項(xiàng)目一：酒精回收生產(chǎn)中預(yù)熱器選用

1、化工生產(chǎn)過程物理變化物理變化化學(xué)變化化學(xué)變化三傳一反動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞（流體輸送、過濾、沉降、固體流態(tài)化等）（流體輸送、過濾、沉降、固體流態(tài)化等）熱量傳遞熱量傳遞（加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝等）（加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝等）質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞（蒸餾、吸收、萃取等）（蒸餾、吸收、萃取等）三傳一反化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)過程化工傳熱過程與控制化工傳熱過程與控制化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院 韓文婧韓文婧1本課程的性質(zhì)、內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、考核等11本課程的性質(zhì)：本課程的性質(zhì)：化工技術(shù)類專業(yè)的重要專業(yè)核心課之一。12本課程的主要內(nèi)容：本課程的主要內(nèi)容：主要研究化工生產(chǎn)過程中與傳熱相關(guān)的單元操作的基本規(guī)律及運(yùn)行控制。將化工單

2、元操作化工單元操作過程中的傳熱部分與對應(yīng)的化工化工設(shè)備設(shè)備、化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整合，同時(shí)與化工企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行對接，設(shè)計(jì)：酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用、聚氯乙烯的干燥聚氯乙烯的干燥、硝酸鉀硝酸鉀的產(chǎn)品結(jié)晶的產(chǎn)品結(jié)晶等三大項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目下面又分設(shè)子項(xiàng)目。13學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)法；問題引導(dǎo)法；實(shí)踐導(dǎo)向法；頭腦風(fēng)暴法等14參考資料：參考資料：化學(xué)工程手冊系列；各種版本的化工原理教材；化工過程單元操作網(wǎng)絡(luò)精品課程等；項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)容項(xiàng)目一項(xiàng)目一 酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用子項(xiàng)目一：酒精回收生產(chǎn)中的

3、預(yù)熱器設(shè)備選用子項(xiàng)目二：預(yù)熱器的工藝參數(shù)的確定子項(xiàng)目三：酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的操作子項(xiàng)目四：酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用及工藝尺寸的計(jì)算子項(xiàng)目五：酒精回收生產(chǎn)中的DCS控制傳熱項(xiàng)目二項(xiàng)目二 聚氯乙烯的干燥聚氯乙烯的干燥子項(xiàng)目一：聚氯乙烯的干燥工藝子項(xiàng)目二：聚氯乙烯的干燥設(shè)備的選用子項(xiàng)目三：聚氯乙烯的干燥操作項(xiàng)目三項(xiàng)目三 硝酸鉀的產(chǎn)品結(jié)晶硝酸鉀的產(chǎn)品結(jié)晶評價(jià)（考核）方法（1）過程性考核的內(nèi)容與要求）過程性考核的內(nèi)容與要求表表1 過程性考核評分表過程性考核評分表序序號號 考考 核核 項(xiàng)項(xiàng) 目目 評評分分標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 備備注注 權(quán)權(quán)重重 % A 1.0 B 0.8 C 0.6 D 0.4 E 0.2

4、得得 分分 1 完完成成項(xiàng)項(xiàng)目目（任任務(wù)務(wù)）的的態(tài)態(tài)度度 5 2 分分析析和和選選擇擇能能力力 10 3 資資料料查查閱閱、匯匯總總、分分析析能能力力 10 4 知知識識應(yīng)應(yīng)用用能能力力 10 5 對對問問題題的的判判斷斷能能力力 5 6 自自學(xué)學(xué)能能力力 10 7 語語言言表表達(dá)達(dá)能能力力 5 8 外外語語能能力力 10 9 應(yīng)應(yīng)變變能能力力 5 10 與與人人合合作作的的能能力力 5 11 經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)意意識識 10 12 環(huán)環(huán)保保意意識識 10 13 自自我我約約束束能能力力 5 總總分分 評價(jià)（考核）方法（2）成績評定）成績評定表表2 學(xué)生成績總評表學(xué)生成績總評表考核名稱考核名稱 考核內(nèi)容

5、考核內(nèi)容 權(quán)重（權(quán)重（%） 過程考核過程考核 項(xiàng)目任務(wù)完成情況項(xiàng)目任務(wù)完成情況 項(xiàng)目一項(xiàng)目一 10 項(xiàng)目二項(xiàng)目二 5 項(xiàng)目三項(xiàng)目三 2 匯報(bào)與點(diǎn)評情況匯報(bào)與點(diǎn)評情況 4 自評與小組評分自評與小組評分 4 考勤與訓(xùn)練態(tài)度考勤與訓(xùn)練態(tài)度 5 終結(jié)性考核終結(jié)性考核 操作考核操作考核 20 理論知識綜合應(yīng)用考核理論知識綜合應(yīng)用考核 50 合計(jì)合計(jì) 100 2項(xiàng)目學(xué)習(xí)情景21產(chǎn)品的生產(chǎn)背景：產(chǎn)品的生產(chǎn)背景： 酒精是一種無色透明、易揮發(fā)，易燃燒，不導(dǎo)電的液體。主要用于食品、化工、軍工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。例如藥用酒精(乙醇)是醫(yī)療單位和家庭藥箱的必備藥品，值得注意的是，不同的用途要求不同的濃度。95的酒精醫(yī)療單位

6、常用于酒精燈、酒精爐； 7075的酒精可用于滅菌消毒；4050的酒精用于預(yù)防褥瘡；2550的酒精用于物理退熱。 2012年1-12月，中國酒精制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值25,656,601千元，比上年同期增長了52.48%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入24,727,596千元，比上年同期增長了55.67%，；實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤總額1,222,718千元，比上年同期增長了100.82%。 2013年1-11月，中國酒精制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值33,921,257千元，比上年同期增長了38.41%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入29,550,616千元，比上年同期增長了26.49%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤總額1,132,282千

7、元，比上年同期增長了25.44%。2項(xiàng)目學(xué)習(xí)情景22某化工集團(tuán)介紹某化工集團(tuán)介紹 某化工集團(tuán)，下設(shè)化工廠、氯堿廠、樹脂廠、制藥廠四個(gè)生產(chǎn)廠家，分別生產(chǎn)如下產(chǎn)品：醋酸、甲基丙烯酸甲酯、苯酐、濃堿、PVC樹脂、蘋果酸、卡托普利、強(qiáng)力霉素等產(chǎn)品。 化工廠需要用酒精作為溶劑，現(xiàn)有一套現(xiàn)存的酒精精餾裝置，為了達(dá)到綜合利用的目的，將用剩下的濃度較低的酒精回收來獲得所需要的酒精溶液。年生產(chǎn)能力為30萬t/a。 由于集團(tuán)緊急上馬，使得集團(tuán)人手不夠，委托化工1401、1402車間負(fù)責(zé)酒精回收生產(chǎn)過程。3生產(chǎn)委托合同 由該化工集團(tuán)與下屬生產(chǎn)單位（化工1401、1402車間）簽定酒精回收項(xiàng)目的委托協(xié)議書。 由化工1

