傳熱操作 課件精講

單元三傳熱單元四蒸發(fā)單元五干燥模塊二熱量傳遞2023/2/21知識目標(biāo)了解各類型換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用；

理解傳熱的基本方式、機(jī)理、特點(diǎn)及影響因素；掌握間壁式換熱器的傳熱計(jì)算。2023/2/22能力目標(biāo)能操作換熱器；

能進(jìn)行列管式換熱器的選型計(jì)算。2023/2/23任務(wù)三傳熱操作項(xiàng)目三列管式換熱器的計(jì)算與選型項(xiàng)目一換熱器的分類及結(jié)構(gòu)型式項(xiàng)目二換熱原理項(xiàng)目四換熱器的操作項(xiàng)目一換熱器的分類及結(jié)構(gòu)型式2023/2/24化工生產(chǎn)需要大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，而這些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞，主要應(yīng)用在：（1）化學(xué)反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移走熱量；（2）蒸發(fā)、蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)備輸入熱量；高溫或低溫設(shè)備：隔熱保溫，減少熱損失；（3）熱能的合理利用和廢熱回收。（4）隔熱與節(jié)能傳熱的基本知識2023/2/25化工生產(chǎn)中對傳熱的要求有兩種情況：強(qiáng)化傳熱削弱傳熱傳熱的基本知識2023/2/26由于物料的性質(zhì)和傳熱的要求各不相同，因此，換熱器種類繁多，結(jié)構(gòu)形式多樣。換熱器可按多種方式進(jìn)行分類。換熱器的分類2023/2/27名稱應(yīng)用加熱器用于把流體加熱到所需的溫度，被加熱流體在加熱過程中不發(fā)生相變。預(yù)熱器用于流體的預(yù)熱，以提高整套工藝裝置的效率過熱器用于加熱飽和蒸汽，使其達(dá)到過熱狀態(tài)蒸發(fā)器用于加熱液體，使之蒸發(fā)汽化再沸器是蒸餾過程的專用設(shè)備，用于加熱塔底液體，使之受熱汽化冷卻器用于冷卻流體，使之達(dá)到所需的溫度冷凝器用于冷凝飽和蒸汽，使之放出潛熱而凝結(jié)液化換熱器按用途分類2023/2/28換熱器按作用原理分類間壁式換熱器：冷、熱流體被固體傳熱表面隔開，而熱量的傳遞通過固體傳遞面而進(jìn)行。直接接觸式換熱器：冷、熱流體直接接觸進(jìn)行熱量交換。蓄熱式換熱器：冷、熱流體交替通過傳熱表面，冷流體通過時(shí)貯存冷量，熱流體通過時(shí)取走冷量。2023/2/29（1）管式換熱器列管式換熱器套管式換熱器蛇管式換熱器翅片管式換熱器固定管板式換熱器U形管式換熱器浮頭式換熱器填料函式換熱器釜式換熱器換熱器按換熱面形狀和結(jié)構(gòu)分類2023/2/2102023/2/2112023/2/212固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：管束固定在兩管板上優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，管內(nèi)便于清洗缺點(diǎn)：殼程不能機(jī)械清洗，不能承受溫度應(yīng)力適用場合：殼程內(nèi)為清潔流體溫差不大溫差較大殼程壓力不高2023/2/2132023/2/2142023/2/215浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一端管板可以自由伸縮（浮頭）優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生溫差應(yīng)力，殼程、管間清洗方便缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用材多，費(fèi)用高適用場合：溫差較大殼程內(nèi)易結(jié)垢的場合

