《化工原理》第4章傳熱課件

4.1概述4.2熱傳導(dǎo)4.3對(duì)流傳熱4.4傳熱過(guò)程計(jì)算4.5輻射傳熱4.6換熱器14.1概述1傳熱即熱量傳遞。依據(jù)熱力學(xué)第二定律，凡是有溫度差存在的地方，就必然有熱量的傳遞，所以傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中非常普遍的一種能量傳遞過(guò)程。傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：（1）物料的加熱、冷卻、汽化、冷凝，往往需要輸入或輸出能量，使物料達(dá)到指定的溫度和相態(tài)，以滿足過(guò)程處理、加工、貯存等的要求。如蒸發(fā)、蒸餾、干燥等過(guò)程。（2）熱量和冷量的回收利用。（3）化工設(shè)備與管道的保溫。4.1概述4.1.1傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用2傳熱即熱量傳遞。依據(jù)熱力學(xué)第二定律，凡是有溫1.熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）其機(jī)理是當(dāng)物體的內(nèi)部或兩個(gè)直接接觸的物體之間存在溫度差異時(shí)，由于物體本身分子或電子的微觀運(yùn)動(dòng)使熱量從物體溫度較高的部位傳遞到溫度較低的部位的過(guò)程稱為熱傳導(dǎo)。2.熱對(duì)流（又稱對(duì)流傳熱）其機(jī)理是由于流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移和混合，而將熱能由一處傳遞到另一處。當(dāng)流體發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)，除分子熱運(yùn)動(dòng)外流體質(zhì)點(diǎn)(微團(tuán))也發(fā)生相對(duì)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生碰撞與混合，由此而引起的熱量傳遞過(guò)程稱為對(duì)流傳熱。4.1.2傳熱的基本方式31.熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）4.1.2傳熱的基本方式33.熱輻射（又稱輻射傳熱）當(dāng)物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不相等時(shí)，該物體就與外界發(fā)生了熱量的傳遞，這種傳熱方式稱為熱輻射。上述三種傳熱的基本方式，很少單獨(dú)存在，傳熱過(guò)程往往是這些基本傳熱方式的組合，例如在化工廠普遍使用的間壁式換熱器中，主要以對(duì)流和傳導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行換熱。43.熱輻射（又稱輻射傳熱）44.1.3間壁式換熱器工業(yè)中的換熱方式，按原理和設(shè)備類型可分為：間壁式換熱、混合式換熱和蓄熱式換熱。化工中普遍采用的是間壁式換熱。間壁式換熱器的類型很多，最典型的是列管式換熱器，而最簡(jiǎn)單的是如圖4-l(a)所示的套管換熱器。在傳熱方向上（圖4-l(b)）熱量傳遞過(guò)程包括三個(gè)步驟：（1）熱流體以對(duì)流傳熱方式將熱量傳遞到間壁的—側(cè)；（2）熱量自間壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的方式傳遞至另一側(cè)；（3）熱量以對(duì)流傳熱方式從壁面?zhèn)鬟f給冷流體。54.1.3間壁式換熱器51.內(nèi)管2.外管圖4-l套管換熱器中的換熱61.內(nèi)管2.外管6在換熱器中，熱量傳遞的快慢可用以下指標(biāo)來(lái)表示。（1）傳熱速率Q(又稱熱流量)：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)傳熱面的熱量，單位為W。傳熱速率是換熱器本身在一定操作條件下的換熱能力，是換熱器本身的特性。（2）熱負(fù)荷Q：指換熱器中單位時(shí)間內(nèi)冷、熱流體間所交換的熱量，單位為W。熱負(fù)荷是生產(chǎn)要求換熱器應(yīng)具有的換熱能力，設(shè)計(jì)換熱器時(shí)通常將傳熱速率與熱負(fù)荷在數(shù)值上視為相等。（3）熱通量q（又稱熱流密度）：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳熱面積所傳遞的熱量，即單位傳熱面積的傳熱速率，單位為W／㎡。7在換熱器中，熱量傳遞的快慢可用以下指標(biāo)來(lái)表示。74.1.4傳熱速率式化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到加熱或冷卻的傳熱過(guò)程。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)換熱器傳遞的熱量與換熱面積成正比，且與冷熱流體之間的平均溫度差成正比。即有（4-2）或（4-3）式中Q——傳熱速率，W；

