意義是：當(dāng)溫度差為1時，在單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量。傳熱計算一、傳熱速率方程傳熱推動力傳熱總阻力,簡稱熱阻R傳熱11二、熱負荷的計算焓差法顯熱法潛熱法Q=qm熱(H1-H2)Q=qm冷(h2-h1)Q=qm熱cm熱(T1-T2)Q=qm冷cm冷(t2-t1)此法適于無相變過程Q=qm熱r熱Q=qm冷r冷此法僅適于有相變過程二、熱負荷的計算焓差法顯熱法潛熱法Q=qm熱(H1-H2)Q12三、平均溫度差用傳熱速率方程式計算換熱器的傳熱速率時，因傳熱面各部位的傳熱溫度差不同，必須算出平均傳熱溫度差⊿t均代替⊿t，均三、平均溫度差用傳熱速率方程式計算換熱器的傳熱速率時131、恒溫傳熱時的平均溫度差參與傳熱的冷熱兩種流體在換熱器內(nèi)的任一位置、任一時間，都保持其各自的溫度不變，此傳熱過程稱為恒溫傳熱例如用水蒸氣加熱沸騰的液體，器壁兩側(cè)的冷、熱流體因自身發(fā)生相變化而溫度都不變，

⊿t均=T-t流體的流動方向?qū)ΘSt均無影響。1、恒溫傳熱時的平均溫度差參與傳熱的冷熱兩種流體在換熱器內(nèi)的14工業(yè)上最常見的是變溫傳熱（1）單側(cè)變溫時的平均溫度差(一側(cè)流體溫度有變,另一側(cè)溫度恒定)2、變溫傳熱時的平均溫度差TTt1t2T1T2tt⊿t1⊿t1⊿t2⊿t2當(dāng)⊿t1/⊿t2＜2時⊿t=(⊿t1+⊿t2)/2工業(yè)上最常見的是變溫傳熱2、變溫傳熱時的平均溫度差TTt1t15（2）雙側(cè)變溫時的平均溫度差并流逆流錯流折流①并流時的(對數(shù))平均溫度差t1t2T2T1⊿t1⊿t2=T2-t2并（2）雙側(cè)變溫時的平均溫度差并流逆流錯流折流①并流時的(對數(shù)16②逆流時的(對數(shù))平均溫度差T1T2t2t1⊿t1逆⊿t2=T2-t1⊿t2⊿t1＞當(dāng)⊿t2＜2⊿t1/⊿t=⊿t1+⊿t22計算見100頁②逆流時的(對數(shù))平均溫度差T1T2t2t1⊿t1逆⊿t2=17并、逆流的比較1、如果并、逆流進、出口溫度相同，逆流的⊿t均大于并流的⊿t均，所以當(dāng)換熱器的傳熱量Q及傳熱系數(shù)值相同時，采用逆流操作可節(jié)省傳熱面積A。2、逆流的可以節(jié)省加熱劑或冷卻劑的用量。

例如：若要求將一定流量的冷流體從120℃加熱到160℃，而熱流體的進口溫度為245℃，出口溫度不作規(guī)定。此時若采用逆流，熱流體的出口溫度可以降至接近于120℃，而采用并流時，則只能降至接近于160℃。這樣，逆流時的加熱劑用量就較并流時為少。

由以上分析可知，逆流優(yōu)于并流，因而工業(yè)生產(chǎn)中換熱器多采用逆流操作。并、逆流的比較1、如果并、逆流進、出口溫度相同，逆流的⊿t均18③錯流和折流時的平均溫度差

為了強化傳熱，列管式換熱器的管程或殼程常常為多程，流體經(jīng)過兩次或多次折流后再流出換熱器，這使換熱器內(nèi)流體流動的型式偏離純粹的逆流和并流，因而使平均溫度差的計算更為復(fù)雜。錯流或折流時的平均溫度差⊿t均是先按逆流計算對數(shù)平均溫度差，再乘以溫度差修正系數(shù)，即

③錯流和折流時的平均溫度差為了強化19傳熱學(xué)基本知識課件20③錯流和折流時的平均溫度差各種流動情況下的溫度差修正系數(shù)，可以根據(jù)兩個參數(shù)查圖由于的值小于1，故折流和錯流時的平均溫度差總小于逆流。③錯流和折流時的平均溫度差各種流動情況下的溫度差修正系數(shù)，可21四、傳熱系數(shù)K的確定1．現(xiàn)場實測

根據(jù)傳熱速率方程可知，只需從現(xiàn)場測得換熱器的傳熱面積，平均溫度差及熱負荷后，傳熱系數(shù)就很容易計算出來。其中傳熱面積可由設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸算出，可從現(xiàn)場測定兩股流體的進出口溫度及它們的流動方式而求得，熱負荷可由現(xiàn)場測得流體的流量，由流體在換熱器進出口的狀態(tài)變化而求得。

2．采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)表5-2列出了常見的列管式換熱器的傳熱系數(shù)經(jīng)驗值的大致范圍。3．計算法

傳熱系數(shù)的計算公式可利用串聯(lián)熱阻疊加原則導(dǎo)出。對于間壁式換熱器，傳熱過程的總阻力應(yīng)等于兩個對流傳熱阻力與一個導(dǎo)熱阻力之和。傳熱總阻力的倒數(shù)就是傳熱系數(shù)。四、傳熱系數(shù)K的確定1．現(xiàn)場實測2．采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)3．22傳熱學(xué)基本知識

熱傳導(dǎo)