2023/2/2162023/2/217U型管式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：管子成U型，只有一端固定優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力缺點(diǎn)：管內(nèi)清洗不變；可排管子數(shù)目較少殼程易短路適用場合：管、殼程溫差不大管程不易結(jié)垢的場合2023/2/2181－活動管板；2－填料壓蓋；3－填料；4－填料函；5－縱向隔板填料函式換熱器2023/2/219填料函式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一端采用填料函密封優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、易于清洗缺點(diǎn)：高壓下填料函易泄漏適用場合：管、殼程溫差較大介質(zhì)易結(jié)垢需要經(jīng)常清洗的場合殼程壓力不高2023/2/220釜式換熱器2023/2/221套管換熱器2023/2/222沉浸式蛇管2023/2/223沉浸式蛇管2023/2/224噴淋式蛇管換熱器2023/2/225翅片換熱器2023/2/226夾套式平板式換熱器螺旋板式換熱器板翹式換熱器換熱器按換熱面形狀和結(jié)構(gòu)分類（2）板式換熱器2023/2/227板式換熱器2023/2/228內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見板片2023/2/229螺旋板式換熱器2023/2/230板翅式換熱器2023/2/231熱板式換熱器2023/2/232熱管式換熱器2023/2/233夾套換熱器2023/2/234任務(wù)三傳熱操作項(xiàng)目三列管式換熱器的計(jì)算與選型項(xiàng)目二傳熱原理項(xiàng)目四換熱器的操作項(xiàng)目一換熱器的分類及結(jié)構(gòu)型式2023/2/235穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱:溫度隨位置改變，不隨時(shí)間而變.特點(diǎn):輸入的能量=輸出的能量

不穩(wěn)定傳熱:若傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度既隨位置變化又隨時(shí)間變化。項(xiàng)目二傳熱原理2023/2/236知識點(diǎn)1傳熱的基本方式熱的傳遞是由于物體內(nèi)或系統(tǒng)內(nèi)的兩部分之間的溫度差而引起的，凈的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動。根據(jù)傳熱機(jī)理不同，熱的傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射2023/2/237熱傳導(dǎo)：

熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。導(dǎo)熱是靜止物體的一種傳熱方式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移。熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進(jìn)行，但傳導(dǎo)的機(jī)理不同。金屬--自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動；非金屬和大部分液體（除水銀等）——晶格振動和分子碰撞；氣體———分子不規(guī)則熱運(yùn)動。如：一根鐵棒一端放在火爐上燒，熱量會通過鐵棒傳遞到另一側(cè)，但無物質(zhì)的宏觀位移。知識點(diǎn)1傳熱的基本方式2023/2/238對流傳熱：

依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。對流傳熱過程伴隨著流體質(zhì)點(diǎn)間的熱傳導(dǎo)。工程上習(xí)慣常將流體與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱。實(shí)際上包括對流和傳導(dǎo)兩種形式：靠近壁面附近的流體層（層流內(nèi)層）中依靠熱傳導(dǎo)的方式傳熱，在流體主體（湍流）中則主要依靠對流方式傳熱。

知識點(diǎn)1傳熱的基本方式2023/2/239輻射傳熱：

是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，?dāng)遇到另一物體時(shí)，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮?。特點(diǎn):不需要介質(zhì)三種傳熱方式一般不單獨(dú)存在，往往相互伴隨，同時(shí)出現(xiàn)。如熱量在設(shè)備保溫層中的傳遞，以導(dǎo)熱為主，而由保溫層向空氣散熱，則是對流和輻射并聯(lián)傳熱的結(jié)果。

知識點(diǎn)1傳熱的基本方式2023/2/240四、傳熱過程冷熱流體接觸方式

直接接觸式蓄熱式間壁式1.直接接觸式和混合式換熱器冷熱流體在換熱設(shè)備中直接混合，而達(dá)到換熱的目的。這種換熱方式，傳熱面積大，設(shè)備簡單，常常起到其它的作用(另有目的)