K——比例系數(shù)，稱為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)或W/(m2·K)；

A——與熱流方向垂直的傳熱面積，m2；

Δtm——傳熱的平均溫度差，℃或K；

q——熱通量，W/m2。式（4-2）稱為傳熱速率方程式，它是傳熱計(jì)算的基本方程式。傳熱系數(shù)、傳熱面積和傳熱平均溫度差是傳熱過(guò)程的三要素。84.1.4傳熱速率式式中Q——傳熱速率，W；84.1.5穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱若傳熱系統(tǒng)中，傳熱面各點(diǎn)的溫度僅隨位置不同而變，而不隨時(shí)間而變化，則此傳熱過(guò)程為穩(wěn)定傳熱。若傳熱系統(tǒng)中傳熱面各點(diǎn)的溫度既隨位置不同而不同，又隨時(shí)間而變化，這種傳熱過(guò)程稱為不穩(wěn)定傳熱。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中所進(jìn)行的傳熱多為穩(wěn)定傳熱。在間歇操作的換熱設(shè)備中，或連續(xù)操作的換熱設(shè)備的開(kāi)、停車階段所進(jìn)行的傳熱，都屬于不穩(wěn)定傳熱。本章只討論穩(wěn)定傳熱。94.1.5穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱94.2熱傳導(dǎo)4.2.1熱傳導(dǎo)的基本定律1.傅立葉定律如圖4-2所示，在一個(gè)均勻的物體內(nèi)，熱量以熱傳導(dǎo)的方式沿任意方向x通過(guò)物體。取傳熱方向上的微分長(zhǎng)度dx,其溫度變化為dt。傅立葉在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了導(dǎo)熱的基本定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為(4-4)圖4-2通過(guò)壁面的熱傳導(dǎo)2.導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下通過(guò)單位導(dǎo)熱面積所傳導(dǎo)的熱量。故導(dǎo)熱系數(shù)是表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小的一個(gè)參數(shù)，是物質(zhì)的物性。越大，導(dǎo)熱越快。104.2熱傳導(dǎo)圖4-2通過(guò)壁面的熱傳導(dǎo)2.導(dǎo)熱系數(shù)104.2.2平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1.單層平壁導(dǎo)熱設(shè)有一高度和寬度很大的平壁，厚度為。假設(shè)平壁材料均勻，導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化(或取其平均值)。壁面兩側(cè)溫度為t1、t2,且t1>t2，平壁內(nèi)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而變，僅沿垂直于壁面的x方向變化。如圖4-3所示，取平壁的任意垂直截面積為傳熱面積A。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)面積A的熱量為Q，由傅立葉定律知