8、401、1402車間主任向完成各具體項(xiàng)目（或任務(wù)）的工段長分配任務(wù)，由工段長組織人員完成具體項(xiàng)目（或任務(wù)）。 老師作為化工1401、1402車間主任，化工1401、1402車間的學(xué)生作為車間工人（含技術(shù)員）。4項(xiàng)目組織實(shí)施 對課內(nèi)項(xiàng)目，將圍繞項(xiàng)目工作過程，每一工作小組需完成十幾項(xiàng)工作任務(wù)，由小組長組織實(shí)施，最后對完成的結(jié)果要寫出完整的操作規(guī)程和項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告等。 項(xiàng)目實(shí)施過程中，培養(yǎng)同學(xué)們以“工作方案的制定工作方案的制定”、“工藝條件的確工藝條件的確定定”、“操作規(guī)程的編制操作規(guī)程的編制”、“安全正確地操作安全正確地操作”、“工作效果的評估工作效果的評估”等為工作過程導(dǎo)向的職業(yè)能力，培養(yǎng)勞動(dòng)保護(hù)

9、意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識、經(jīng)濟(jì)意識和節(jié)能環(huán)保意識，學(xué)習(xí)查閱圖書與網(wǎng)絡(luò)資料、學(xué)會(huì)資料整理等，注重自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。項(xiàng)目一 酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用化工傳熱過程與控制化工傳熱過程與控制知識目標(biāo)：1、掌握傳熱操作的基本知識、基本理論與工藝計(jì)算；掌握傳熱過程的操作要領(lǐng)、常見事故及其處理方法；掌握熱電阻、熱電偶等常用溫度測量儀表的使用方法。2、理解間壁傳熱的熱阻構(gòu)成、強(qiáng)化傳熱的方法與途徑，設(shè)備與管道的熱損失及其保溫措施；理解列管式換熱器的選型方法。3、了解工業(yè)換熱器的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、操作原理及其適用范圍，新型換熱器的發(fā)展；了解工業(yè)上常用測溫儀表的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理適用范圍及安裝維護(hù)；了解換熱器的自動(dòng)

10、控制方案及其選用方法。項(xiàng)目一 酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用能力目標(biāo)：1、能根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)對列管換熱器、套管換熱器、板式換熱器等常用換熱器實(shí)施基本操作，能正確使用各類常見的溫度測量儀表和對換熱器實(shí)施自動(dòng)控制，并能根據(jù)生產(chǎn)工藝與設(shè)備特點(diǎn)制定傳熱過程的安全操作規(guī)程。2、能運(yùn)用傳熱基本理論與工程技術(shù)觀點(diǎn)分析和解決傳熱操作中諸如傳熱效率下降、振動(dòng)、工藝介質(zhì)控制參數(shù)不達(dá)標(biāo)等常見故障。3、能根據(jù)工藝過程需要正確查閱和使用一些常用的工程計(jì)算圖表、手冊、資料等，并進(jìn)行必要的換熱計(jì)算，如傳熱量的計(jì)算、載熱體用量計(jì)算、平均傳熱溫差計(jì)算、換熱面積計(jì)算、對流傳熱系數(shù)與總傳熱系數(shù)的計(jì)算及列管換熱器的選型計(jì)算。項(xiàng)目一 酒精回

11、收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用素質(zhì)目標(biāo)：1、幫助學(xué)生逐步建立工程技術(shù)觀念，培養(yǎng)學(xué)生追求知識、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式；2、培養(yǎng)學(xué)生逐步形成安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的職業(yè)意識和敬業(yè)愛崗、嚴(yán)格遵守操作規(guī)程的職業(yè)操守；3、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、積極進(jìn)取的團(tuán)隊(duì)合作精神。 項(xiàng)目一 酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用項(xiàng)目一 酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用化工傳熱過程與控制化工傳熱過程與控制子項(xiàng)目一：酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器設(shè)備選用一、 傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 熱力學(xué)第二定律：只要存在溫度差，熱量會(huì)自發(fā)從高溫傳遞向低溫，直至溫度相等。傳熱方向：傳熱極限：傳熱推動(dòng)力：高溫低溫溫度相等溫度差子項(xiàng)目一：酒精回收生

12、產(chǎn)中的預(yù)熱器設(shè)備選用 一、 傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用為化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造必要的條件（氨的合成反應(yīng)（氨的合成反應(yīng)（479 ）為單元操作創(chuàng)造必要的條件（蒸發(fā)、干燥等）（蒸發(fā)、干燥等）提高熱能的綜合利用和余熱的回收減少設(shè)備熱量（冷量）的損失能量回收：節(jié)能減排、資源回用！ 同時(shí)，是化工廠提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要措施！余熱資源被認(rèn)為是繼煤、石油、天然氣和水力之后的又一常規(guī)能源。 例如：鋼鐵行業(yè)煙氣余熱回收對比余熱沒有回收熱交換器進(jìn)行余熱回收 一、 傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 一、 傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱的目的：加熱或冷卻換熱/能量回用 保溫 強(qiáng)化傳熱過程 削弱傳熱過程 1、熱傳導(dǎo)u熱量從物體

13、內(nèi)溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分，或傳遞到與之接觸的另一物體的過程稱為熱傳導(dǎo)，又稱導(dǎo)熱。u固體的主要傳熱方式，分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，使相鄰分子間傳熱，傳熱速率相對較慢。u特點(diǎn)：沒有物質(zhì)的宏觀位移 氣體 分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果 固體 導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運(yùn)動(dòng) 非導(dǎo)電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的 液體 機(jī)理復(fù)雜 二、傳熱的基本方式2、對流傳熱（熱對流）流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對位移的熱量傳遞過程。流體的主要傳熱方式；流動(dòng)中，流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞傳熱。傳熱速率與流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。3、熱輻射物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。 自然對流強(qiáng)制對流p 能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化p 不需要任何

14、物質(zhì)作媒介p EaT4三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)。 二、傳熱的基本方式 二、傳熱的基本方式1、傳熱的幾個(gè)概念（1）穩(wěn)態(tài)傳熱和非穩(wěn)態(tài)傳熱u穩(wěn)態(tài)傳熱：各點(diǎn)溫度分布不隨時(shí)間而改變 特點(diǎn)：系統(tǒng)中不積累熱量（輸入輸出）； 在傳熱方向上，傳熱速率為常數(shù)。u非穩(wěn)態(tài)傳熱：各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而變說明：連續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多為穩(wěn)態(tài)傳熱 三、 工業(yè)換熱方法載熱體的選用原則載熱體的選用原則： 載熱體應(yīng)能滿足所要求達(dá)到的溫度； 載熱體的溫度調(diào)節(jié)應(yīng)方便； 載熱體的比熱或潛熱應(yīng)大； 載熱應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，不會(huì)分解； 載熱體必須操作毒性小、不易燃、不易爆、對設(shè)備腐蝕性??； 價(jià)格便宜，來源充分1、傳熱的幾個(gè)