1、基本概念兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分之間，由于溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度不隨時間而變化的導(dǎo)熱不穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度隨時間而變化的導(dǎo)熱導(dǎo)熱分為兩類知識回顧傳熱學(xué)基本知識熱傳導(dǎo)23傳熱學(xué)基本知識

2、傅里葉導(dǎo)熱定律

熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)的速率與垂直于熱流方向的表面積成正比，與壁面兩側(cè)的溫差成正比，與壁厚成反比。導(dǎo)熱動力導(dǎo)熱阻力傳熱學(xué)基本知識2、傅里葉導(dǎo)熱定律熱24傳熱學(xué)基本知識

3、導(dǎo)熱系數(shù)熱傳導(dǎo)

物理意義：當(dāng)壁面面積為1m2，厚度為1m，壁面兩側(cè)的溫度差為1K時，在單位時間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量.是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個物性參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度和壓強有關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序：(金屬固體)>(非金屬固體)>（液體)>

(氣體)。1）熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式,一般金屬都是熱的良導(dǎo)體；2）玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液體和氣體都是熱的不良導(dǎo)體；3）石棉的熱傳導(dǎo)性能極差，常作為絕熱材料。常識傳熱學(xué)基本知識3、導(dǎo)熱系數(shù)熱傳253、導(dǎo)熱系數(shù)①固體的導(dǎo)熱系數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)：

純度增加，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↑，

溫度↑金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↓非金屬的導(dǎo)熱系數(shù):

溫度↑非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↑；密度↑，非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↑。3、導(dǎo)熱系數(shù)①固體的導(dǎo)熱系數(shù)263、導(dǎo)熱系數(shù)②液體的導(dǎo)熱系數(shù)

非金屬液體：水最大；

純液體>混合液體③氣體的導(dǎo)熱系數(shù)

隨壓強的變化較小，可忽略不計。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，對導(dǎo)熱不利。3、導(dǎo)熱系數(shù)②液體的導(dǎo)熱系數(shù)27傳熱學(xué)基本知識

4、導(dǎo)熱計算熱傳導(dǎo)

1）單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算公式：熱阻：或當(dāng)壁面兩側(cè)的溫度不等時，且熱量只沿垂直于壁面的方向發(fā)生變化傳熱學(xué)基本知識4、導(dǎo)熱計算熱傳28傳熱學(xué)基本知識

4、導(dǎo)熱計算熱傳導(dǎo)

2）多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)多層平壁是指由幾層不同厚度、不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料組成且其間接觸良好的平壁

通過各層的導(dǎo)熱量相同，各層導(dǎo)熱所遵循的規(guī)律相同傳熱學(xué)基本知識4、導(dǎo)熱計算熱傳29傳熱學(xué)基本知識

4、導(dǎo)熱計算熱傳導(dǎo)

3）單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

特點：單層圓筒壁的導(dǎo)熱面積不是常量，隨圓筒半徑而變、同時溫度也只是隨半徑而變。A均=2πr均L傳熱學(xué)基本知識4、導(dǎo)熱計算熱傳30熱對流傳熱學(xué)基本知識

1、基本概念是流體中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。

是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。1）暖氣管道;2）電子器件冷卻；3）電風(fēng)扇；4）換熱器對流只能發(fā)生在流體中對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導(dǎo)熱對流對流換熱對流換熱實例熱對流傳熱學(xué)基本知識1、基本概念是流體中溫31熱對流傳熱學(xué)基本知識

2對流換熱的特點導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2)緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層（熱邊界層）對流換熱的熱阻主要存在于這一薄層內(nèi)，所以工程應(yīng)用中常采取各種措施，使薄層減薄或破壞，以提高換熱強度。熱對流傳熱學(xué)基本知識2對流換熱的特點導(dǎo)熱32對流給熱的機理

（1）層流邊界層： 熱傳導(dǎo)，熱阻大,溫差大；（2）過渡區(qū)： 熱傳導(dǎo)與對流傳熱共同起作用；（3）湍流區(qū)：充滿漩渦，混合很好，對流為主，熱阻小,溫差小。對流給熱的機理33傳熱學(xué)基本知識

熱對流4、對流換熱方程對流傳熱計算公式—牛頓冷卻定律對流換熱熱阻α物理意義是:流體與壁面溫度差為1℃時，在單位時間內(nèi)通過每m2傳遞的熱量。表示對流傳熱的強度。傳熱學(xué)基本知識熱對流4、對流換熱方程對流傳34傳熱學(xué)基本知識

5、對流傳熱系數(shù)影響因素?zé)釋α?)

流動狀態(tài)的影響雷諾數(shù)越大，對流傳熱系數(shù)越大。2）流速的影響

流體流速增高時，對流傳熱系數(shù)就大。3）流體的物理性質(zhì)對給熱系數(shù)的影響

導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容c、密度越大，動力粘度越小，對流傳熱系數(shù)越大傳熱學(xué)基本知識5、對流傳熱系數(shù)影響因素?zé)釋?5傳熱學(xué)基本知識

熱對流

蒸汽的冷凝2）流體有相變發(fā)生時

膜狀冷凝

滴狀冷凝(傳熱系數(shù)大)

