傳熱過程與換熱器熱計(jì)算基礎(chǔ)ppt課件

1、傳熱過程和換熱器熱計(jì)算基礎(chǔ)傳熱過程和換熱器熱計(jì)算基礎(chǔ) （一）（一） 傳熱過程傳熱過程 復(fù)合換熱：兩種或兩種以上的基本換熱方式同時(shí)起作用換熱過程。 Eg：室內(nèi)散熱器：對流輻射 定義：熱量從較高溫度的流體，經(jīng)過固體壁面?zhèn)鬟f給另一側(cè)溫度較低的流體，這個(gè)過程稱為傳熱過程。一、通過平壁和圓筒壁的傳熱過程 在穩(wěn)定的傳熱過程中，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量與固體壁面兩側(cè)熱、冷流體的溫度差成正比，即 tRttttkqf2f1f2f1f2f1,tt分別是熱流體的冷流體的溫度（）；k傳熱過程的傳熱系數(shù)W/(m2)；kRt1傳熱過程的總熱阻(m2) / W。 hhhct式中： th復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2)

2、； ch對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2)； 輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2)； h 復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：wf4w4f0100100TTTTChsswfTT，系統(tǒng)的發(fā)射率黑度）；分別是流體和壁面的絕對溫度。 1、平壁的傳熱)()()(f2w22W2w1W1f11ttAhttAttAh2f2w2W2w1W1f1/AhttAttAhtttKAhhttA21f2f1/1/1)(k傳熱系數(shù)W/(m2k)；是表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的物理量。krhhK1/1/1121tKhhttAq21f2f1/1/1)(傳熱方程： 表面?zhèn)鳠釤嶙瑁?2111121hhRRRkrhhk(m2) / W 熱流密度： 21f2f

3、1f2f111hhttRttqt多層平壁的傳熱： 211111hhkRniiit211f2f111hhttqniii 二、圓筒壁的傳熱2212111ln2111dhdddhkRltllllRttKdhdddhttq221211f2f11ln211每米長圓筒壁的總傳熱熱阻熱阻： 熱流密度： 1211111ln2111niiniiltldhdddhkR121111f2f1f2f1f2f11ln211niiniitllldhdddhttRttttkq每米長多層圓筒壁的總傳熱熱阻：其熱流量： 【例【例1】已知墻厚】已知墻厚200mm；室內(nèi)空氣溫度為；室內(nèi)空氣溫度為20，室，室外空氣的溫度為外空氣的溫度

4、為10；磚墻導(dǎo)熱系數(shù)；磚墻導(dǎo)熱系數(shù)1h2h0.95 W/(m2)；室內(nèi)空氣對墻面的對流表面?zhèn)鳠? W/(m2)，室外空氣的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)22 W/(m2)。試求室內(nèi)外空氣通過單位面積系數(shù)磚墻傳遞的熱量和磚墻內(nèi)側(cè)的溫度?！揪毩?xí)題】一玻璃窗，尺寸為【練習(xí)題】一玻璃窗，尺寸為70cm45cm，厚，厚度為度為4mm。室內(nèi)、外溫度分別為：。室內(nèi)、外溫度分別為：20和和8；玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)；玻璃的導(dǎo)熱系數(shù) 0.95 W/(m)；內(nèi)；內(nèi)表面的強(qiáng)迫對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面的強(qiáng)迫對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1h10 W/(m2)，試求通過玻璃的熱損失。外表面的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)2h50 /(m2)。（二）（二） 傳熱的增強(qiáng)和減弱