15、概念（2）載熱體及其選擇 三、 工業(yè)換熱方法加熱劑加熱劑：熱水、飽和水蒸汽 礦物油或聯(lián)苯等低熔混合物、煙道氣等 用電加熱直接熱源間接熱源加熱劑煙道氣電加熱溫度高、經(jīng)濟(jì)；溫度不易控制、加熱不均勻、帶有明火及灰塵溫度高、加熱均勻、易控制、清潔衛(wèi)生、成本高高溫載熱體熔鹽混合物水蒸汽最廣的熱源、加熱均勻、溫度高時(shí)壓力過大、不安全1、傳熱的幾個(gè)概念（2）載熱體及其選擇 三、 工業(yè)換熱方法冷卻劑：水、空氣、冷凍鹽水、液氨等空氣、水鹽水溶液常用冷卻劑冷卻溫度5oCNaCl、CaCl2等；冷卻溫度0 - 45oC有機(jī)物乙醇、乙二醇、丙醇等；冷卻溫度要求更低1、傳熱的幾個(gè)概念（2）載熱體及其選擇 三、 工業(yè)換熱

16、方法套管式換熱器 冷溶液進(jìn) 冷溶液出 熱溶液進(jìn)熱溶液出工業(yè)生產(chǎn)中，用于熱量交換的設(shè)備稱為熱量交換器，簡稱換熱器。2、換熱方法類型（1）間壁式換熱u液體在間壁兩側(cè)流過，借助壁面的導(dǎo)熱作用實(shí)現(xiàn)熱量交換間壁式換熱（間壁式換熱器或表面式換熱器或間接式換熱器）。u特點(diǎn)：兩流體不發(fā)生混合。 三、 工業(yè)換熱方法套套管管式式換換熱熱器器2、換熱方法類型（1）間壁式換熱 三、 工業(yè)換熱方法固定管板式列管式換熱器固定管板式列管式換熱器2、換熱方法類型（1）間壁式換熱 三、 工業(yè)換熱方法u冷熱兩種流體直接接觸，在混合過程中進(jìn)行熱交換。u特點(diǎn)：兩流體直接接觸，傳熱速率快，其傳熱面積大，設(shè)備簡單。伴有傳質(zhì)。如涼水塔、熱

17、水塔。2、換熱方法類型（2）直接混合換熱 三、 工業(yè)換熱方法u冷熱流體交替流過蓄熱室的壁面，達(dá)到傳熱目的。u傳熱分三步：熱流體壁冷流體u特點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，耐高溫；設(shè)備體積龐大，熱效率低，且不能完全避免兩流體的混合。 用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。2、換熱方法類型（3）蓄熱式換熱 三、 工業(yè)換熱方法蓄熱式換熱器1、2蓄熱器；3蓄熱體 加熱器蒸發(fā)器按用途分類冷卻器冷凝器直接接觸式間壁式按冷熱流體的傳熱方式蓄熱式該類換熱器使用的最多（一）換熱器的分類 四、換熱器結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)特殊形式按換熱面形狀管式板式管板、管束、封頭、殼體1、管式換熱器 四、換熱器結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)（1）列管式換熱器（二）常用間壁式

18、換熱設(shè)備單程列管式換熱器單程列管式換熱器1 1 外殼外殼 22管束管束 3 3、44接管接管 5 5封頭封頭 66管板管板 77擋板擋板 1、管式換熱器（1）列管式換熱器雙程列管式換熱器雙程列管式換熱器11殼體殼體 2 2管束管束 3 3擋板擋板 4 4隔板隔板 1、管式換熱器（1）列管式換熱器固定管板式換熱器適用場合: 殼方清潔,溫差不大（70 ），壓力不高（600kPa）缺點(diǎn): 殼程難洗,結(jié)構(gòu): 管板均固定焊接在殼體兩端，管束兩端固定在兩管板上；常備膨脹節(jié) 1、管式換熱器優(yōu)點(diǎn): 成本低（1）列管式換熱器浮頭式換熱器l適用場合:殼體與管束溫差較大或殼程流體容易結(jié)垢的場合。l優(yōu)點(diǎn): 熱補(bǔ)償好,

19、易洗易修l缺點(diǎn): 成本高l結(jié)構(gòu): 一管板自由（1）列管式換熱器 1、管式換熱器U形管式換熱器 1、管式換熱器（1）列管式換熱器U形管式換熱器l用途: 管方清潔l優(yōu)點(diǎn): 適高溫高壓l缺點(diǎn): 管程難洗,管板利用率低l結(jié)構(gòu): 管子成U型 1、管式換熱器（1）列管式換熱器l適用場合:管、殼程溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管方清潔的場合； 高溫高壓氣體換熱。沉浸式蛇管換熱器 1、管式換熱器(2) 蛇管換熱器沉浸式蛇管換熱器強(qiáng)化措施：容器內(nèi)加攪拌器，提高K傳熱系數(shù)優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 管內(nèi)能耐高壓缺點(diǎn)： 管外對流傳熱系數(shù)小 1、管式換熱器(2) 蛇管換熱器噴淋式蛇管換熱器優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 管內(nèi)能耐高壓 管外 比沉

20、浸式大缺點(diǎn)： 噴淋不易均勻 占地面積大 1、管式換熱器(2) 蛇管換熱器(3)套管式換熱器優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 能耐高壓 K或tm大缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)不緊湊S/V小 接頭多，易漏 1、管式換熱器l適用場合:高溫、高壓及流量較小的場合。(4)翅片管式換熱器增加S，增強(qiáng)管外流體的湍動(dòng)來提高 1、管式換熱器(1)夾套式換熱器優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)： S小 釜內(nèi)小強(qiáng)化措施： 釜內(nèi)加攪拌 釜內(nèi)加蛇管 外循環(huán)用途: 反應(yīng)過程的傳熱結(jié)構(gòu): 壁外設(shè)夾套 2、板式換熱器(2)平板式換熱器 2、板式換熱器優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊 操作靈活 K大缺點(diǎn)： 耐溫、耐壓差, 易漏 處理量小(2)平板式換熱器 2、板式換熱器適用場合： 需要經(jīng)