CO+H2O→CO2+H2+Q2023/2/2412.蓄熱式和蓄熱器四、傳熱過程冷熱流體接觸方式2023/2/2422.間壁式和間壁式換熱器熱流體以對流的方式將熱量傳遞給管壁熱量以熱傳導(dǎo)方式由管壁的一側(cè)傳遞至另一側(cè)傳遞至另一側(cè)的熱量又以對流方式傳遞給冷流體四、傳熱過程冷熱流體接觸方式2023/2/243套管式換熱器1—內(nèi)管2—外管典型的間壁式換熱器2023/2/244單程列管式換熱器1—外殼2—管束3、4—接管5—封頭6—管板7—擋板典型的間壁式換熱器2023/2/245雙程列管式換熱器1—?dú)んw2—管束3—擋板4—隔板典型的間壁式換熱器2023/2/246對流傳熱過程：流體與固體壁面之間的傳熱。傳熱（熱交換過程）：熱冷流體通過壁面之間的傳熱?！g壁式換熱（★）四、傳熱過程冷熱流體接觸方式2023/2/247載熱體為將冷流體加熱或熱流體冷卻，必須有一種流體供給或取走熱量，此流體稱為載熱體。起加熱作用的稱為加熱劑；起冷卻作用的稱為冷卻劑。工業(yè)上常見的加熱劑有：熱水、飽和水蒸氣、礦物油、聯(lián)苯混合物、熔鹽和煙道氣等。工業(yè)上常見的冷卻劑有：水、空氣、鹽水、氨蒸氣。液氨蒸發(fā)的溫度為：-33.4℃。2023/2/248載熱體選擇原則◎載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制◎載熱體的飽和蒸汽壓較低，加熱時(shí)不易分解◎載熱體的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蝕設(shè)備◎價(jià)格便宜，來源容易2023/2/249熱量傳遞熱量傳遞總是自高溫處至低溫處化工生產(chǎn)中，傳熱過程通過換熱器實(shí)現(xiàn)，間壁式換熱器應(yīng)用最廣冷熱兩種流體經(jīng)過間壁傳熱的過程包括三個步驟間壁式換熱器內(nèi)熱量傳遞有兩種基本方式：熱傳導(dǎo)、對流傳熱2023/2/250熱傳導(dǎo)機(jī)理借助物質(zhì)的分子、原子或自由電子的運(yùn)動將熱量從物體溫度較高的部位傳遞到溫度較低的部位熱傳導(dǎo)可發(fā)生在物體內(nèi)部或直接接觸的物體之間。熱傳導(dǎo)過程中，沒有物質(zhì)的宏觀位移。熱傳導(dǎo)不僅發(fā)生在固體中，也是流體內(nèi)的一種傳熱方式。2023/2/251傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面所傳遞的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率，而熱量傳遞的方向與溫度升高的方向相反.表達(dá)式為式中Q——導(dǎo)熱速率，J/s或W；λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2·℃）；

S——垂直于導(dǎo)熱方向的導(dǎo)熱面積，m2；——溫度梯度，是導(dǎo)熱方向上溫度的變化率。傅立葉定律由于導(dǎo)熱方向?yàn)闇囟认陆档姆较?，故右端加一?fù)號。2023/2/252物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)測定。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)導(dǎo)熱性能的一個物性參數(shù)，λ越大，導(dǎo)熱性能越好。導(dǎo)熱性能與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓力等有關(guān)。2023/2/253導(dǎo)熱機(jī)理氣體：分子熱運(yùn)動t固體：自由電子和晶格振動t晶格振動阻礙自由電子運(yùn)動金屬非金屬液體機(jī)理不清

固體>液體

>氣體取決于物質(zhì)的種類和溫度2023/2/254

傅立葉定律的工業(yè)應(yīng)用平壁中的導(dǎo)熱問題圓筒壁中的導(dǎo)熱問題2023/2/255（一）、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)2023/2/256在平板導(dǎo)熱中，與之相對應(yīng)的表達(dá)式可改寫為這種形式有助于更清楚地理解式中各項(xiàng)的物理意義。式中：熱流量為導(dǎo)熱過程熱量的轉(zhuǎn)移量；

溫壓為轉(zhuǎn)移過程的動力；

分母為轉(zhuǎn)移過程的阻力。（一）、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)2023/2/2572、熱阻的含義

熱量傳遞是自然界的一種轉(zhuǎn)換過程,與自然界的其他轉(zhuǎn)換過程類同,如:電量的轉(zhuǎn)換,動量、質(zhì)量等的轉(zhuǎn)換。其共同規(guī)律可表示為:過程中的轉(zhuǎn)換量=過程中的動力/過程中的阻力在電學(xué)中，這種規(guī)律性就是歐姆定律，即2023/2/258由此引出熱阻的概念：1）熱阻定義：熱轉(zhuǎn)移過程的阻力稱為熱阻。2）熱阻分類：不同的熱量轉(zhuǎn)移有不同的熱阻，其分類較多，如：導(dǎo)熱阻、輻射熱阻、對流熱阻等。對平板導(dǎo)熱而言又分：

面積熱阻RA

：單位面積的導(dǎo)熱熱阻稱面積熱阻。熱阻R：整個平板導(dǎo)熱熱阻稱熱阻。

2023/2/2593）熱阻的特點(diǎn)：

串聯(lián)熱阻疊加原則：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，若通過各串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱流量相同，則串聯(lián)過程的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻之和。