圖4-3

單層平壁的導(dǎo)熱114.2.2平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)圖4-3單層平壁的導(dǎo)熱11由于在熱流方向上Q、、A均為常量，故分離變量后積分，得通常式（4-8）也可以表示為（4-7）（4-8）（4-9）12由于在熱流方向上Q、、A均為常量，故分離變量后積分2.多層平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)以三層平壁為例，說(shuō)明多層平壁導(dǎo)熱過(guò)程計(jì)算。如圖4-4所示，一個(gè)由三層材料組成的無(wú)限大平壁，各層的厚度分別為1，2，3，導(dǎo)熱系數(shù)分別為1，2，3，且均為常數(shù)。多層平壁兩側(cè)表面溫度均勻穩(wěn)定，分別為t1和t4，設(shè)內(nèi)層兩個(gè)接觸面的溫度分別為t2和t3，在穩(wěn)定情況下，通過(guò)各層的傳熱速率是相等的，則有圖4-4多層平壁的導(dǎo)熱（4-10）132.多層平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)圖4-4多層平壁的導(dǎo)熱（4-10）1上式表明，通過(guò)多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，導(dǎo)熱推動(dòng)力和熱阻是可以相加的，總熱阻等于各層熱阻之和，總推動(dòng)力等于各層推動(dòng)力之和。（4-12）（4-11）利用等比定理可得14上式表明，通過(guò)多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，導(dǎo)熱推動(dòng)4.2.3圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1.單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)如圖4-5所示，設(shè)圓筒的內(nèi)、外半徑分別為r1、r2，內(nèi)、外表面分別維持恒定的溫度t1和t2，且管長(zhǎng)l足夠大，沿軸向的溫度變化可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為溫度只沿半徑方向變化。與平壁不同，圓筒壁導(dǎo)熱的特點(diǎn)是傳熱面積隨半徑而變化。在半徑r處取一厚度為dr的薄層，則此處傳熱面積為A＝2πrl。根據(jù)傅立葉定律，通過(guò)此環(huán)形薄層傳導(dǎo)的熱量為圖4-5單層圓筒壁導(dǎo)熱（4-13）154.2.3圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)圖4-5單層圓筒壁導(dǎo)熱（4-若t1>t2，則Q為正值，沿徑向向外傳遞。分離變量得設(shè)λ為常數(shù)，進(jìn)行積分移項(xiàng)得（4-14）16若t1>t2，則Q為正值，沿徑向向外傳遞。分離變量得設(shè)λ式中

——圓筒壁的厚度（m），=r2-r1；

rm——對(duì)數(shù)平均半徑（m），；

Am——平均導(dǎo)熱面積（m2），Am=2rml。（4-15）為了和平壁進(jìn)行對(duì)比，可進(jìn)行如下轉(zhuǎn)換：17式中——圓筒壁的厚度（m），=r2-r1；當(dāng)<2時(shí)，可用算術(shù)平均值rm=近似計(jì)算。比較式（4-14）和（4-15）可知，圓筒壁的熱阻為

（4-16）18當(dāng)<2時(shí)，可用算術(shù)平均值rm=2.多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)對(duì)于層與層之間接觸良好的多層圓筒壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，與多層平壁類似，也是串聯(lián)熱傳導(dǎo)過(guò)程。如圖4-6所示，以三層圓筒壁為例，有