21、常清洗、工作環(huán)境要求十分緊湊； 操作壓力較低（一般低于1.5MPa）； 溫度（-35200）(3)螺旋板式換熱器優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊 不易結(jié)垢, 堵塞 K大 保持逆流, tm大缺點(diǎn)： 壓力, 溫度不能太高 難以維修 2、板式換熱器(4)板翅式換熱器優(yōu)點(diǎn)：流體湍動(dòng)程度高，K大；結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積的S較大；缺點(diǎn)： 易堵塞，清洗困難； 構(gòu)造復(fù)雜 2、板式換熱器l適用場合:低溫和超低溫的場合?？捎糜诟鞣N情況下的熱交換， 也可用于蒸發(fā)或冷凝。特點(diǎn)：傳熱高效且穩(wěn)定； 結(jié)構(gòu)簡單；應(yīng)用范圍廣 3、熱管式換熱器原理： 管子的內(nèi)表面覆蓋一層具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)材料做成的芯網(wǎng)，由于毛細(xì)管力的作用，液體可滲透到芯網(wǎng)中去。當(dāng)加熱段

22、吸收熱流體的熱量受熱時(shí)，管內(nèi)工作液體受熱沸騰，產(chǎn)生的蒸氣沿管子軸向流動(dòng)，流至冷卻段時(shí)向冷流體放出潛熱而冷凝，冷凝液沿著吸液芯網(wǎng)回流至加熱段再次受熱沸騰。如此反復(fù)循環(huán)，熱量則不斷由熱流體傳給冷流體。適用場合：傳熱能力大、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等。 3、熱管式換熱器GB 1511999鋼制管殼式（即列管式）換熱器 五、管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)p公稱直徑（DN） 卷制圓筒：內(nèi)徑 （mm） 鋼管制圓筒：外徑 （mm）p公稱傳熱面積（A）：經(jīng)圓整后的計(jì)算傳熱面積。 以傳熱管外徑為基準(zhǔn)，扣除伸入管板內(nèi)的換熱管長度后，計(jì)算所得到的管束外表面積的總和（m2）。p公稱長度（LN）：傳熱管長度。（m） 直管：L

23、N直管長度 U形管：LNU形管直管段長度列管換熱器型號表示方法 五、管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目一 酒精回收生產(chǎn)中的預(yù)熱器的選用化工傳熱過程與控制化工傳熱過程與控制子項(xiàng)目二： 預(yù)熱器的工藝參數(shù)的確定管壁內(nèi)側(cè)熱流體對流)(1) 1 (Q管壁外側(cè)管壁外側(cè)管壁內(nèi)側(cè)管壁內(nèi)側(cè)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo))(2)2(Q冷流體冷流體管壁外側(cè)管壁外側(cè)對流對流)(3)3(Q穩(wěn)態(tài)傳熱：穩(wěn)態(tài)傳熱：QQQQ 321兩流體通過間壁的傳熱過程t2t1T1T2對流對流導(dǎo)熱冷流體Q熱流體間壁任務(wù)1：熱負(fù)荷和加熱蒸汽量的計(jì)算子項(xiàng)目二： 預(yù)熱器的工藝參數(shù)的確定式中 K 總傳熱系數(shù)，W/(m2)或W/(m2K)； Q 傳熱速率，W或J/s； S 總傳熱

24、面積，m2； tm 兩流體的平均溫差，或K。 mmm1ttQStRKSK總傳熱推動(dòng)力總熱阻傳熱過程的推動(dòng)力是兩流體的溫度差，因沿傳熱管長度不同位置的溫度差不同，通常在傳熱計(jì)算時(shí)使用平均溫度差，以 表示。經(jīng)驗(yàn)指出，在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱速率Q與傳熱面積S和兩流體的溫度差 成正比。即得為：mtmt一、總傳熱速率方程任務(wù)1：熱負(fù)荷和加熱蒸汽量的計(jì)算m qtQKS或 ：熱通量傳熱過程的基本問題1、的確定2、新的換熱器3、現(xiàn)有換熱器的4、強(qiáng)化或削弱傳熱的方法解決這些問題需要兩個(gè)基本關(guān)系式熱量衡算式傳熱速率關(guān)系Q吸=Q放，忽略過程熱損失mqtQKS或mtQKS 一、總傳熱速率方程1、傳熱速率與熱負(fù)荷 （1

25、）熱負(fù)荷Q：當(dāng)生產(chǎn)上需要加熱或冷卻某物料時(shí)，要求換熱器在單位時(shí)間 內(nèi)向該物料輸入或輸出一定的熱量，這是生產(chǎn)對換熱器換熱 能力的要求，稱為該換熱器的熱負(fù)荷。 熱負(fù)荷：生產(chǎn)上要求換熱器必須完成的生產(chǎn)任務(wù)。 （2）傳熱速率：換熱器單位時(shí)間能夠傳遞的熱量，是換熱器的生產(chǎn)能力， 由換熱器自身決定； 關(guān)系：傳熱速率熱負(fù)荷換熱器未選定，傳熱速率無法確定，可先由生產(chǎn)任務(wù)求得熱負(fù)荷，代替?zhèn)鳠崴俾剩倏紤]一定的安全裕量。 二、熱量衡算 二、熱量衡算（1）熱量衡算：hcLQQQQQQ吸損放即：2、熱量衡算與熱負(fù)荷的確定（2）熱負(fù)荷的確定：、無熱損失：、存在熱損失： hcQQ熱負(fù)荷Q管程流體熱負(fù)荷 二、熱量衡算熱流體

26、Wmh , T1 ,cph ,rh ,H1T2 , H2冷流體Wmc , t1 ,cpc , rc , h1t2 , h22、熱量衡算與熱負(fù)荷的確定（3）傳熱量的計(jì)算：其中 Wmh，Wmc 熱、冷流體的質(zhì)量流量， kg/s或kg/h； cph，cpc 熱、冷流體的定壓比熱容， kJ/（kg K）據(jù)換熱前后液體的平均溫度查取或計(jì)算； rh，rc 熱、冷流體的汽化潛熱， kJ/kg （手冊中查取）； H1 ， H2 熱流體進(jìn)、出狀態(tài)時(shí)的比焓，kJ/kg（手冊中查取或計(jì)算）；（或用 Ih1，Ih2 表示） h1 ， h2 冷流體進(jìn)、出狀態(tài)時(shí)的比焓，kJ/kg；（或用Ic1，Ic2 表示）顯熱法（比熱

27、法）：無相變，僅溫度變 1221hmhphcmcpcQW cTTQW ctt 二、熱量衡算2、熱量衡算與熱負(fù)荷的確定（3）傳熱量的計(jì)算：hmh hcmc cQW rQW r潛熱法（相變）：無溫度變，僅相變1221hmhcmcQWHHQWhh焓差法：不需考慮是否有相變 二、熱量衡算2、熱量衡算與熱負(fù)荷的確定（3）傳熱量的計(jì)算：傳熱量為兩者之和：相變熱/潛熱顯熱變化2hmhhphQWrcTT飽兩步法：既有溫度變，又有相變其中 T飽飽 冷凝液的飽和溫度，K 二、熱量衡算3、載熱體用量的計(jì)算方法：方法：Wmh或Wmc的計(jì)算，可先據(jù)其中一載熱體計(jì)算出Q，再利用熱量衡算式計(jì)算另一載熱體的流量。作業(yè)：P10