2023/2/260例：有一鋼板平壁，壁厚為5mm，若高溫壁面溫度t1=330K，低溫壁面溫度t2=310K，導(dǎo)熱系數(shù)λ=45.4W/(m.K).求該平壁在單位時(shí)間、單位面積上所傳遞的熱量。q為單位時(shí)間、單位面積上的導(dǎo)熱量，稱為平壁熱通量或者熱流密度。2023/2/261（二）多層平壁的導(dǎo)熱多層平壁：由幾層不同材料組成例：房屋的墻壁—白灰內(nèi)層、水泥沙漿層、紅磚（青磚）假設(shè)各層之間接觸良好，可以近似地認(rèn)為接合面上各處的溫度相等2023/2/262t1t2t3t4t1t2t3t4三層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（二）多層平壁的導(dǎo)熱2023/2/263假設(shè)：多層平壁間密切接觸，不存在空隙。推廣到n層平壁：Q=Q1=Q2=Q3P190例1-3（二）多層平壁的導(dǎo)熱2023/2/264設(shè)圓筒壁的內(nèi)、外半徑分別為r1和r2，長度為l，圓筒壁的傳熱面積隨半徑而變。若圓筒壁內(nèi)、外表面溫度分別為t1和t2，且t1＞t2。在圓筒壁半徑r處沿半徑方向取微元厚度dr的薄層圓筒，其傳熱面積可視為常量，等于2πr；同時(shí)通過該薄層的溫度變化為dt傅立葉定律的工業(yè)應(yīng)用（三）圓筒壁中的導(dǎo)熱問題2023/2/265分離變量積分并整理得單層圓筒壁的導(dǎo)熱速率公式:圓筒壁中的導(dǎo)熱問題根據(jù)傅立葉定律通過該薄層的導(dǎo)熱速率可表示為2023/2/266則圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻R為導(dǎo)熱速率可表示為傳熱推動力與傳熱阻力之比:圓筒壁中的導(dǎo)熱問題2023/2/267整理可得式中b——圓筒壁的厚度，m；

R——單層圓筒壁導(dǎo)熱熱阻，K/W。令圓筒壁平均面積圓筒壁的對數(shù)平均半徑2023/2/268對n層圓筒壁P1903-22023/2/269【例】一套管換熱器的內(nèi)管為φ25×2.5mm的鋼管，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m·K)，該換熱器在使用一段時(shí)間以后，在換熱管的內(nèi)外表面上分別生成了1mm和0.5mm厚的污垢，垢層的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.0W/(m·K)和0.5W/(m·K)，已知兩垢層與流體接觸一側(cè)的溫度分別為160℃和120℃，試求此換熱器單位管長的傳熱量。解：換熱器的熱流密度

W/m代入數(shù)據(jù)得2023/2/270【例】工業(yè)爐的爐壁，由下列三層組成：耐火磚k1=1.4W/(m2·K),b1=225mm保溫磚k2=0.15W/(m2·K),b2=115mm保溫磚k3=0.8W/(m2·K),b3=225mm今測得其內(nèi)壁溫度為930℃，外壁溫度為55℃，求單位面積的熱損失。