5、傳熱的增強(qiáng)和減弱 一、強(qiáng)化傳熱 所謂強(qiáng)化傳熱：應(yīng)用傳熱學(xué)的基本原理去增強(qiáng)傳熱效果，除了增大傳熱面積和傳熱溫差，最本質(zhì)的是設(shè)法減小傳熱總熱阻、增大傳熱系數(shù)。因?yàn)閭鳠徇^程的總熱阻等于各局部熱阻之和，所以為了減小總熱阻首先就應(yīng)減小局部熱阻中最大的。 1h2h例如：兩側(cè)分別為蒸汽和空氣的金屬管壁，若空氣側(cè)的換熱系數(shù) 30 W/(m2)，蒸汽冷凝側(cè)的換熱系數(shù)5000 W/(m2)。一般金屬管壁的導(dǎo)熱系數(shù)較大，管壁較薄，所以管壁熱阻?？珊雎浴４藭r(shí)傳熱系數(shù)： KmWKmWKmW22282.29500013011222hh KmWk291.29112hh KmWk229.59：21111hhk二、肋強(qiáng)化傳熱

6、在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的一側(cè)采用肋壁是一種行之有效的提高傳熱效果的方法。 肋壁就是在壁的光面上增加一些延伸的肋片。 內(nèi)側(cè)光壁表面積：A1，w1t 222 AAA加肋側(cè)外壁表面積:溫度w2t肋基溫度)(w2w2ttf2222ttAhw肋面平均溫度肋片實(shí)際散熱量：f2222ttAhwf22f2f2222f22222ttttttAhttAhwwww理想散熱量實(shí)際散熱量肋處于肋基溫度下的理想散熱量：肋片效率：022111f2f111AhAAhtt2220 AAA通過肋壁的傳熱量：式中：（肋面總效率肋壁效率。 0211111hhk12AA021h11 h以光側(cè)表面為基準(zhǔn)的肋壁傳熱系數(shù)：式中：肋化系數(shù)，是加肋

7、后的總的選擇應(yīng)使接近為宜。 表面積與該側(cè)未加肋時(shí)的表面積之比。普通 1加大傳熱溫差 2） 減小換熱面熱阻：在熱阻大的一側(cè)強(qiáng)化 減小導(dǎo)熱熱阻方法：定期吹灰和清洗換熱面 清除污垢、水垢、油垢 減小對流換熱熱阻：加肋、增加流速、 增加流體擾動(dòng) 減小輻射熱阻：增加系統(tǒng)黑度，增加角系數(shù)、 提高輻射源溫度 kmmRttKAQ強(qiáng)化傳熱的措施：消弱傳熱的措施： 1減小傳熱溫差 2） 增大換熱面熱阻： 敷設(shè)保溫層 采用表面高反射率的材料，降低表面黑度， 減少輻射散熱 臨界熱絕熱緣直徑 限制、消弱傳熱措施：增大傳熱熱組 對于平壁：敷設(shè)、加厚熱絕緣層總會(huì)加大總傳熱熱阻。 對于管道： 32232121111ln21l

8、n2111dhdddddhkRltl2dcdcd1q2ins2hdc只有管道外徑起到減少單位管長熱損失的作用，把此直徑稱為臨界熱絕緣直徑，用表示?？捎汕蟮扔诹愣玫?，即cdd 2 （加絕熱層才能減少熱損） 超過某一值后包上熱絕緣層才能對熱絕緣層外徑的一階導(dǎo)數(shù)并令之2hins式中：管道熱絕緣層外表面對環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2K)；保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)。（三）（三） 換熱器的基本概念換熱器的基本概念 、概述和噴水式蒸汽減溫器混合式換熱器：除氧器器風(fēng)爐、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱回?zé)崾綋Q熱器：鋼廠熱、板式換熱器間壁式換熱器）：管式表面式換熱器( 根據(jù)作用原理分類：按流體流動(dòng)的方式：復(fù)雜流：其他流動(dòng)

9、方式反逆流：平行流動(dòng)方向相相同順流：平行流動(dòng)且方向minmaxminmaxlntttttm順流和逆流時(shí)： maxt),max(21maxttt換熱面兩端溫差中較大者, mint),min(21maxttt換熱面兩端溫差中較小者, minmaxtt2minmaxtttm； 2時(shí)， mtKAQ傳熱方程式：二、換熱器傳熱計(jì)算對數(shù)平均溫差mtminmaxminmaxlntttttmPR2122 ttttP2211 ttttR復(fù)雜流動(dòng)形式的換熱器，對數(shù)平均溫差：修正系數(shù)除與流動(dòng)方式有關(guān)外，還與輔助量與有關(guān),查表得到。冷流體加熱溫升/兩流體進(jìn)口溫差熱流體冷卻溫降/冷流體加熱溫升 三、污垢系數(shù)污垢熱阻：FF