R1,R2,R3，分別表示各層熱阻。圖4-6多層圓筒壁導(dǎo)熱（4-17）192.多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)圖4-6多層圓筒壁導(dǎo)熱（4-17應(yīng)當(dāng)指出，與多層平壁導(dǎo)熱比較，多層圓筒壁導(dǎo)熱的總推動(dòng)力仍為總溫度差，且等于各層溫差之和；總熱阻亦為各層熱阻之和。但是，計(jì)算各層熱阻所用的傳熱面積不等，需采用各層的平均面積。通過(guò)各截面的熱流量Q相同，但是通過(guò)各截面的熱通量q卻是不同的。式(4-17)也可寫為（4-18）20應(yīng)當(dāng)指出，與多層平壁導(dǎo)熱比較，多層圓筒壁導(dǎo)熱4.3對(duì)流傳熱4.3.1對(duì)流傳熱過(guò)程分析若熱流體與冷流體分別沿間壁兩側(cè)平行流動(dòng)，則傳熱方向垂直于流動(dòng)方向，故在垂直流動(dòng)方向任一截面A—A上（如圖4-7所示），從熱流體到冷流體必存在一個(gè)溫度分布，圖中用粗實(shí)線表示。熱流體從其湍流主體溫度經(jīng)過(guò)渡區(qū)，層流內(nèi)層降至該側(cè)壁面溫度TW，傳熱壁對(duì)側(cè)溫度為tw，又經(jīng)冷流體側(cè)的層流內(nèi)層、過(guò)渡區(qū)降至冷流體湍流主體溫度。圖4-7對(duì)流傳熱的溫度分布214.3對(duì)流傳熱圖4-7對(duì)流傳熱的溫度分布21由圖可知：（1）在間壁換熱任一側(cè)流體的流動(dòng)截面上，必存在溫度分布，而溫度變化主要集中在層流內(nèi)層，這意味著對(duì)流傳熱的大部分熱阻也集中于此。在不同的流動(dòng)截面上，由于冷、熱流體之間沿間壁不斷進(jìn)行熱交換，截面上各點(diǎn)溫度值可能有變化，但這種溫度分布關(guān)系是類似的。（2）若設(shè)流體與間壁的導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度而變，由于層流內(nèi)層和間壁的傳熱都是通過(guò)熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行，故這幾部分的溫度為直線分布。壁面的導(dǎo)熱系數(shù)一般較高，這部分熱阻相對(duì)要小得多，溫度梯度也要小得多。（3）根據(jù)傳熱的一般概念，流體側(cè)對(duì)壁面的傳熱推動(dòng)力應(yīng)該是湍流主體與壁面之間的溫度差。但由于各流動(dòng)截面上湍流主體溫度不易確定，在工程計(jì)算上常以該流動(dòng)截面上流體的平均溫度代替湍流主體溫度來(lái)計(jì)算溫度差。于是，圖4-7上熱流體側(cè)的溫差為T-TW，冷流體側(cè)的溫差為tw-t。T、t分別代表A—A截面上熱、冷流體的平均溫度。22由圖可知：224.3.2對(duì)流傳熱速率方程式圖4-7中已分別繪出冷、熱流體兩側(cè)虛擬膜的界面，在虛擬膜中的溫度也必呈線性分布，根據(jù)傅立葉定律，即可寫出任一側(cè)流體的穩(wěn)定對(duì)流傳熱速率為：（4-19）式中t—該截面上對(duì)流傳熱的溫度差（℃），對(duì)熱流體，t＝T-TW，對(duì)冷流體，t＝tw-t；

——流體的平均導(dǎo)熱系數(shù)(W／m℃)；

A—與熱流方向垂直的壁面面積（m2），在此面積上，t保持不變；

t—該截面處的虛擬膜厚度（m）。234.3.2對(duì)流傳熱速率方程式（4-19）式中t—該這里，再一次使用了第一章中的當(dāng)量化和折合的思路，即將實(shí)際的對(duì)流傳熱過(guò)程折合為一個(gè)通過(guò)厚為t的虛擬膜的導(dǎo)熱過(guò)程。必須明確指出，層流內(nèi)層與虛擬膜是兩個(gè)不同的概念，前者是實(shí)際存在的，后者是為了考慮問(wèn)題的方便而人為引入的。但兩者又有共同之處，可以想象，流體主體的湍動(dòng)程度愈大，虛擬膜和層流內(nèi)層都會(huì)變薄，則在相同的溫差下可以傳遞更多的熱量。24這里，再一次使用了第一章中的當(dāng)量化和折合的思令則式中—對(duì)流傳熱系數(shù)(W/m2℃)。式(4-20)稱為對(duì)流傳熱方程式，也稱為牛頓冷卻定律。它適用于間壁一側(cè)流體在溫差不變的截面上的穩(wěn)定對(duì)流傳熱。牛頓冷卻定律以很簡(jiǎn)單的形式描述了復(fù)雜的對(duì)流傳熱過(guò)程的速率關(guān)系，將所有影響對(duì)流傳熱熱阻的因素都?xì)w入到對(duì)流傳熱系數(shù)中。

的大小反映了該側(cè)流體對(duì)流傳熱過(guò)程的強(qiáng)度，因此，如何確定不同條件下的值，是對(duì)流傳熱的中心問(wèn)題。還應(yīng)指出，在不同的流動(dòng)截面上，如果流體溫度和流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，值也將發(fā)生變化。因此，在間壁換熱器中，常取的平均值作為不變量進(jìn)行計(jì)算。（4-20）25令（4-20）254.4傳熱過(guò)程計(jì)算冷、熱兩流體通過(guò)間壁的傳熱速率方程式為