解：由串聯(lián)熱阻的概念W/m22023/2/271對流對流，又稱給熱，指利用流體質(zhì)點(diǎn)在傳熱方向上的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的過程。強(qiáng)制對流：相對運(yùn)動由外力作用引起自然對流：相對運(yùn)動由流體內(nèi)部密度差異引起流體在發(fā)生強(qiáng)制對流時(shí)，往往伴隨著自然對流，但一般強(qiáng)制對流的強(qiáng)度比自然對流的強(qiáng)度大得多。2023/2/272對流傳熱熱阻主要集中在層流內(nèi)層中，因此，減薄層流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對流傳熱的重要途徑。對流傳熱的分析湍流主體:流體質(zhì)點(diǎn)湍動劇烈，傳熱溫度差極小，各處的溫度基本相同，傳熱方式主要為對流，其熱阻很小，傳熱速度極快。層流底層:在傳熱方向上沒有質(zhì)點(diǎn)位移，傳熱方式主要為熱傳導(dǎo)，傳熱溫度差大，熱阻大。過渡層：傳熱方式既有對流又有熱傳導(dǎo)，有一定的溫度差及熱阻2023/2/273對流傳熱的分析2023/2/274對流傳熱的分析2023/2/275通常，對流傳熱是指流體與固體壁面間的傳熱過程。對流傳熱主要是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動和混合來完成的。因此，對流傳熱與流體的狀態(tài)及流動狀況密切相關(guān)。例如，在傳熱過程中，有無相變化；流體的流動是強(qiáng)制對流還是自然對流等，都影響對流傳熱速率。不同情況下對流傳熱的機(jī)理也不相同。以下僅對流體無相變化作強(qiáng)制對流的情況作簡單的分析對流傳熱的分析2023/2/276膜假設(shè)：所有的傳熱阻力集中在厚度為的一層膜中，其中的傳熱方式為導(dǎo)熱，則對于微元傳熱面積dS令則其中稱為對流傳熱系數(shù)，單位為W/(m2·℃)或W/(m2·K)，上式稱為牛頓冷卻定律。熱流體的溫度為T，冷流體的溫度表示為TW。對流傳熱的分析2023/2/277牛頓冷卻定律式中

Q——對流傳熱速率，W；

α——對流傳熱膜系數(shù)，W／(m2·K);S——對流傳熱面積，m2；

△t——流體與壁面間溫度差的平均值，K;R——對流傳熱熱阻，K/W；對流傳熱基本方程2023/2/278對流傳熱膜系數(shù)的大小反映了對流傳熱的強(qiáng)弱，取值越大，說明對流強(qiáng)度越大，對流傳熱熱阻越小。

對流傳熱系數(shù)2023/2/279(1)流體的種類和相變化的情況影響對流傳熱膜系數(shù)的因素(2)流體的特性(3)流體的溫度(4)流體的運(yùn)動狀態(tài)(5)流體流動的原因(6)傳熱壁面的形狀、位置及大小等2023/2/280化工生產(chǎn)中的對流傳熱一是流體無相變傳熱，包括強(qiáng)制對流和自然對流；二是流體相變傳熱，包括蒸汽冷凝和液體沸騰。2023/2/281流體無相變傳熱時(shí)的對流傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式為

無相變時(shí)流體傳熱膜系數(shù)關(guān)聯(lián)式2023/2/282①應(yīng)用范圍：關(guān)聯(lián)式中Re、Pr、Gr等特征數(shù)的數(shù)值范圍②特征尺寸：Nu、Re等特征數(shù)中L應(yīng)如何取定③定性溫度：確定各特征數(shù)中流體的物性參數(shù)所依據(jù)的溫度。使用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾個方面:無相變時(shí)流體傳熱膜系數(shù)關(guān)聯(lián)式2023/2/283（1）低粘度流體（小于2倍常溫水的粘度）或式中n的取值方法是：當(dāng)流體被加熱時(shí)，n＝0.4；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，n＝0.3。無相變流體在圓直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的關(guān)聯(lián)式2023/2/284取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。無相變低粘度流體在圓直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的關(guān)聯(lián)式應(yīng)用范圍：Re>10000，0.7＜Pr＜120；管長與管徑之比l/di≥60特征尺寸：取管內(nèi)徑di。定性溫度：2023/2/285（2）高粘度流體應(yīng)用范圍、特征尺寸及定性溫度與低粘度流體關(guān)聯(lián)式相同無相變流體在圓直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的關(guān)聯(lián)式為粘度校正系數(shù)，加熱時(shí)，＝1.05；冷卻時(shí)，＝0.95。2023/2/286無相變流體在圓直管內(nèi)作強(qiáng)制層流時(shí)的關(guān)聯(lián)式應(yīng)用范圍：

Re＜23000，0.7＜Pr＜670；RePrdi/L≥100.(L管長)特征尺寸：取管內(nèi)徑di。定性溫度：除μw取壁溫外，均取流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。2023/2/287無相變流體在管束外作強(qiáng)制垂直流動的關(guān)聯(lián)式應(yīng)用范圍：

Re＞3000特征尺寸：取管外徑d0。定性溫度：流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。流速：取流體通過每排管子中最狹窄通道處的速度錯列管束直列管束P214例題3-5P214例題3-3P214例題3-42023/2/288發(fā)生在飽和蒸汽和低溫壁面之間的傳熱