液體的沸騰

自然對流

泡狀沸騰或泡核沸騰（傳熱系數(shù)大）

膜狀沸騰傳熱學(xué)基本知識熱對流蒸汽的冷凝2）流體有36蒸汽冷凝的對流傳熱蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利用煤燃燒時產(chǎn)生的熱量將水加熱汽化，使之產(chǎn)生蒸汽。蒸汽在飽和溫度下冷凝成同溫度的冷凝水時，放出冷凝潛熱，供冷流體加熱。蒸汽冷凝時的對流傳熱蒸汽冷凝的對流傳熱蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利37(1)蒸汽冷凝的方式<1>膜狀冷凝：冷凝液體能潤濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜,膜狀冷凝時蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才能傳遞到壁面上去，此時，液膜層就形成壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻。若凝液籍重力沿壁下流，則液膜越往下越厚，給熱系數(shù)隨之變小。<2>滴狀冷凝：凝液不能完全潤濕壁面，在壁面上形成一個個小液滴，且不斷成長變大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滾下，在下滾過程中，合并成更大的液滴，一方面掃清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。沒有完整液膜的阻礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的5~10倍甚至更高。蒸汽冷凝時的對流傳熱(1)蒸汽冷凝的方式蒸汽冷凝時的對流傳熱38蒸汽流速和流向蒸汽流動會在汽-液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸汽與液膜流向相同，則會加速液膜的流動，使液膜減薄，傳熱加快。不凝性氣體蒸汽中含有不凝性氣體時，即使含量極微，也會對冷凝傳熱產(chǎn)生十分有害的影響。例如水蒸汽中含有1%的空氣能使給熱系數(shù)下降60%。不凝性氣體將會在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜，冷凝器操作中及時排除不凝性氣體至關(guān)重要。過熱蒸汽溫度高于其飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽，實驗表明，在大氣壓力下，過熱30℃的蒸汽較飽和蒸汽的給熱系數(shù)高1%，而過熱540℃的蒸汽的給熱系數(shù)高30%，蒸汽過熱對蒸汽冷凝傳熱影響不大，所以，一定情況下不考慮過熱的影響。（2）影響蒸汽冷凝傳熱的其它因素蒸汽流速和流向蒸汽流動會在汽-液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸39液體的沸騰

工業(yè)上經(jīng)常需要將液體加熱使之沸騰蒸發(fā)，如：在鍋爐中把水加熱成水蒸汽；在蒸發(fā)器中將溶劑汽化以濃縮溶液，都是屬于沸騰傳熱。

大容積沸騰是指加熱面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，此時，液體的運動由自然對流和汽泡的擾動所引起的。

強制對流沸騰是指液體在管內(nèi)流動過程中受熱沸騰的現(xiàn)象，此時，汽泡不能自由升浮，而是被迫隨液體一起流動，形成汽-液兩相流動，沿途吸熱，直至全部汽化。液體的沸騰40α自然對流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDΔt/K常壓下水沸騰時α與Δt的關(guān)系液體的沸騰曲線液體飽和溫度ts，加熱壁面的溫度tw。隨壁面過熱度⊿t=tw-ts的增加，沸騰傳熱表現(xiàn)出不同的傳熱規(guī)律。圖表示水在一個大氣壓力下沸騰傳熱系數(shù)與壁面過熱度的變化關(guān)系，稱為沸騰曲線。

⊿t=1～5℃⊿t=5～25℃⊿t>25℃α自然對流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDΔt/K常壓下水沸騰時α與41自然對流沸騰區(qū)：過熱度⊿t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)生的汽泡在升浮過程往往尚未達到自由液面就放熱終結(jié)而消失。其給熱系數(shù)h和熱流密度q比無相變自然對流略大。如圖中AB段所示。核狀沸騰區(qū)：隨著⊿t的增大，在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加，汽泡脫離時，促進近壁液體的摻混和擾動，故給熱系數(shù)α和熱流密度都迅速增加。過渡沸騰區(qū)：當(dāng)⊿t增大至過C點后，加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增加，且汽泡的生成速率大于脫離速率，汽泡脫離壁面前連接成汽膜，由于熱阻增加，給熱系數(shù)α與熱流密度q均下降，如圖中CD所示膜狀沸騰：⊿t繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰，此時，由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強，給熱系數(shù)α和熱流密度又隨△t的增加而升高。α自然對流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDΔt/K由于泡核沸騰對流傳熱系數(shù)較大觀，一般工業(yè)生產(chǎn)中總是設(shè)法控制在光柱沸騰下操作。自然對流沸騰區(qū)：過熱度⊿t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)42第五節(jié)傳熱系數(shù)間壁兩側(cè)流體的傳熱過程Ttt1t2熱流體冷流體對流傳熱對流傳熱導(dǎo)熱傳熱的總熱阻是熱阻串聯(lián)的結(jié)果R=R1+R導(dǎo)+R2=(平壁)多層平壁第五節(jié)傳熱系數(shù)間壁兩側(cè)流體的傳熱過程Ttt1t243傳熱系數(shù)(傳熱面為平壁)平壁為金屬材料,λ很大,且壁厚很薄時

1、總熱阻總是由熱阻大的一側(cè)對流傳熱所控制，即當(dāng)兩個對流傳熱相差較大時，要提高K，關(guān)鍵是提高對流系數(shù)小的一側(cè)的α；當(dāng)兩側(cè)相差不大時，則應(yīng)同時考慮提高兩側(cè)的α。2、當(dāng)α1﹥﹥α2時,K值接近于熱阻較大一項的α2值,K≈α2傳熱系數(shù)(傳熱面為平壁)平壁為金屬材料,λ很大,且壁厚44污垢熱阻在生產(chǎn)上盡量減小污垢熱阻:

1、提高流體的流速,使所帶懸浮物不致沉積下來;

2、控制冷卻水的加熱程度,以防止有水垢析出;

3、對有垢層形成的設(shè)備必須定期清洗除垢.污垢熱阻在生產(chǎn)上盡量減小污垢熱阻:

1、提高流體的流45第六節(jié)換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。第六節(jié)換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他46一、換熱器的類型1、按用途分類：加熱器、預(yù)熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。2、根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：間壁式、蓄熱式、混合式。一、換熱器的類型1、按用途分類：加熱器、預(yù)熱器、冷卻器、冷凝47間壁式換熱器的類型間壁式換熱器是以間壁式傳熱方式來進行換熱的設(shè)備。是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種換熱器的型式。其類型很多包括套管換熱器、夾套換熱器、沉浸式蛇管換熱器、列管式換熱器、噴淋式換熱器等多種類型。間壁式換熱器的類型間壁式換熱器是以間壁式傳熱方式來進行換熱的481、夾套換熱器結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。缺點：傳熱面積小，傳熱效率低。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。也可在釜內(nèi)安裝蛇管。用途：廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。1、夾套換熱器結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成49夾套換熱器夾套換熱器50

2、沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進行換熱。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。缺點：傳熱面積不大，蛇管外對流傳熱系數(shù)小，為了強化傳熱，容器內(nèi)加攪拌。

2、沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適51蛇管蛇管523、噴淋式換熱器

結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進行重新分配。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。用途：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。3、噴淋式換熱器

結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋534、套管式換熱器結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，每一段直管稱作一程。目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應(yīng)用方便。缺點：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場合。4、套管式換熱器結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱545、列管式換熱器（管殼式換熱器）結(jié)構(gòu)：列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用。主要由殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。優(yōu)點：單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。根據(jù)所采取的溫差補償措施，列管式換熱器可分為固定管板式、浮頭式換熱器、U形管式換熱器幾個型式。5、列管式換熱器（管殼式換熱器）結(jié)構(gòu)：列管式換熱器又稱為管殼555、列管式換熱器（管殼式換熱器）為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。5、列管式換熱器（管殼式換熱器）為提高殼程流體56列管換熱器的折流板圓缺形折流板圓盤形折流板列管換熱器的折流板圓缺形折流板圓盤形折流板57列管式換熱器——固定管板式

特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。列管式換熱器——固定管板式特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修58固定管板式換熱器固定管板式換熱器59列管式換熱器——固定管板式

殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補償圈，也稱膨脹節(jié)，當(dāng)殼體和管束之間有溫差時，依靠補償圈的彈性變形來適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。列管式換熱器——固定管板式殼體與傳熱管壁溫度之差大于5060列管式換熱器——浮頭式換熱器

兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長方向浮動。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。特點：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。列管式換熱器——浮頭式換熱器兩端的管板，61浮頭式換熱器浮頭式換熱器62列管式換熱器——U形管式換熱器

把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來解決熱補償問題。特點：結(jié)構(gòu)較簡單，管程不易清洗，常為潔凈流體，適用于高壓氣體的換熱。列管式換熱器——U形管式換熱器把每根管子都彎成U形，兩端63U形管式換熱器U形管式換熱器64U型管管殼式換熱器U型管管殼式換熱器65U形管式換熱器原理流程U型管管殼式換熱器U形管式換熱器原理流程U型管管殼式換熱器667、管式換熱器——翅片管換熱器在化工生產(chǎn)中常遇到一側(cè)為氣體或高粘度液體，另一側(cè)為飽和蒸氣冷凝或低粘度液體之間的傳熱過程。在這種情況下，由于氣體或高粘度液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)很小，因而成為整個傳熱過程的控制因素，為了強化傳熱，必須減小這側(cè)的熱阻。所以，可以在換熱管對流傳熱系數(shù)小的一側(cè)加上翅片。7、管式換熱器——翅片管換熱器在化工生67傳熱學(xué)基本知識課件68空冷器空冷器主要由翅片管束、風(fēng)機和構(gòu)架組成。管材本身大都仍用碳鋼，但翅片多為鋁制，可以用纏繞、鑲嵌的辦法將翅片固定在管子的外表面上，也可以用焊接固定。熱流體由物料管線分配流入各管束，冷卻后由排出管匯集排出。冷空氣由安裝在管束排下面的軸流式通風(fēng)機向上吹過管束及其翅片間；通風(fēng)機也可以安裝在管束上面，而將冷空氣由低部引入?？绽淦餮b置比較龐大，占空間多，費動力是其缺點。由于管外翅片的存在，既增強了湍流程度，更極大地增加了管外表面的傳熱面積，使原來很差的空氣側(cè)傳熱情況大為改善。特點：管外安裝翅片，增加了傳熱面積，增強管外流體的湍流程度從而提高傳熱系數(shù)?？绽淦骺绽淦髦饕沙崞苁?、風(fēng)機和構(gòu)架組成。管材本身大都仍用69復(fù)合傳熱

在物體的同一表面上同時存在著導(dǎo)熱、對流傳熱和輻射傳熱三種傳熱方式中兩種以上的綜合傳熱。二、傳熱過程的強化復(fù)合傳熱在物體的同一表面上同時存在著導(dǎo)熱、對流傳熱70傳熱速率方程式傳熱過程的強化傳遞的熱量傳熱系數(shù)傳熱溫差傳熱面積傳熱時間強化傳熱就是力求用較小的傳熱面積或較小體積的傳熱設(shè)備來完成同樣的傳熱任務(wù)，提高傳熱速率