28、2 二、1、2例1：現(xiàn)將1000kg/h,比熱容為3.86kJ/(kg.k)的豆芽汁通過一換熱器,從600C冷卻到320C,已知冷卻水的初溫為250C,終溫不超過300C.若Q損可忽略,試求該換熱器的熱負(fù)荷及冷卻水的用量。解:熱負(fù)荷Q因Q損忽略,則Q=Q熱=Q冷,冷卻水用量： 因Q損忽略,則Q熱=Q冷=WmCCCP（t2-t1)由附表查得水在302527.52mt時(shí)的比熱容pc=4.176KJ/(kg.),則 二、熱量衡算3、載熱體用量的計(jì)算1210003.86 (6032)30.022()3600hmhphQQW cTTkw21330.0221.44/4.176 (3025)36001.44

29、5.184(/ )1000cmcpcQWkg scttmh例2：某換熱器用120kPa的飽和水蒸氣加熱糖液，糖液走管內(nèi),蒸汽在管外冷凝為飽和溫度下的液體，150Bx的糖液流量為20000kg/h，比熱容為3.894kJ/(kgk)，550C被加熱至850C。若設(shè)備的熱損失估計(jì)為Q冷的5%，求熱負(fù)荷及加熱蒸汽的耗用量。解：(1)熱負(fù)荷Q依題意知，Q=Q管內(nèi)=QC, 150Bx糖液的Cpc=3.894kJ/(kg.k)。 則 (2)蒸汽耗量Wh由題意知:Qh=Qc+QL=Qc+0.05Qc =1.05Qc飽和水蒸汽在換熱過程中僅發(fā)生相變化,即放出汽化潛熱.由附錄查得120kPa的飽和水蒸氣的汽化潛

30、熱 rh=2246.8kJ/kg. 則W m hrh=1.05Qc,故飽和水蒸氣消耗量為: 二、熱量衡算3、載熱體用量的計(jì)算21200003.894 (8555)649()3600cmcpcQQW cttkw1.05 6490.3033/1091.88(/ )2246.8mhWkg skg h任務(wù)2：預(yù)熱器的溫度和流動(dòng)方向的確定逆流并流錯(cuò)流折流一、流體的流動(dòng)方式 二、流體流入空間的選擇1、管程流體(1) 不潔凈或易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因?yàn)楣茏忧逑摧^方便。(2) 腐蝕性流體宜走管內(nèi)，以免管子和殼體同時(shí)被腐蝕。(3) 壓力高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，且可節(jié)省殼體金屬消耗量。(4) 有毒有害的流

31、體宜走管內(nèi)，易防止或減少泄漏。(5) 高溫加熱劑與低溫冷卻劑宜走管內(nèi)，以減少設(shè)備的熱量或冷量的損失。(6) 需要提高流速以增大膜系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，可采用多管程來增大流速。 二、流體流入空間的選擇2、殼程流體(1) 飽和蒸汽宜走管間，以便及時(shí)排除冷凝水。蒸汽冷凝的膜系數(shù)很大，可使管和殼的溫度都接近蒸汽的溫度，這樣能減小管殼間的溫差應(yīng)力；且能提高冷凝傳熱膜系數(shù)。(2) 被冷卻的流體宜走管間，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。(3) 粘度大的液體宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程中流動(dòng)，流速與流向不斷改變，在低Re(Re100)的情況下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱效果。任務(wù)單： A1-2-1、 A1-2-2任務(wù)

32、3：傳熱溫度差的計(jì)算和傳熱系數(shù)K的初選一、傳熱溫度差的計(jì)算mttTt T t t 0 A1、恒溫傳熱并、逆流t2t1T1T2 t2tAt1T2T1逆流 t2tAt1T2T1并流t1t2T1T22、變溫傳熱t(yī)m與流體流向有關(guān) 一、傳熱溫度差的計(jì)算以冷、熱流體均無相變、逆流流動(dòng)為例推導(dǎo) tm ：假設(shè)：（1）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，qm1、 qm2為常數(shù)； （2）cp1、cp2為常數(shù)； （3）K沿管長不變化； （4）熱損失忽略不計(jì)。對于微元：11mpdQqc dT 22mpdQqc dt 11mpdQqcCdT22mpdQqcCdtkmQT kQmt ) () (kkQmmtTt QdQd12t-tt 斜斜率率Q

33、dKd12t-tAttdAQdK12t-ttt1AdAQdK012ttt-ttt121AQK1212t-tttln11212t - ttlntmt并、逆流2、變溫傳熱對數(shù)平均溫度差討論：(1) 換熱器兩端熱、冷流體的溫度差 1t 2t (2)若121/22tt 122mttt 則：(3) 也適用于間壁一側(cè)恒溫，一側(cè)變溫的情況 一、傳熱溫度差的計(jì)算對數(shù)平均值：算術(shù)平均值：幾何平均值：1212lnSSSS 212SS 21SSCCToo7090 CCtoo2060 逆流CCToo7090 并流CCtoo6020 CCtoo5030 CCtoo1070 Ctmo2 .393050ln3050 Ctm

34、o8 .301070ln1070 4025030221 tttm4027010221 tttm并、逆流2、變溫傳熱 一、傳熱溫度差的計(jì)算間壁一側(cè)流體有相變并、逆流2、變溫傳熱1122tTttTt熱流體側(cè)有相變： ， 1122tTttTt冷流體側(cè)有相變： ， t2Tt1t1Tt2t1t2T1T2tt 一、傳熱溫度差的計(jì)算mmttt逆( , ,)tf P R溫度差校正系數(shù)：流型1221ttTTR 冷流體溫升冷流體溫升熱流體溫降熱流體溫降1112tTttP 兩流體初溫差兩流體初溫差冷流體溫升冷流體溫升查圖錯(cuò)、折流2、變溫傳熱 一、傳熱溫度差的計(jì)算錯(cuò)、折流2、變溫傳熱 一、傳熱溫度差的計(jì)算錯(cuò)、折流2、