膜狀冷凝:冷凝液能夠潤濕壁面，在壁面上形成一層液膜；1.蒸汽的冷凝有相變時(shí)流體的對流傳熱

滴狀冷凝:冷凝液不能潤濕壁面，在壁面上形成許多小液滴。2023/2/289膜狀冷凝壁面被液膜所覆蓋，冷凝液膜是膜狀冷凝的主要熱阻工程上要保持滴狀冷凝很困難。即使在開始階段為滴狀冷凝，但經(jīng)過一段時(shí)間后，由于液珠的聚集，大部分都要變成膜狀冷凝。為保持滴狀冷凝，可采用各種不同的壁面涂層和蒸汽添加劑。在進(jìn)行冷凝計(jì)算時(shí)，為安全起見一般按膜狀冷凝來處理。膜狀冷凝和滴狀冷凝的比較滴狀冷凝壁面的大部分直接暴露在蒸汽中，對流傳熱膜系數(shù)很大2023/2/290蒸汽在單根水平管外的層流膜狀冷凝關(guān)聯(lián)式水平管外膜狀冷凝的對流傳熱系數(shù)P214例題3-62023/2/291壁溫的估算用試差法估算壁溫2023/2/292間壁式換熱器內(nèi)的傳熱過程在間壁式換熱器中，熱流體和冷流體之間由固體間壁隔開，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體，在傳熱方向上熱量傳遞過程包括三個步驟。熱流體——間壁——冷流體2023/2/293式中Q——傳熱速率，W；

K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；

S——傳熱面積，m2；

Δtm——傳熱平均溫度差，K；

R——換熱器的總熱阻，K/W；傳熱基本方程2023/2/294化工過程的傳熱問題分兩類：一類是設(shè)計(jì)型問題，即根據(jù)生產(chǎn)要求，選定（或設(shè)計(jì)）換熱器；另一類是操作型問題，即對于給定換熱器，計(jì)算其傳熱量、流體的流量或濕度等。2023/2/295傳熱速率是換熱器的生產(chǎn)能力，由自身性能決定；熱負(fù)荷與傳熱速率的關(guān)系：換熱器的傳熱速率須大于至少等于其熱負(fù)荷.換熱器在單位時(shí)間內(nèi)冷、熱流體所交換的熱量熱負(fù)荷是要求換熱器通過傳熱面的傳熱量。換熱器的熱負(fù)荷換熱器的熱負(fù)荷：熱負(fù)荷是生產(chǎn)上的要求，由生產(chǎn)任務(wù)決定；2023/2/296Qh＝Qc＋QL式中Qh——熱流體放出的熱量，W；

Qc——冷流體吸收的熱量，W；

QL——熱損失，W。2.熱負(fù)荷的確定若熱損失可以忽略不計(jì)，則式中Q'——換熱器的熱負(fù)荷，W。熱負(fù)荷的計(jì)算1.熱量衡算Q'=Qh＝Qc2023/2/2973.傳熱量計(jì)算（1）焓差法Qh＝Wh（Ih1－Ih2）或

Qc＝Wc（Ic2－Ic1）熱負(fù)荷的計(jì)算式中Wh、Wc——熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；

Ih1,Ih2——熱流體的進(jìn)、出口焓，J/kg；

Ic1,Ic2——冷流體的進(jìn)、出口焓，J/kg。2023/2/298（2）顯熱法若流體在換熱過程中沒有相變化，則

Qh＝Whcph（T1－T2）

或

Qc＝Wccpc（t2－t1）傳熱量計(jì)算式中

cph、cpc——熱、冷流體的定壓比熱容，J/(kg·K)；

T1、T2——熱流體的進(jìn)、出口溫度，K；

t2、t1——冷流體的進(jìn)、出口溫度，K。2023/2/299（3）潛熱法若流體在換熱過程中僅僅發(fā)生恒溫相變，則

Qh＝Whrh

或

Qc＝Wcrc傳熱量計(jì)算式中

rh、rc——熱、冷流體的汽化潛熱，J/kg。

2023/2/2100（一）總傳熱系數(shù)的計(jì)算總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)計(jì)算公式可利用串聯(lián)熱阻疊加的原理導(dǎo)出。當(dāng)冷、熱流體通過間壁換熱時(shí)，是一個"對流-傳導(dǎo)-對流"的串聯(lián)過程。對穩(wěn)態(tài)傳熱過程，各串聯(lián)環(huán)節(jié)速率必然相等，即2023/2/2101（一）總傳熱系數(shù)的計(jì)算總傳熱系數(shù)或