強化傳熱傳熱速率方程式傳熱過程的強化傳遞的熱量傳熱系數(shù)傳熱溫差傳熱面71傳熱過程的強化1、增大傳熱溫差盡可能采用逆流。強化傳熱強化傳熱的途徑：傳熱過程的強化1、增大傳熱溫差盡可能采用逆流。強化傳熱強化傳72傳熱過程的強化2、增大單位體積內(nèi)的傳熱面積對新設(shè)計的換熱器而言，增大A，即意味著提高設(shè)備費用，如應(yīng)設(shè)法增加單位體積內(nèi)的傳熱面積，如用螺紋管、翅片管代替光滑管等，在列管式換熱器中采用細管排列的方法等強化傳熱的途徑：強化傳熱傳熱過程的強化2、增大單位體積內(nèi)的傳熱面積對新設(shè)計的換熱器而73傳熱學(xué)基本知識傳熱學(xué)基本知識74傳熱學(xué)基本知識

學(xué)習(xí)目標1、傳熱的三種方式及其特點;2、間壁式換熱器的傳熱過程;3、熱量傳遞的基本規(guī)律;4、傳熱速率方程;平均溫度差的計算.5、常見換熱器的結(jié)構(gòu)及特點傳熱學(xué)基本知識學(xué)習(xí)目標1、傳熱的三75傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用強化傳熱過程如換熱器的傳熱、加熱、蒸餾、鍋爐等的傳熱情況。削弱傳熱過程如設(shè)備的保溫及隔熱等。傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用強化傳熱過程76熱量傳遞的三種基本形式

熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射物質(zhì)(系統(tǒng))內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移的過程叫做熱傳遞熱量傳遞的三種基本形式熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射物質(zhì)(系統(tǒng))內(nèi)的熱77熱傳導(dǎo)兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分之間，由于溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)中，物體中的分子不發(fā)生相對位移。熱傳導(dǎo)兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分之間，熱78傳熱學(xué)基本知識

按流動起因分類：1）自由（然）對流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動

2）強迫（制）對流：由外力（如：泵、風(fēng)機等）作用所產(chǎn)生的流動3）混合對流:自然對流和強制流動換熱并存.是流體中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。熱對流只發(fā)生在流體中傳熱學(xué)基本知識按流動起因分類：1）自由（然）對79傳熱學(xué)基本知識

熱輻射熱輻射：物體以電磁波的形式傳遞熱能的過程。熱輻射的特點1、熱輻射不需要傳熱介質(zhì)；2、熱輻射伴隨能量轉(zhuǎn)換；3、一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射4、物體的溫度越高，熱輻射的能力越強。傳熱學(xué)基本知識熱輻射熱輻射：物體以電磁80直接接觸式換熱蓄熱式換熱間壁式換熱工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方法直接接觸式換熱工業(yè)生產(chǎn)上的換熱方法81間壁式傳熱T1熱流體T2t1冷流體t2套管換熱器熱流體Tt冷流體Q給熱導(dǎo)熱間壁給熱間壁兩側(cè)傳熱過程間壁式傳熱的熱量傳遞過程包括三個步驟：1、熱流體靠對流傳熱將熱量傳給金屬壁一側(cè)——給熱；2、熱量自管壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的形式傳至另一側(cè)——導(dǎo)熱；3、熱量以對流傳熱形式從壁面?zhèn)鹘o冷流體——給熱。冷、熱流體之間進行的熱量傳遞總過程通常稱為傳熱（或換熱）過程，而將流體與壁面之間的熱量傳遞過程稱為給熱過程。間壁式傳熱T1T2t1t2套管換熱器熱流體tQ給熱導(dǎo)熱間壁給82傳熱學(xué)基本知識

穩(wěn)定傳熱：溫度不隨時間而變化的傳熱不穩(wěn)定傳熱：溫度隨時間而變化的傳熱傳熱分為兩類以加熱爐為例，在剛點爐時，爐內(nèi)各部分溫度逐漸升高，到加熱爐運行一段時間后，爐內(nèi)各處溫度就保持不變了。穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱傳熱學(xué)基本知識穩(wěn)定傳熱：溫度不隨時間而變83傳熱計算一、傳熱速率方程

傳熱推動力傳熱總阻力,簡稱熱阻R傳熱系數(shù)W/（m2·K）或W/（m2·℃）傳熱速率,單位時間通過傳熱面的熱量,W傳熱系數(shù)的意義是：當(dāng)溫度差為1時，在單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量。傳熱計算一、傳熱速率方程傳熱推動力傳熱總阻力,簡稱熱阻R傳熱84二、熱負荷的計算焓差法顯熱法潛熱法Q=qm熱(H1-H2)Q=qm冷(h2-h1)Q=qm熱cm熱(T1-T2)Q=qm冷cm冷(t2-t1)此法適于無相變過程Q=qm熱r熱Q=qm冷r冷此法僅適于有相變過程二、熱負荷的計算焓差法顯熱法潛熱法Q=qm熱(H1-H2)Q85三、平均溫度差用傳熱速率方程式計算換熱器的傳熱速率時，因傳熱面各部位的傳熱溫度差不同，必須算出平均傳熱溫度差⊿t均代替⊿t，均三、平均溫度差用傳熱速率方程式計算換熱器的傳熱速率時861、恒溫傳熱時的平均溫度差參與傳熱的冷熱兩種流體在換熱器內(nèi)的任一位置、任一時間，都保持其各自的溫度不變，此傳熱過程稱為恒溫傳熱例如用水蒸氣加熱沸騰的液體，器壁兩側(cè)的冷、熱流體因自身發(fā)生相變化而溫度都不變，