35、變溫傳熱 一、傳熱溫度差的計(jì)算對數(shù)平均溫度差校正系數(shù)錯(cuò)流時(shí)溫度差校正系數(shù)值錯(cuò)、折流2、變溫傳熱 一、傳熱溫度差的計(jì)算例： P32 例1-43、不同流向傳熱溫度差對比 一、傳熱溫度差的計(jì)算（1）參與換熱的兩流體中只有一個(gè)流體變溫的情況，例如在冷凝器中用飽和蒸汽將某冷流體加熱，或在蒸發(fā)器中利用熱流體的顯熱使某液體沸騰等。tm的大小與流向無關(guān)，即： tm 并并 tm 逆逆 tm 錯(cuò)、折錯(cuò)、折， t1.0（2）逆流 兩側(cè)變溫： tm 逆逆tm 錯(cuò)、折錯(cuò)、折tm 并并當(dāng)換熱器的傳熱量及總傳熱系數(shù)一定時(shí)，采用逆流操作，所需的換熱器傳熱面積較小。因?yàn)槟媪鲿r(shí)T2 可以低于t2，所以與并流比較，可以節(jié)省加熱介質(zhì)

36、或冷卻介質(zhì)用量。若工藝上無特殊要求，應(yīng)盡量采用逆流操作。 一、傳熱溫度差的計(jì)算3、不同流向傳熱溫度差對比（3）并流 如工藝上要求被加熱的流體不得高于某一溫度，或被冷卻的流體不得低于某一溫度，采用并流較易控制。（4）錯(cuò)流、折流 能使換熱器結(jié)構(gòu)比較緊湊合理。一般， t0.8，當(dāng)小于0.8時(shí)，可采用多殼程或多臺(tái)換熱器串聯(lián)套管和列管式換熱器，傳熱面積：傳熱面積計(jì)算： 二、傳熱面積mQSK tSn dL 三、總傳熱系數(shù)K的獲取方法1、取經(jīng)驗(yàn)值 在進(jìn)行換熱器的傳熱計(jì)算中，常需要估算總傳熱系數(shù)。在不能進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取經(jīng)驗(yàn)值。冷 流 體熱 流 體傳熱系數(shù)K W/（m2）冷 流 體熱 流 體傳熱

37、系數(shù)KW/（m2）水水水水水水氣體有機(jī)溶劑輕油重油85017001728028085034091060280水氣體水水沸騰輕油沸騰水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝低沸點(diǎn)烴類冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝14204250303004551140200042504551020表 列管式換熱器中的傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值 三、總傳熱系數(shù)K的獲取方法2、實(shí)驗(yàn)測定已經(jīng)在生產(chǎn)操作的換熱設(shè)備，通過測定其傳熱溫度差、熱負(fù)荷、傳熱面積，計(jì)算出傳熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)測定可以獲得較為可靠的K值。mKS tQ3、公式計(jì)算垢垢,111oioiRRK任務(wù)單： A1-2-3作業(yè)：P102 6、91、有關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念,zyxft 式中 t某點(diǎn)的溫度，； x

38、,y,z某點(diǎn)的坐標(biāo)； 時(shí)間。溫度場：某時(shí)刻，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。 (1)溫度場和等溫面一、傳熱基本理論任務(wù)4：傳熱理論的理解和傳熱面積的計(jì)算（一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）不穩(wěn)定溫度場,zyxft 穩(wěn)定溫度場 zyxft, 等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。 t1t2t1t2等溫面Q0t等溫面互不相交等溫面上沒有熱量傳遞 1、有關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念 （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）(1)溫度場和等溫面(2)溫度梯度相鄰兩等溫面之間的溫度差t與這兩個(gè)等溫面之間的距離n的比值的極限。 0limnttdtgradtnndx 一維穩(wěn)定傳熱t(yī)+tt-ttnQdA 溫度梯度是一個(gè)點(diǎn)的概念。溫度梯度是一個(gè)向

39、量。 方向垂直于該點(diǎn)所在等溫面，它的正方向是溫度增加的方向，與導(dǎo)熱方向剛好相反。1、有關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念（一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）（一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）2、傳導(dǎo)基本定律傅立葉定律 ntSQdd式中 dQ 熱傳導(dǎo)速率，W或J/s； dS 導(dǎo)熱面積，垂直于熱流方向 的截面積，m2； t/n 溫度梯度，/m或K/m； 熱導(dǎo)率或?qū)嵯禂?shù)， W/(m)或W/(mK)。 負(fù)號：表示傳熱方向與溫度梯度方向相反 表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)。 越大，導(dǎo)熱性能越好ntSQqdd 用熱通量來表示： 對一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)： dxdtSQddt / 64321780l / m加熱爐加熱爐i時(shí)間導(dǎo)熱過程示意圖/tqqntx 是分子微

40、觀運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)為單位溫度梯度下的熱通量大小(物理意義) 物質(zhì)的越大，導(dǎo)熱性能越好 = f (結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）來源： 實(shí)驗(yàn)方法測定 ，工業(yè)上常見物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可從有關(guān)手冊中查得在熱傳導(dǎo)過程中，因物質(zhì)各處溫度不同， 也就不同，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)取最高溫度t1下的1與最低溫度t2下的2的算術(shù)平均值，或由平均溫度t=(t1+t2)/2求出值。3、熱導(dǎo)率 （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）固體、液體、氣體的導(dǎo)熱系數(shù)物質(zhì)種類 導(dǎo)熱系數(shù) 純金屬 1001400 金屬合金 50500液態(tài)金屬 30300非金屬固體 0.05 50非金屬液體 0.55絕熱材料 0.051 氣體 0.0050.5 3、熱導(dǎo)率 （一）

41、熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱） 金屬固體 非金屬固體 液體 氣體 （1）固體熱導(dǎo)率 金屬材料 10102 W/(mK) 建筑材料 10-110 W/(mK) 絕熱材料 10-210-1 W/(mK)1(0at 在一定溫度范圍內(nèi)（對多數(shù)勻質(zhì)固體）：對大多數(shù)金屬材料：溫度系數(shù)a 0 ， t ， （冰例外）3、熱導(dǎo)率（一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱） 金屬：純金屬 合金 非金屬：同樣溫度下，越大， 越大。式中 0、 0, t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)； a 溫度系數(shù)。0.090.6 W/(mK) 金屬液體較高，非金屬液體低；一般來說，純液體的大于溶液 非金屬液體水的最大； 水和甘油：t ， 其它液體：t ， t ， 一般情況下，

42、隨p的變化可忽略； 氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。0.0060.4 W/(mK)（2）液體熱導(dǎo)率 3、熱導(dǎo)率 （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）（3）氣體熱導(dǎo)率 (1)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)t1t2txdxQxQx+dxS假設(shè)：材料均勻， 為常數(shù)；一維溫度場，t 僅沿x 變化； S/ 很大，忽略端損失。邊界條件：x=0時(shí)，t=t1; x=時(shí)，t=t2 且t1t24、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）由假設(shè)可知：為穩(wěn)態(tài)一維熱傳導(dǎo)，根據(jù)傅里葉定律dtQSdx 210ttQdtdxS 分離變量后積分得導(dǎo)熱速率方程式12()QS tt或1212()tttQRSQqttS傳熱推動(dòng)力熱阻(1)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)