式中So、Si、Sm——傳熱壁的外表面積、內(nèi)表面積、平均表面積，m2；

αi、αo——間壁兩側(cè)流體的對流傳熱膜系數(shù)，W/(m2·K)；

λ——固體間壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；

δ——固體間壁的厚度，m。2023/2/2102（一）總傳熱系數(shù)的計(jì)算總傳熱系數(shù)根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原理，可得上式兩邊均除以2023/2/2103即總的傳熱系數(shù)為若兩邊同除Si，則有若兩邊同Sm，則有式中Ki、Ko、Km——基于So、Si、Sm的傳熱系數(shù)，W／(m2·K)?？倐鳠嵯禂?shù)基本公式討論2023/2/2104污垢熱阻：影響因素主要有流體性質(zhì)、傳熱壁面材料、操作條件、清洗周期等通常污垢熱阻比傳熱壁面的熱阻大得多，計(jì)算中應(yīng)加以考慮污垢熱阻通常選用經(jīng)驗(yàn)值污垢熱阻的影響換熱器傳熱壁面形成的污垢對傳熱產(chǎn)生的附加熱阻2023/2/2105常見流體的污垢熱阻2023/2/2106式中RSi、RSo——管內(nèi)、外壁面的污垢熱阻，(m2·K)/W。含有污垢熱阻的總傳熱系數(shù)公式2023/2/2107若傳熱壁面為平壁或薄管壁，則do、di、dm相等或近似相等，則總傳熱系數(shù)公式的簡化2023/2/2108現(xiàn)場測定有關(guān)數(shù)據(jù)(如設(shè)備的尺寸、流體的流量和進(jìn)出口溫度等)；根據(jù)測定數(shù)據(jù)求得傳熱速率Q、傳熱溫度差Δtm和傳熱面積A；由傳熱基本方程計(jì)算K值?？倐鳠嵯禂?shù)的現(xiàn)場測定具體方法：實(shí)測K值，不僅可以為換熱器計(jì)算提供依據(jù)，而且可以幫助分析換熱器的性能，以便尋求提高換熱器傳熱能力的途徑。2023/2/2109總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值P231例題3-72023/2/2110當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻均可忽略時(shí)，上式可簡化為若αi>>α0，則1/K≈1/α0，稱為管壁外側(cè)對流傳熱控制；若α0>>αi，則1/K≈1/αi，稱為管壁內(nèi)側(cè)對流傳熱控制；由此可見，K值總是接近于α小的流體的對流傳熱系數(shù)值，且永遠(yuǎn)小于α的值；若αi=α0，則稱為管內(nèi)、外側(cè)對流傳熱控制；同樣，若管壁兩側(cè)對流傳熱系數(shù)很大，即兩側(cè)的對流傳熱熱阻很小，而污垢熱阻很大，則稱為污垢熱阻控制，此時(shí)欲提高K值，必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時(shí)清除污垢。P231例題3-82023/2/2111兩流體均只發(fā)生恒溫相變的傳熱過程各傳熱截面?zhèn)鳠釡囟炔钔耆嗤伊黧w流動方向?qū)ζ錈o影響傳熱溫度差計(jì)算：（一）恒溫傳熱過程的平均傳熱溫度差傳熱平均溫差恒溫傳熱：特點(diǎn)：Δtm＝T－t