⊿t均=T-t流體的流動方向?qū)ΘSt均無影響。1、恒溫傳熱時的平均溫度差參與傳熱的冷熱兩種流體在換熱器內(nèi)的87工業(yè)上最常見的是變溫傳熱（1）單側(cè)變溫時的平均溫度差(一側(cè)流體溫度有變,另一側(cè)溫度恒定)2、變溫傳熱時的平均溫度差TTt1t2T1T2tt⊿t1⊿t1⊿t2⊿t2當(dāng)⊿t1/⊿t2＜2時⊿t=(⊿t1+⊿t2)/2工業(yè)上最常見的是變溫傳熱2、變溫傳熱時的平均溫度差TTt1t88（2）雙側(cè)變溫時的平均溫度差并流逆流錯流折流①并流時的(對數(shù))平均溫度差t1t2T2T1⊿t1⊿t2=T2-t2并（2）雙側(cè)變溫時的平均溫度差并流逆流錯流折流①并流時的(對數(shù)89②逆流時的(對數(shù))平均溫度差T1T2t2t1⊿t1逆⊿t2=T2-t1⊿t2⊿t1＞當(dāng)⊿t2＜2⊿t1/⊿t=⊿t1+⊿t22計算見100頁②逆流時的(對數(shù))平均溫度差T1T2t2t1⊿t1逆⊿t2=90并、逆流的比較1、如果并、逆流進、出口溫度相同，逆流的⊿t均大于并流的⊿t均，所以當(dāng)換熱器的傳熱量Q及傳熱系數(shù)值相同時，采用逆流操作可節(jié)省傳熱面積A。2、逆流的可以節(jié)省加熱劑或冷卻劑的用量。

例如：若要求將一定流量的冷流體從120℃加熱到160℃，而熱流體的進口溫度為245℃，出口溫度不作規(guī)定。此時若采用逆流，熱流體的出口溫度可以降至接近于120℃，而采用并流時，則只能降至接近于160℃。這樣，逆流時的加熱劑用量就較并流時為少。

由以上分析可知，逆流優(yōu)于并流，因而工業(yè)生產(chǎn)中換熱器多采用逆流操作。并、逆流的比較1、如果并、逆流進、出口溫度相同，逆流的⊿t均91③錯流和折流時的平均溫度差

為了強化傳熱，列管式換熱器的管程或殼程常常為多程，流體經(jīng)過兩次或多次折流后再流出換熱器，這使換熱器內(nèi)流體流動的型式偏離純粹的逆流和并流，因而使平均溫度差的計算更為復(fù)雜。錯流或折流時的平均溫度差⊿t均是先按逆流計算對數(shù)平均溫度差，再乘以溫度差修正系數(shù)，即

③錯流和折流時的平均溫度差為了強化92傳熱學(xué)基本知識課件93③錯流和折流時的平均溫度差各種流動情況下的溫度差修正系數(shù)，可以根據(jù)兩個參數(shù)查圖由于的值小于1，故折流和錯流時的平均溫度差總小于逆流。③錯流和折流時的平均溫度差各種流動情況下的溫度差修正系數(shù)，可94四、傳熱系數(shù)K的確定1．現(xiàn)場實測

根據(jù)傳熱速率方程可知，只需從現(xiàn)場測得換熱器的傳熱面積，平均溫度差及熱負荷后，傳熱系數(shù)就很容易計算出來。其中傳熱面積可由設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸算出，可從現(xiàn)場測定兩股流體的進出口溫度及它們的流動方式而求得，熱負荷可由現(xiàn)場測得流體的流量，由流體在換熱器進出口的狀態(tài)變化而求得。

2．采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)表5-2列出了常見的列管式換熱器的傳熱系數(shù)經(jīng)驗值的大致范圍。3．計算法

傳熱系數(shù)的計算公式可利用串聯(lián)熱阻疊加原則導(dǎo)出。對于間壁式換熱器，傳熱過程的總阻力應(yīng)等于兩個對流傳熱阻力與一個導(dǎo)熱阻力之和。傳熱總阻力的倒數(shù)就是傳熱系數(shù)。四、傳熱系數(shù)K的確定1．現(xiàn)場實測2．采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)3．95傳熱學(xué)基本知識

熱傳導(dǎo)

1、基本概念兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分之間，由于溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象，稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度不隨時間而變化的導(dǎo)熱不穩(wěn)定導(dǎo)熱：溫度隨時間而變化的導(dǎo)熱導(dǎo)熱分為兩類知識回顧傳熱學(xué)基本知識熱傳導(dǎo)96傳熱學(xué)基本知識

2、傅里葉導(dǎo)熱定律

熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)的速率與垂直于熱流方向的表面積成正比，與壁面兩側(cè)的溫差成正比，與壁厚成反比。導(dǎo)熱動力導(dǎo)熱阻力傳熱學(xué)基本知識2、傅里葉導(dǎo)熱定律熱97傳熱學(xué)基本知識

3、導(dǎo)熱系數(shù)熱傳導(dǎo)

物理意義：當(dāng)壁面面積為1m2，厚度為1m，壁面兩側(cè)的溫度差為1K時，在單位時間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量.是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個物性參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、溫度和壓強有關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序：(金屬固體)>(非金屬固體)>（液體)>

(氣體)。1）熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式,一般金屬都是熱的良導(dǎo)體；2）玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液體和氣體都是熱的不良導(dǎo)體；3）石棉的熱傳導(dǎo)性能極差，常作為絕熱材料。常識傳熱學(xué)基本知識3、導(dǎo)熱系數(shù)熱傳983、導(dǎo)熱系數(shù)①固體的導(dǎo)熱系數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)：

純度增加，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↑，

溫度↑金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↓非金屬的導(dǎo)熱系數(shù):