式中A—換熱器的傳熱面積（m2）；

tm—熱、冷兩流體的平均溫度差，即傳熱的總推動(dòng)力（℃或K）；

K—比例系數(shù)，稱為傳熱系數(shù)(W/m2℃或W/m2K)，它與間壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)均有關(guān)，在這里實(shí)際上是整個(gè)傳熱過(guò)程中的平均值。（4-32）264.4傳熱過(guò)程計(jì)算（4-32）264.4.1熱量衡算在圖4-8所示的列管式換熱器中，若換熱器保溫良好，熱損失可以忽略不計(jì)，對(duì)于穩(wěn)定傳熱過(guò)程，根據(jù)能量守恒定律，過(guò)程傳遞的熱量必等于熱流體的放熱，并等于冷流體的吸熱。圖4-8換熱器的熱量衡算274.4.1熱量衡算圖4-8換熱器的熱量衡算274.4.2傳熱系數(shù)1.傳熱系數(shù)的計(jì)算

如圖4-9所示，冷、熱流體通過(guò)間壁傳熱的過(guò)程分三步進(jìn)行：熱流體通過(guò)對(duì)流傳熱將熱量傳遞給固體壁；固體壁以熱傳導(dǎo)方式將熱量從熱側(cè)傳到冷側(cè)；熱量通過(guò)對(duì)流傳熱將熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體。圖4-9間壁兩側(cè)流體傳熱過(guò)程284.4.2傳熱系數(shù)圖4-9間壁兩側(cè)流體傳熱過(guò)程28設(shè)熱流體的溫度為T，冷流體的溫度為t，熱流體一側(cè)的壁面溫度為TW,冷流體一側(cè)的壁面溫度為tw，Ai和A0分別為內(nèi)、外兩側(cè)的傳熱面積，Am為壁面的平均面積，i和0分別為內(nèi)側(cè)流體與外側(cè)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，為壁面的導(dǎo)熱系數(shù)，為壁厚，則：（4-34）（4-35）（4-36）29設(shè)熱流體的溫度為T，冷流體的溫度為t，熱流體式中di、d0、dm—分別為管壁的內(nèi)徑、外徑和平均直徑（m）。（4-38）（4-37）可得30式中di、d0、dm—分別為管壁的內(nèi)徑、外徑和平均直徑（m2.污垢熱阻以上推導(dǎo)過(guò)程中，未計(jì)及傳熱面上存在污垢的影響。實(shí)際上，換熱器在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，在傳熱管的內(nèi)、外兩側(cè)都會(huì)有不同程度的污垢沉積，使傳熱速率減小。實(shí)踐證明，表面污垢會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱阻，在傳熱計(jì)算中，污垢熱阻常常不能忽略。由于污垢熱阻的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)難以測(cè)量，工程計(jì)算時(shí)，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用污垢熱阻值。表4-4列出工業(yè)上常見(jiàn)流體污垢熱阻的大致范圍以供參考。對(duì)于易結(jié)垢的流體，換熱器使用過(guò)久，污垢熱阻會(huì)增加到使傳熱速率嚴(yán)重下降的程度，所以換熱器要根據(jù)工作條件，定期清洗。312.污垢熱阻31若管內(nèi)、外側(cè)流體的污垢熱阻用Rsi、Rs0表示，按串聯(lián)熱阻的概念，傳熱系數(shù)K可由下式計(jì)算當(dāng)使用金屬薄管壁時(shí)，管壁熱阻可忽略；若為清潔液體，污垢熱阻也可忽略，則