2023/2/2112間壁一側(cè)或兩側(cè)流體溫度沿?fù)Q熱器管長變化的傳熱過程對于兩側(cè)流體的溫度均發(fā)生變化的傳熱過程，傳熱平均溫度差的大小還與兩流體間的相對流動方向有關(guān)。（二）變溫傳熱時(shí)的平均溫度差傳熱平均溫差變溫傳熱：2023/2/2113復(fù)雜折流間壁兩側(cè)流體相對運(yùn)動方式并流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動方向相同；逆流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動方向相反；錯流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動方向垂直交叉；折流：簡單折流2023/2/2114一側(cè)恒溫、一側(cè)變溫傳熱，各傳熱截面的傳熱溫度差不同，傳熱溫度差大小與流向無關(guān)。一側(cè)流體變溫傳熱特點(diǎn)：2023/2/2115冷、熱流體的溫度均沿著傳熱面發(fā)生變化，其傳熱溫度差也是變化的，并且平均溫度差的大小與兩流體間的相對流動方向有關(guān)。兩側(cè)流體變溫傳熱特點(diǎn)：2023/2/2116（1）一側(cè)變溫及兩側(cè)變溫并、逆流時(shí)Δtm式中Δtm——對數(shù)平均溫度差，K；

Δt1、Δt2——換熱器兩端冷熱兩流體的溫差，K。變溫傳熱平均溫度差計(jì)算一般取換熱器兩端Δt中數(shù)值較大者為Δt1P231例題3-92023/2/2117（2）兩側(cè)變溫錯流和折流時(shí)Δtm先按逆流計(jì)算對數(shù)平均溫度差Δtm逆，再乘以校正系數(shù)，即變溫傳熱平均溫度差計(jì)算式中為溫度差校正系數(shù)，其大小與流體的溫度變化有關(guān)，一般不宜小于0.8。Δtm＝Δtm逆2023/2/2118可表示為兩參數(shù)P和R的函數(shù)：，具體取值根據(jù)P和R兩參數(shù)的值由圖查取。溫度差校正系數(shù)2023/2/2119折流過程溫度差校正系數(shù)圖2023/2/2120錯流過程溫度差校正系數(shù)圖P231例題3-102023/2/2121對于兩側(cè)變溫傳熱，若熱、冷流體的進(jìn)出口溫度相同，則：不同流向傳熱溫度差的比較Δtm逆＞Δtm錯，折＞Δtm并2023/2/2122（1）熱敏性物料的加熱并流適用場合（2）高粘度物料的加熱（3）高溫?fù)Q熱器為避免一側(cè)壁溫過高，采用并流2023/2/2123強(qiáng)化傳熱與削弱傳熱強(qiáng)化傳熱途徑：1、增大傳熱面積2、提高傳熱推動力3、提高總傳熱系數(shù)削弱傳熱的途經(jīng)：1、保溫結(jié)構(gòu)的構(gòu)成2、對保溫結(jié)構(gòu)的基本要求P231例題3-11、3-12、3-132023/2/2124任務(wù)三傳熱操作項(xiàng)目三列管式換熱器的計(jì)算與選型項(xiàng)目二換熱器基礎(chǔ)知識項(xiàng)目四換熱器的操作項(xiàng)目一換熱器的分類及結(jié)構(gòu)型式2023/2/2125項(xiàng)目三列管式換熱器的計(jì)算與選型一、列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)二、列管式換熱器選型需考慮的問題三、列管式換熱器選型一般步驟2023/2/2126列管式換熱器2023/2/2127列管式換熱器的設(shè)計(jì)與選擇1、流體流道的選擇：管程－高壓、有腐蝕、不干凈易結(jié)垢的流體；殼程－飽和蒸汽、粘度大2、流體流速的選擇3、流體進(jìn)出口溫度的確定4、管程數(shù)和殼程數(shù)的確定管程數(shù)增加，K提高，Δtm降低。5、裝置擋板6、管子的規(guī)格與排列：管長：1.5,2,3,4.5,6

管徑：Φ25×2.5，Φ25×2.0，Φ19×22023/2/2128

e、折流擋板：作用是增加管外流體的對流傳熱系數(shù)f、傳熱系數(shù)：注意：適用范圍：圓缺型折流擋板，Re>2000；定性溫度：進(jìn)出口的平均溫度；定性尺寸：de。g、壓降列管式換熱器的設(shè)計(jì)與選擇2023/2/2129①公稱換熱面積SN；②公稱直徑DN；③公稱壓力pN；④換熱管規(guī)格；⑤換熱管長度L；⑥管子數(shù)量n；⑦管程數(shù)Np。列管式換熱器的型號與規(guī)格1．基本參數(shù)2023/2/2130

1——換熱器代號；

2——公稱直徑DN，mm；

3——管程數(shù)Np，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ；

4——公稱壓力pN，MPa；

5——公稱換熱面積SN