溫度↑非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↑；密度↑，非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)↑。3、導(dǎo)熱系數(shù)①固體的導(dǎo)熱系數(shù)993、導(dǎo)熱系數(shù)②液體的導(dǎo)熱系數(shù)

非金屬液體：水最大；

純液體>混合液體③氣體的導(dǎo)熱系數(shù)

隨壓強的變化較小，可忽略不計。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，對導(dǎo)熱不利。3、導(dǎo)熱系數(shù)②液體的導(dǎo)熱系數(shù)100傳熱學(xué)基本知識

4、導(dǎo)熱計算熱傳導(dǎo)

1）單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算公式：熱阻：或當(dāng)壁面兩側(cè)的溫度不等時，且熱量只沿垂直于壁面的方向發(fā)生變化傳熱學(xué)基本知識4、導(dǎo)熱計算熱傳101傳熱學(xué)基本知識

4、導(dǎo)熱計算熱傳導(dǎo)

2）多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)多層平壁是指由幾層不同厚度、不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料組成且其間接觸良好的平壁

通過各層的導(dǎo)熱量相同，各層導(dǎo)熱所遵循的規(guī)律相同傳熱學(xué)基本知識4、導(dǎo)熱計算熱傳102傳熱學(xué)基本知識

4、導(dǎo)熱計算熱傳導(dǎo)

3）單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

特點：單層圓筒壁的導(dǎo)熱面積不是常量，隨圓筒半徑而變、同時溫度也只是隨半徑而變。A均=2πr均L傳熱學(xué)基本知識4、導(dǎo)熱計算熱傳103熱對流傳熱學(xué)基本知識

1、基本概念是流體中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。

是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。1）暖氣管道;2）電子器件冷卻；3）電風(fēng)扇；4）換熱器對流只能發(fā)生在流體中對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導(dǎo)熱對流對流換熱對流換熱實例熱對流傳熱學(xué)基本知識1、基本概念是流體中溫104熱對流傳熱學(xué)基本知識

2對流換熱的特點導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2)緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層（熱邊界層）對流換熱的熱阻主要存在于這一薄層內(nèi)，所以工程應(yīng)用中常采取各種措施，使薄層減薄或破壞，以提高換熱強度。熱對流傳熱學(xué)基本知識2對流換熱的特點導(dǎo)熱105對流給熱的機理

（1）層流邊界層： 熱傳導(dǎo)，熱阻大,溫差大；（2）過渡區(qū)： 熱傳導(dǎo)與對流傳熱共同起作用；（3）湍流區(qū)：充滿漩渦，混合很好，對流為主，熱阻小,溫差小。對流給熱的機理106傳熱學(xué)基本知識

熱對流4、對流換熱方程對流傳熱計算公式—牛頓冷卻定律對流換熱熱阻α物理意義是:流體與壁面溫度差為1℃時，在單位時間內(nèi)通過每m2傳遞的熱量。表示對流傳熱的強度。傳熱學(xué)基本知識熱對流4、對流換熱方程對流傳107傳熱學(xué)基本知識

5、對流傳熱系數(shù)影響因素?zé)釋α?)

流動狀態(tài)的影響雷諾數(shù)越大，對流傳熱系數(shù)越大。2）流速的影響

流體流速增高時，對流傳熱系數(shù)就大。3）流體的物理性質(zhì)對給熱系數(shù)的影響

導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容c、密度越大，動力粘度越小，對流傳熱系數(shù)越大傳熱學(xué)基本知識5、對流傳熱系數(shù)影響因素?zé)釋?08傳熱學(xué)基本知識

熱對流

蒸汽的冷凝2）流體有相變發(fā)生時

膜狀冷凝

滴狀冷凝(傳熱系數(shù)大)

液體的沸騰

自然對流

泡狀沸騰或泡核沸騰（傳熱系數(shù)大）

膜狀沸騰傳熱學(xué)基本知識熱對流蒸汽的冷凝2）流體有109蒸汽冷凝的對流傳熱蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利用煤燃燒時產(chǎn)生的熱量將水加熱汽化，使之產(chǎn)生蒸汽。蒸汽在飽和溫度下冷凝成同溫度的冷凝水時，放出冷凝潛熱，供冷流體加熱。蒸汽冷凝時的對流傳熱蒸汽冷凝的對流傳熱蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利110(1)蒸汽冷凝的方式<1>膜狀冷凝：冷凝液體能潤濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜,膜狀冷凝時蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才能傳遞到壁面上去，此時，液膜層就形成壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻。若凝液籍重力沿壁下流，則液膜越往下越厚，給熱系數(shù)隨之變小。<2>滴狀冷凝：凝液不能完全潤濕壁面，在壁面上形成一個個小液滴，且不斷成長變大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滾下，在下滾過程中，合并成更大的液滴，一方面掃清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。沒有完整液膜的阻礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的5~10倍甚至更高。蒸汽冷凝時的對流傳熱(1)蒸汽冷凝的方式蒸汽冷凝時的對流傳熱111蒸汽流速和流向蒸汽流動會在汽-液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸汽與液膜流向相同，則會加速液膜的流動，使液膜減薄，傳熱加快。不凝性氣體蒸汽中含有不凝性氣體時，即使含量極微，也會對冷凝傳熱產(chǎn)生十分有害的影響。例如水蒸汽中含有1%的空氣能使給熱系數(shù)下降60%。不凝性氣體將會在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜，冷凝器操作中及時排除不凝性氣體至關(guān)重要。過熱蒸汽溫度高于其飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽，實驗表明，在大氣壓力下，過熱30℃的蒸汽較飽和蒸汽的給熱系數(shù)高1%，而過熱540℃的蒸汽的給熱系數(shù)高30%，蒸汽過熱對蒸汽冷凝傳熱影響不大，所以，一定情況下不考慮過熱的影響。（2）影響蒸汽冷凝傳熱的其它因素蒸汽流速和流向蒸汽流動會在汽-液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸112液體的沸騰