K值除用上述計(jì)算方法外，還可選用生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或直接測(cè)定。（4-44）（4-43）32若管內(nèi)、外側(cè)流體的污垢熱阻用Rsi、Rs0表4.4.4傳熱平均溫度差按照參加熱交換的兩種流體沿?fù)Q熱器的傳熱面流動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)溫度變化的情況，可將傳熱過(guò)程分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種。而換熱器中兩種流體的流向可分為并流、逆流、錯(cuò)流和折流四類，如圖4-10所示。圖4-10換熱器中流體流向示意圖334.4.4傳熱平均溫度差圖4-10換熱器中流體流向示意1.恒溫傳熱時(shí)的平均溫度差恒溫傳熱即沿傳熱壁面的不同位置，兩側(cè)流體的溫度皆不變化。例如：換熱器內(nèi)間壁一側(cè)為液體沸騰，另一側(cè)為蒸氣冷凝，兩側(cè)流體溫度皆不變化，傳熱溫度差亦不變化，即式中T、t——分別表示熱、冷流體的溫度（℃）。（4-45）341.恒溫傳熱時(shí)的平均溫度差（4-45）342.變溫傳熱時(shí)的平均溫度差變溫傳熱即沿傳熱壁面的不同位置，一側(cè)或兩側(cè)流體的溫度沿傳熱面不斷變化。如圖4-11、圖4-12所示。圖4-11一側(cè)流體變溫時(shí)的溫差變化352.變溫傳熱時(shí)的平均溫度差圖4-11一側(cè)流體變溫時(shí)的溫差變圖4-12兩側(cè)流體變溫下的溫度差變化36圖4-12兩側(cè)流體變溫下的溫度差變化36（1）并流和逆流的平均溫度差現(xiàn)以逆流為例推導(dǎo)tm的計(jì)算式，現(xiàn)任取dl段管長(zhǎng)作分析，其相應(yīng)的傳熱面積為dAi，如圖4-13(a)所示。得因此，平均溫度差是換熱器進(jìn)、出口處兩種流體溫度差的對(duì)數(shù)平均值，故稱為對(duì)數(shù)平均溫度差。在以上各式推導(dǎo)過(guò)程中，并未對(duì)流向是并流或逆流作出規(guī)定，故這個(gè)結(jié)果對(duì)并流和逆流都適用，只要用換熱器兩端熱、冷流體的實(shí)際溫度差代入t1和t2就可計(jì)算出tm。通常，將兩端溫度差較大的一個(gè)作為t1，較小的一個(gè)作為t2，計(jì)算時(shí)比較方便。（4-50）37（1）并流和逆流的平均溫度差（4-50）37圖4-13tm的推導(dǎo)38圖4-13tm的推導(dǎo)38（2）折流和錯(cuò)流的平均溫度差對(duì)于錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差，可先按逆流進(jìn)行計(jì)算，然后再乘以校正系數(shù)。

