傳熱學(xué) 第四章 傳熱與換熱器換熱

傳熱學(xué)第四章傳熱與換熱器換熱第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第四章傳熱與換熱器

在工程中，對于有三種基本換熱方式的熱量傳遞過程叫復(fù)合換熱。通常把輻射和對流換熱系數(shù)綜合考慮，即為復(fù)合換熱系數(shù)，也用α表示。

第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

為了方便起見，對于傳熱過程的計算，依照牛頓冷卻定律引入一個相當(dāng)對流換熱公式，則傳熱計算公式為：其中的K叫傳熱系數(shù)，它表示冷熱流體為：溫差為1℃時，通過單位面積傳遞的熱量，K的單位是：W/(m2.℃)。K的大小與冷熱流體的性質(zhì)、流動情況，壁面材料、形狀和尺寸等許多因素有關(guān)。WW第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

α1tf2一，通過平壁的穩(wěn)定傳熱（一）通過單層平壁的穩(wěn)定傳熱如圖有一單層平壁，面積為F,厚度為δ，導(dǎo)熱系數(shù)為λ，平壁兩側(cè)流體的溫度為tf1和tf2，兩外側(cè)面的溫度tw1和tw2，放熱系數(shù)為α1和α2，在穩(wěn)定狀態(tài)下，熱流體傳給壁面的熱量，通過平壁的導(dǎo)熱量以及壁面?zhèn)鹘o冷流體的熱量均應(yīng)相等。即w第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

α1tf2單位面積的傳熱量為：w/m2w/（m2.℃)所以單層平壁的傳熱系數(shù)為：第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

（二）通過多層平壁的穩(wěn)定傳熱α1tf1對于多層平壁單位面積的傳熱量為：的形式，于是就有多層平壁的傳熱系數(shù)為：α2tf2w/（m2.℃)第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

（二）通過多層平壁的穩(wěn)定傳熱α1tf1α2tf2w/m2w對于多層平壁單位面積的傳熱量為：若傳熱面積為F，則傳熱量為：第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

一，通過圓筒壁的穩(wěn)定傳熱（一）通過單層圓筒壁的穩(wěn)定傳熱如圖為一單層圓筒壁，設(shè)內(nèi)外直徑分別為d1、d2，長度為L，導(dǎo)熱系數(shù)為λ，且為常數(shù)，圓筒內(nèi)外c側(cè)流體分別維持均勻不變的溫度tf1和tf2放熱系數(shù)為α1和α2

;圓筒內(nèi)外表面的溫度為tw1和tw2，由于管道較長，沿軸向的導(dǎo)熱可忽略不計，認(rèn)為溫度僅沿半徑方向發(fā)生變化，故為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。則流體傳給筒壁的熱量，通過圓筒壁傳遞的熱量，由圓筒壁傳給流體的熱量應(yīng)相等，ttw1tw2r1r2α1tf1α2tf2第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

于是：最后得到單層圓筒壁的單位管長傳熱量為：w/m第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

顯然，單層圓筒壁的傳熱系數(shù)為：w/（m℃）整個圓筒壁的傳熱量為：w第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

（二）多層圓筒壁的傳熱w/（m℃）對于多層圓筒壁來說，也可以寫成熱阻的形式，則有：第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

w/m整個圓筒壁的傳熱量為：w單位管長的傳熱量為：第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)傳熱過程的分析和計算

簡化計算式為w/m第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)傳熱的增強(qiáng)與削弱

工程中的傳熱問題，除了需要掌握他們的計算方法外，很多場合是要求對傳熱過程予以增強(qiáng)或者削弱。所謂增強(qiáng)傳熱，是指從分析影響傳熱的各種因素出發(fā)，采取某些技術(shù)措施提高換熱設(shè)備單位面積的傳熱量，使設(shè)備趨于緊湊、重量輕、節(jié)省金屬材料以及降低動力消耗等；而削弱傳熱是指采取隔熱保溫措施，使換熱設(shè)備熱損失降低，以達(dá)到節(jié)能、安全防護(hù)及滿足工藝要求等目的：第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)傳熱的增強(qiáng)與削弱

一、增強(qiáng)傳熱在冷熱流體溫度不變的情況下，增強(qiáng)傳熱的有效方法是提高傳熱系數(shù)。而傳熱系數(shù)的大小是由傳熱過程中各項熱阻決定的，因此，為了增強(qiáng)傳熱，必須首先分析傳熱過程中的熱阻。一般換熱設(shè)備都是金屬薄壁，熱阻很小可忽略不計，在不計污垢熱阻時，傳熱系數(shù)可寫成：w/（m2.℃)第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)傳熱的增強(qiáng)與削弱

一、增強(qiáng)傳熱從上式可以看出，要想增大傳熱系數(shù)K，必須增大換熱系數(shù)小的那一項才有效。在工程中，常采用擴(kuò)展傳熱換熱系數(shù)小的一側(cè)的面積，象肋壁，肋片管、波紋管、板翅式換熱面等。除此之外，還有其它的一些增強(qiáng)傳熱的方法：1.改變流動狀況。增加流速，增加擾動，采用射流等，但會增大流動阻力。2.使用添加劑。在氣流中加入少量固體顆粒，在蒸汽中加入液滴。3.改變表面狀況。增加粗糙度，表面涂層，涂張力小的材料以形成珠狀凝結(jié)，或涂黑度大的材料以增強(qiáng)輻射。4.改變換熱面形狀和大小。如用小直徑管子代替大直徑管子，用橢圓型代替圓管。此外在凝結(jié)換熱時盡量選擇水平管。5.改變能量傳遞方式。在流道內(nèi)放置對流-----輻射板，板與流體進(jìn)行對流換熱，同時，又以輻射方式與壁面換熱。第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)傳熱的增強(qiáng)與削弱

二、削弱傳熱在工程中削弱傳熱主要是在管道外覆蓋保溫層。第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)換熱器

一、換熱器的基本形式與工作原理在間壁式換熱器中，熱流體和冷流體可以平行流動，也可以交叉流動。平行流動時，若冷熱流體流動方向相同，稱為順流式，若冷熱流體流動方向相反，則稱為逆流式。當(dāng)兩種流體流動方向相互垂直時，成橫流式或差流式。。平行流動時，若冷熱流體流動方向相同，稱為順流式，若冷熱流體流動方向相反，則稱為逆流式。當(dāng)兩種流體流動方向相互垂直時，成橫流式或差流式。如果幾種情況都有稱混流式。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)換熱器

二、換熱器的設(shè)計基本計算換熱器的設(shè)計計算常用平均溫差法。第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)換熱器

二、換熱器的設(shè)計基本計算式中t1,t2分別為冷熱流體的溫度，而上角標(biāo)分別表示進(jìn)出口的溫度。但是，熱交換的過程中，溫度在變化，工程中對于溫差的計算，有以下幾種方法：1.算術(shù)平均溫度如果進(jìn)出口處冷熱流體的溫度差分別為

算術(shù)平均溫度差誤