工業(yè)上經(jīng)常需要將液體加熱使之沸騰蒸發(fā)，如：在鍋爐中把水加熱成水蒸汽；在蒸發(fā)器中將溶劑汽化以濃縮溶液，都是屬于沸騰傳熱。

大容積沸騰是指加熱面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，此時，液體的運動由自然對流和汽泡的擾動所引起的。

強制對流沸騰是指液體在管內(nèi)流動過程中受熱沸騰的現(xiàn)象，此時，汽泡不能自由升浮，而是被迫隨液體一起流動，形成汽-液兩相流動，沿途吸熱，直至全部汽化。液體的沸騰113α自然對流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDΔt/K常壓下水沸騰時α與Δt的關(guān)系液體的沸騰曲線液體飽和溫度ts，加熱壁面的溫度tw。隨壁面過熱度⊿t=tw-ts的增加，沸騰傳熱表現(xiàn)出不同的傳熱規(guī)律。圖表示水在一個大氣壓力下沸騰傳熱系數(shù)與壁面過熱度的變化關(guān)系，稱為沸騰曲線。

⊿t=1～5℃⊿t=5～25℃⊿t>25℃α自然對流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDΔt/K常壓下水沸騰時α與114自然對流沸騰區(qū)：過熱度⊿t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)生的汽泡在升浮過程往往尚未達到自由液面就放熱終結(jié)而消失。其給熱系數(shù)h和熱流密度q比無相變自然對流略大。如圖中AB段所示。核狀沸騰區(qū)：隨著⊿t的增大，在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加，汽泡脫離時，促進近壁液體的摻混和擾動，故給熱系數(shù)α和熱流密度都迅速增加。過渡沸騰區(qū)：當(dāng)⊿t增大至過C點后，加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增加，且汽泡的生成速率大于脫離速率，汽泡脫離壁面前連接成汽膜，由于熱阻增加，給熱系數(shù)α與熱流密度q均下降，如圖中CD所示膜狀沸騰：⊿t繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰，此時，由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強，給熱系數(shù)α和熱流密度又隨△t的增加而升高。α自然對流泡核沸騰膜狀沸騰ABCDΔt/K由于泡核沸騰對流傳熱系數(shù)較大觀，一般工業(yè)生產(chǎn)中總是設(shè)法控制在光柱沸騰下操作。自然對流沸騰區(qū)：過熱度⊿t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)115第五節(jié)傳熱系數(shù)間壁兩側(cè)流體的傳熱過程Ttt1t2熱流體冷流體對流傳熱對流傳熱導(dǎo)熱傳熱的總熱阻是熱阻串聯(lián)的結(jié)果R=R1+R導(dǎo)+R2=(平壁)多層平壁第五節(jié)傳熱系數(shù)間壁兩側(cè)流體的傳熱過程Ttt1t2116傳熱系數(shù)(傳熱面為平壁)平壁為金屬材料,λ很大,且壁厚很薄時

1、總熱阻總是由熱阻大的一側(cè)對流傳熱所控制，即當(dāng)兩個對流傳熱相差較大時，要提高K，關(guān)鍵是提高對流系數(shù)小的一側(cè)的α；當(dāng)兩側(cè)相差不大時，則應(yīng)同時考慮提高兩側(cè)的α。2、當(dāng)α1﹥﹥α2時,K值接近于熱阻較大一項的α2值,K≈α2傳熱系數(shù)(傳熱面為平壁)平壁為金屬材料,λ很大,且壁厚117污垢熱阻在生產(chǎn)上盡量減小污垢熱阻:

1、提高流體的流速,使所帶懸浮物不致沉積下來;

2、控制冷卻水的加熱程度,以防止有水垢析出;

3、對有垢層形成的設(shè)備必須定期清洗除垢.污垢熱阻在生產(chǎn)上盡量減小污垢熱阻:

1、提高流體的流118第六節(jié)換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。第六節(jié)換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他119一、換熱器的類型1、按用途分類：加熱器、預(yù)熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。2、根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：間壁式、蓄熱式、混合式。一、換熱器的類型1、按用途分類：加熱器、預(yù)熱器、冷卻器、冷凝120間壁式換熱器的類型間壁式換熱器是以間壁式傳熱方式來進行換熱的設(shè)備。是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種換熱器的型式。其類型很多包括套管換熱器、夾套換熱器、沉浸式蛇管換熱器、列管式換熱器、噴淋式換熱器等多種類型。間壁式換熱器的類型間壁式換熱器是以間壁式傳熱方式來進行換熱的1211、夾套換熱器結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。缺點：傳熱面積小，傳熱效率低。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。也可在釜內(nèi)安裝蛇管。用途：廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。1、夾套換熱器結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成122夾套換熱器夾套換熱器123

2、沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進行換熱。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。缺點：傳熱面積不大，蛇管外對流傳熱系數(shù)小，為了強化傳熱，容器內(nèi)加攪拌。

2、沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適124蛇管蛇管1253、噴淋式換熱器

結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進行重新分配。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。用途：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。3、噴淋式換熱器

結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋1264、套管式換熱器結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，每一段直管稱作一程。目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)