10、導(dǎo)熱系數(shù)污垢的厚度Fr（一般查表得到）（m2/W）四、換熱器的熱計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算、校核計(jì)算常用方法：對數(shù)平均溫差法、效能傳熱單元法。) () (2222,1111 ,ttcqttcqpmpm1對數(shù)平均溫差法設(shè)計(jì)計(jì)算主要步驟（1根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的未知量及傳熱量（2選定流動(dòng)方式，由冷熱流體的進(jìn)、出口溫度確定對數(shù)平均溫差mt；kmtkA（3初步布置傳熱面，結(jié)合流體的質(zhì)量流量等求出兩側(cè)的換熱系數(shù)并計(jì)算出相應(yīng)的傳熱系數(shù)（4由傳熱方程式面積A與其他參數(shù)，與初始布置的面積A比較，若不相等重新布置換熱面；求出所需的換熱p則應(yīng)改變方案重新設(shè)計(jì)。（5計(jì)算換熱器的流動(dòng)阻力，若流阻過大，1 t2

11、 t) () (2222 ,1111 ,ttcqttcqpmpm2對數(shù)平均溫差法校核計(jì)算主要步驟（1假定一種流體的出口溫度（或）據(jù)熱平衡式溫度并計(jì)算傳熱兩，求出另一流體的出口（2根據(jù)熱交換器的流動(dòng)方式及冷、熱流體的進(jìn)、出口溫求得對數(shù)平均溫差mt； （3根據(jù)熱校核器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的表面換熱系數(shù)h和傳熱系數(shù)k；（4計(jì)算換熱量mtKAQ) () (2222 ,1111 ,ttcqttcqpmpm與14步驟，直到計(jì)算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)。計(jì)算比較，誤差5%，說明假定正確，否則，反復(fù)【例【例2】一臺(tái)逆流套管式換熱器，熱流體為】一臺(tái)逆流套管式換熱器，熱流體為120的的高壓熱水，流量為高壓熱水，流量

12、為12m3/h；冷流體為；冷流體為10的空氣，的空氣，流量流量18000 m3/h，經(jīng)過換熱器后被加熱到，經(jīng)過換熱器后被加熱到50。若。若總傳熱系數(shù)為總傳熱系數(shù)為60W/(m2)，試求所需的傳熱面積。，試求所需的傳熱面積。K)KJ/(kg007. 1kg/s293. 13600/18000) (221222ppcmttcmK)KJ/(kg18. 4kg/s10003600/12 ) (1111111ppcmtttcmmmtAt【練習(xí)【練習(xí)2】一臺(tái)逆流布置的換熱器，用熱水加】一臺(tái)逆流布置的換熱器，用熱水加熱空氣，每小時(shí)加熱空氣熱空氣，每小時(shí)加熱空氣1600kg，空氣溫度，空氣溫度從從20升高到升高到70，空氣定壓比熱，空氣定壓比熱1.005 KJ/(kg.k)。每小時(shí)使用。每小時(shí)使用105的熱水的熱水1050kg,水的定壓比熱水的定壓比熱4.187 KJ/(kg.k)。如果總傳熱系。如果總傳熱系數(shù)為數(shù)為46.5W/(m2)，試求所需的傳熱面積。，試求所需的傳熱面積?！揪毩?xí)【練習(xí)3】空氣冷卻器中用水冷卻空氣，每小】空氣冷卻器中用水冷卻空氣，每小時(shí)空氣量為時(shí)空氣量為7000kg，空氣加入溫度，空氣加入溫度100，