校正系數(shù)與冷、熱兩種流體進(jìn)、出口溫度的變化量有關(guān)。定義根據(jù)R、P這兩個(gè)參數(shù)，可從相應(yīng)的圖中查出值。（4-51）（4-52）（4-53）39（2）折流和錯(cuò)流的平均溫度差（4-51）（4-52）（4-5圖4-14給出了幾種常用流動(dòng)形式的溫差校正系數(shù)與R、P的關(guān)系。對(duì)列管式換熱器，流體走完換熱器管束或管殼的一個(gè)全長(zhǎng)稱為一個(gè)行程。管內(nèi)流動(dòng)的行程稱為管程，流體流過(guò)管束一次為單管程，往返多次為多管程；管外流動(dòng)的行程稱為殼程，流體流過(guò)殼體一次為單殼程，往返多次為多殼程。圖4-14幾種流動(dòng)形式的tm修正系數(shù)值40圖4-14給出了幾種常用流動(dòng)形式的溫差校正系4.6換熱器4.6.1換熱器的分類換熱器是實(shí)現(xiàn)將熱能從一種流體傳至另一種流體的設(shè)備，是許多工業(yè)部門的通用設(shè)備。由于生產(chǎn)條件不同，所用的換熱器的類型也是多種多樣的。按用途可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的方式不同，換熱器可以分為三大類，即間壁式、直接接觸式和蓄熱式。414.6換熱器414.6.2間壁式換熱器的類型從傳熱面的基本特征分類，間壁式換熱器可分為管式、管殼式和板式。圖4-17蛇管式換熱器1.管式換熱器（1）沉浸式蛇管換熱器沉浸式蛇管換熱器的結(jié)構(gòu)如圖4-17（a）所示。幾種常見(jiàn)的蛇管形式如圖4-17（b）所示。424.6.2間壁式換熱器的類型圖4-17蛇管式換熱器1（2）噴淋式換熱器噴淋式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖4-18所示，主要作為冷卻器。1.排管2.循環(huán)泵3.控制閥圖4-18噴淋式冷卻器43（2）噴淋式換熱器1.排管2.循環(huán)泵3.控制閥43（3）套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成同心套管，并用U型彎頭連接而成，外管亦需連接，結(jié)構(gòu)如圖4-19所示。圖4-19套管式換熱器44（3）套管式換熱器圖4-19套管式換熱器44（4）列管式換熱器列管式換熱器是應(yīng)用最廣泛的換熱器，其用量約占全部換熱設(shè)備的90%。與前述幾種換熱器相比，列管式換熱器的突出優(yōu)點(diǎn)是單位體積具有的傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強(qiáng)，操作彈性大。在高溫、高壓和大型裝置中使用更為普遍。目前，已有幾種不同類型的列管式換熱器系列化生產(chǎn)，以滿足不同的工藝需要。45（4）列管式換熱器45①固定管板式列管換熱器固定管板式列管換熱器主要由殼體、管束、折流擋板、管板和封頭等部分組成。管束固定在管板上，管板外是封頭，供管程流體的進(jìn)入和流出，保證各管中的流動(dòng)情況比較一致，如圖4-20所示。圖4-20固定管板式列管換熱器46①固定管板式列管換熱器圖4-20固定管板式列管換熱器46常用的折流擋板有圓缺型和盤環(huán)型兩種如圖4-21所示，圓缺型擋板應(yīng)用最廣泛。圖4-21流體在殼內(nèi)的折流47常用的折流擋板有圓缺型和盤環(huán)型兩種如圖4-2圖4-22所示的為具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，即在殼體上焊接一個(gè)橫斷面帶圓弧形的鋼環(huán)。該膨脹節(jié)在受到換熱器軸向應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生變形，使殼體伸縮，從而減少熱應(yīng)力。1.擋板2.補(bǔ)償圈3.放氣嘴4.管板圖4-22具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器48圖4-22所示的為具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱②U型管換熱器如圖4-23所示，U型管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為每根管子都彎成U型，兩端固定在同一塊管板上，封頭用隔板分成兩室，故相當(dāng)于雙管程。這樣，每根管子皆可自由伸縮，與殼體無(wú)關(guān)，解決了溫差補(bǔ)償問(wèn)題。1.擋板2.補(bǔ)償圈3.放氣嘴4.管板圖4-23U型管換熱器49②U型管換熱器1.擋板2.補(bǔ)償圈3.放氣嘴4.管③浮頭式換熱器如圖4-24所示，浮頭式換熱器中兩端的管板有一端不與殼體連接，這一端的封頭可在殼體內(nèi)與管束一起自由移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力，而且整個(gè)管束可從殼體中抽出，便于管內(nèi)、外的清洗和檢修。圖4-24浮頭式換熱器50③浮頭式換熱器圖4-24浮頭式換熱器502.板式換熱器（1）夾套式換熱器結(jié)構(gòu)如圖4-25所示，這種換熱器在容器外壁焊有一個(gè)夾套，夾套內(nèi)通入加熱劑或冷卻劑。在用蒸汽進(jìn)行加熱時(shí)，蒸汽由上部連接管進(jìn)入夾套，冷凝水由下部連接管流出。在進(jìn)行冷卻時(shí)，則冷卻水由下部進(jìn)入，而由上部流出。1.容器2.夾套圖4-25夾套換熱器512.板式換熱器1.容器2.夾套51（2）螺旋板