43、4、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）例1有一單層平壁S=20m2，=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料導(dǎo)熱系數(shù) =0.815+0.00076t (t：oC， :W/(m oC)。試求平壁Q和q。 解:C9752)(o21tttmC)W/(m556. 197500076. 0815. 0o12()QS ttW510135. 1)3001650(2037. 0556. 1521.135 105677/20QqWmS(1)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)4、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）(2)多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)t1t211tx2323t2t4t3假設(shè)：假設(shè)：(1)S/很大，忽

44、略端效應(yīng)；(2)材料均勻；(3)溫度僅沿x變化，且不隨時(shí)間變化。(4)各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。4、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）233412123123ttttttQSSS14143311iiiiittttRS推廣至n層： 111111innnniiiiiitttttQRRS總推動(dòng)力總熱阻 312122334123123:ttttttR RRSSS延伸：各層的溫差之比(2)多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)4、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）14312123ttQqS或：思考： 厚度相同的三層平壁傳熱，溫度分布如圖所示，哪一層熱阻最大，說明各層 的大小排列。t1t2t3t43124、

45、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）例有一燃燒爐，爐壁由耐火磚、保溫磚、建筑磚3種材料組成，相鄰材料之間接觸密切。已知耐火磚1=150mm，1=1.64W/(m.k)；保溫磚：2=310mm，2=0.15W/(m.k)； 建筑磚：3=240mm, 3=0.75 w/(m.k)。今測得耐火磚的內(nèi)壁溫度tw1=875,建筑磚外壁溫度tW4為88。求：（1）單位面積的熱損失；（2）各層材料接觸面上的溫度；（3）各層溫度差和熱阻的關(guān)系。解：（1）單位面積的熱損失。（2）各層材料接觸面上的溫度21431212387588317.16/0.150.310.241.640.150.75WWttQWmS02

46、3220.31864 317.16189.50.15WWQttCS012110.15875317.168641.64WWQttCS（3）各層溫度差和熱阻的關(guān)系耐火磚層：Ctttww29864875121)/(0914. 064. 115. 0211WKm保溫磚層：Ctttww5 .6565 .18986432)/.(07. 215. 031. 0222WKm建筑磚層：Ctttww5 .101885 .189433)/.(32. 075. 024. 0233WKm計(jì)算結(jié)果列表如下：0.09142.070.3229656.5101.5耐火磚層保溫磚層建筑磚層熱阻(m2K/W) 溫度差（） 從表中可

47、以看出，在穩(wěn)定導(dǎo)熱過程中，某一層的熱阻越大分配于該層的溫度差越大，即溫度差與熱阻成正比。例鍋爐鋼板壁厚 1 =20mm,導(dǎo)熱系數(shù) 1 =58W/（mK);若粘附在鍋爐內(nèi)壁的垢厚 2 =1mm,水垢的導(dǎo)熱系2=1.16W/(mK)。已知鍋爐鋼板外表面溫度為 tW1 =2500C，水垢的內(nèi)表面溫度為 tW3=2000C，求鍋爐每平方米表面積的導(dǎo)熱速率及鋼板與水垢相接觸一面的溫度 tW2 。解：因則水垢所產(chǎn)生的熱阻在總熱阻中占比例為%71%10016.1001.05802.016.1001.0%100221122 可見，水垢厚度雖然很薄，但因其導(dǎo)熱系數(shù)很小，所產(chǎn)生的熱阻在總熱阻中占比例卻很大。所以，

48、在實(shí)際操作中，要設(shè)法清除鍋中水垢，以提高傳熱速率。213121225020041400/0.020.001581.16WWttQWmS1121WWSQtt012110.0225041400237.758WWQttCS特點(diǎn)：(1) 傳熱面積隨半徑變化 S=2 rl(2) 一維溫度場，t 沿r 變化。(1)單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）dt傅立葉定律： dd2ddttQSrlrr 邊界條件： 11;rrtt時(shí)，rrtt22時(shí)，得：22112rtrtQdrrldt 22112rtrtdrQldtr 設(shè)不隨t 而變 121222112()1lnln2l tttttQ

49、rrRrlr(1)單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)補(bǔ)充：在穩(wěn)態(tài)下通過圓筒壁的導(dǎo)熱速率Q與坐標(biāo)r 無關(guān)，但熱流密度q，卻隨坐標(biāo)r 變化。2QQqSrl工程上為了計(jì)算方便，常按單位圓筒壁長度計(jì)算導(dǎo)熱速率，記為ql1221212lnllttQqrlrr / rqr可見，當(dāng)比值一定時(shí)， 與坐標(biāo) 無關(guān)。(1)單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)2112211212222121112() ()() ()()2()ln()ln2ml rrttSSttQSttr lSrrrrrlS寫成與單層平壁類似形式的計(jì)算式：2121lnmSSSS式中：S21

50、212lnmmmSr Lrrrrr或：其中：對數(shù)平均值：算術(shù)平均值：幾何平均值：1212lnSSSS 212SS 21SS(1)單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)例有外徑為426mm的水蒸氣管路，管外覆蓋一層厚為400mm的保溫層。保溫層材料的熱導(dǎo)率 =0. 5 W/(mK)。水蒸氣管路外表面溫度為150oC, 保溫層外表面溫度為40oC。試計(jì)算該管路每米長的散熱量。 水蒸氣管水蒸氣管保溫層保溫層t1=150oCt2=40oC0.4mr1=0.213mr2=0.613m解:r10.426/20.213m， r20.213+0.40.613m，t1150，t240

51、， =0. 5 W/(mKmK)12212ln150400.53270.613ln0.213lttQqrlrW則： 2(1)單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)(2)(2)多層圓筒壁多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)2334122341133222()2()2()111lnlnlnl ttl ttl ttQrrrrrr143241122332()111lnlnlnl ttQrrrrrr143241122332 ()111lnlnlnlttqrrrrrr321QQQQ （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)例例在一 的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化

52、鎂粉，平均導(dǎo)熱率為 =0.07W/(m oC)，外層為20mm的石棉層，平均導(dǎo)熱率為 =0.15W/(m oC)。測得管內(nèi)壁溫度為500oC, 最外層表面溫度為80oC，管壁的熱導(dǎo)率 =45W/(m oC) 。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。 解: (1) 每米管長的熱損失143241122332 ()111lnlnlnlttqrrrrrrmmmm5 . 360此處，r1=0.03-0.0035=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09m(2)(2)多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱

53、傳導(dǎo) （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）5、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)2 3.14 (50080)191/10.0310.0710.09lnlnln450.02650.070.030.150.07lqWmCttrrrrttqol13203. 007. 0ln07. 010265. 003. 0ln451)500(14. 32191ln1ln1)(23323212131(2) 保溫層界面溫度t3 （一）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）（1）現(xiàn)象湍流狀態(tài)下，流體主體中的質(zhì)點(diǎn)能快速的混合，但靠近壁面處存在著一層作層流流動(dòng)的層流底層，象薄膜一樣蓋住管壁。層流內(nèi)層和湍流主體間存在著緩沖層（過渡區(qū)）。 （二）對流傳熱1、對流傳熱過程S1S2傳熱

54、壁面熱流體冷流體Q溫度傳熱方向主體過渡區(qū)過渡區(qū)主體層流 （二）對流傳熱1、對流傳熱過程ttWTWT（2）各層傳熱方式 湍流主體溫度梯度小，熱對流為主 層流內(nèi)層溫度梯度大，熱傳導(dǎo)為主 過渡區(qū)域熱傳導(dǎo)、熱對流均起作用層流 （二）對流傳熱QS t膜牛頓冷卻定律2、對流傳熱基本方程牛頓冷卻定律 （二）對流傳熱假設(shè)：流體有一厚度為膜的虛擬膜層，此膜層集中了流體與壁面間的全部傳熱溫度差，并以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行傳熱。則由傅立葉定律得： 膜令 /1tS tS 1QttqtSR 或式中： Q 對流傳熱速率，W； 對流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； 物理意義：當(dāng)流體與壁面溫度差為1k的時(shí)候，單位時(shí)間，單位面積以給熱方

55、式傳遞的熱量； t 流體與壁面間的平均溫度差，K或。 式中： 1、2 熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； S1、S2 熱、冷流體端的對流傳熱面積，m2； T 、TW、t、tW 熱、冷流體的平均溫度及平均壁溫，。 11()WQS TT22()WQS tt冷流體：熱流體：牛頓冷卻定律2、對流傳熱基本方程牛頓冷卻定律 （二）對流傳熱牛頓冷卻定律可用于傳熱壁面溫度的估算：當(dāng)S1S2，Twtw時(shí)，由上兩式可得傳熱壁面溫度總是接近膜系數(shù)較大側(cè)流體溫度。1212WWTtTt影響對流傳熱系數(shù) 的因素流動(dòng)狀態(tài) 湍流 層流 引起流動(dòng)的原因 強(qiáng)制 自然 3、對流傳熱系數(shù) （二）對流傳熱QS tu它反映了對

56、流傳熱的強(qiáng)度。，對流傳熱強(qiáng)度，對流傳熱熱阻。流體的物性 ，cp， 是否發(fā)生相變 蒸汽冷凝、液體沸騰 相變 無相變傳熱面的形狀，大小和位置形狀：如管、板、管束等；大?。喝绻軓胶凸荛L等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）； 管或板是垂直放置還是水平放置。3、對流傳熱系數(shù) （二）對流傳熱影響對流傳熱系數(shù) 的因素u獲得給熱系數(shù)的方法 (1)解析法 對所考察的流場建立動(dòng)量傳遞、熱量傳遞的衡算方程和速率方程，在少數(shù)簡單的情況下可以聯(lián)立求解流場的溫度分布和壁面熱流密度，然后將所得結(jié)果改寫成牛頓冷卻定律的形式，獲得給熱系數(shù)的理論計(jì)算式。這是對流給熱過程的解析法。(比如：管內(nèi)強(qiáng)制層流)(2)數(shù)

57、學(xué)模型法 對給熱過程作出簡化的物理模型和數(shù)學(xué)描述，用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或修正模型，確定模型參數(shù)。 (比如：蒸汽管外冷凝)(3)因次分析法 將影響給熱的因素?zé)o因次化，通過實(shí)驗(yàn)決定無因次準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系。這是理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法，在對流給熱中廣為使用。 (常用)(4)實(shí)驗(yàn)法 對少數(shù)復(fù)雜的對流給熱過程適用 。(比如：沸騰給熱)4、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式 （二）對流傳熱4、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式 無相變化的對流傳熱過程，影響此過程的因素有： 流體的物理性質(zhì)： ，cp 固體表面的特征尺寸：l 強(qiáng)制對流的流速：u 自然對流的特征速度：gt （二）對流傳熱( , , ,)pf u lcgt 變量總數(shù)：8個(gè)基本因次4

58、個(gè)：長度l，時(shí)間T，質(zhì)量M，溫度根據(jù)定律，無量綱特征數(shù)（8-4）=4定律對于u個(gè)基本單位給出的q 個(gè)物理量，它們之間的關(guān)系可以通過 qu 個(gè)無量綱單位組合數(shù)組成一個(gè)函數(shù)式來進(jìn)行表達(dá)。4、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式 （二）對流傳熱( , , ,)pf u lcgt (,)Nuf Re Pr Gr或 32p2(,)cllug tlf努塞爾(Nusselt)數(shù)雷諾數(shù)(Reynolds)數(shù)普朗特(Prandtl)數(shù)格拉斯霍夫(Grashof)數(shù)采用無因次化方法可將上式轉(zhuǎn)化成無因次形式：（有量綱無量綱）4、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式 （二）對流傳熱cbaGrKNuPrRe lNu luRepcPr223tlgG

59、rReynolds，流動(dòng)型態(tài)型態(tài)對對流傳熱的影響Grashof，自然對流自然對流對對流傳熱的影響Nusselt，對流傳熱系數(shù)的特征數(shù)Prandtl，流體物性物性對對流傳熱的影響4、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式 （二）對流傳熱注：因次分析的結(jié)果無法得到最終的表達(dá)式，只能用實(shí)驗(yàn)的方法得到參數(shù)的具體值，也稱為半理論、半經(jīng)驗(yàn)的方法。一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr)簡化：強(qiáng)制對流 Nu=f (Re, Pr)使用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)注意：一般定性溫度的取法：（2）特性尺寸取對流動(dòng)與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱，平壁：l，圓管：d，非圓管：當(dāng)量直徑de122mttt2Wmtt膜溫（3）準(zhǔn)數(shù)關(guān)

60、聯(lián)式的適用范圍：能在實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)應(yīng)用，外推是不可靠的。（1）定性溫度：確定物性參數(shù)數(shù)值的溫度。4、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式 （二）對流傳熱高粘度流體：用壁溫作粘度定性溫度冷凝傳熱：潤濕周邊流動(dòng)截面積4ed5、流體無相變時(shí)的對流傳熱 （二）對流傳熱（1）流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱 圓形直管強(qiáng)制對流時(shí)的對流傳熱系數(shù)0.80.023RePrnNu 0.80.023()()pncdud或5、流體無相變時(shí)的對流傳熱 （二）對流傳熱a 、低黏度流體強(qiáng)制湍流： 、特征尺寸：管內(nèi)徑di221tttm 、定性溫度：強(qiáng)化措施： u,u0.8 d, 1/d0.2 流體物性的影響：選大的流體 8 . 018 . 02 .