化工原理第四節(jié)課件

1、第四章 傳熱14.1 概述4.1.1 傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用4.1.2 傳熱的三種基本方式4.1.3 冷熱流體的接觸方式4.1.4 熱載體及其選擇4.1.5 間壁式換熱器的傳熱過程24.1.1 傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用加熱或冷卻換熱 保溫 強化傳熱過程 削弱傳熱過程 34.1.2 傳熱的三種基本方式 一、熱傳導(dǎo) 熱量從物體內(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。 特點：沒有物質(zhì)的宏觀位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動。氣體 分子做不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果固體 導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運動 非導(dǎo)電體：原子或分子通過晶格

2、結(jié)構(gòu)的振動來實現(xiàn)的液體 機理復(fù)雜4 二、對流流體內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程。 三、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 強制對流 能量轉(zhuǎn)移、能量形式的轉(zhuǎn)化 不需要任何物質(zhì)作媒介 54.1.3 冷熱流體的接觸方式一、直接接觸式板式塔6 二、蓄熱式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較簡單耐高溫缺點：設(shè)備體積大有一定程度的混合低溫流體高溫流體7三、間壁式 傳熱面為內(nèi)管壁的表面積 套管換熱器冷流體t1t2熱流體T1T28列管換熱器傳熱面為殼內(nèi)所有管束壁的表面積 熱流體T1T2冷流體t1t294.1.4 熱載體及其選擇 物料在換熱器內(nèi)加熱或冷卻時，通常需要另一種流體供給或取走熱量，這種流體稱作

3、載熱體。選擇載熱體時必須考慮以下原則：載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制；載熱體的飽和蒸汽壓較低，加熱時不易分解；載熱體的毒性小、不易燃、易爆，不易腐蝕設(shè)備；價格便宜，來源容易；10加熱劑：熱水、飽和水蒸氣、礦物油或聯(lián)苯等低熔混合物、煙道氣等 若所需的加熱溫度很高則需采用電加熱冷卻劑：水、空氣、冷凍鹽水、液氨等 冷卻溫度30C 水 加熱溫度180C 飽和水蒸氣11熱負荷Q：工藝要求，同種流體需要溫升或溫降時，吸收或放出的熱量，單位 J/s或W。傳熱速率Q：熱流量，單位時間內(nèi)通過換熱器的整個傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位 J/s或W。熱流密度q：熱通量，單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位 J/(s. m2)

4、或W/m2。4.1.5 間壁式換熱器的傳熱過程一、基本概念12非穩(wěn)態(tài)傳熱 二、穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱 穩(wěn)態(tài)傳熱：輸入能量等于輸出能量的傳熱過程 式中 A總傳熱面積，m2。13三、冷熱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14式中 K總傳熱系數(shù)，W/(m2)或W/(m2K)； Q傳熱速率，W或J/s； A總傳熱面積，m2； tm兩流體的平均溫差，或K。 總傳熱速率方程：穩(wěn)態(tài)傳熱：154.2 熱傳導(dǎo)4.2.1 有關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念4.2.2 傅立葉定律4.2.3 導(dǎo)熱系數(shù)4.2.4 通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)4.2.5 通過圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)164.2.1 有關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念式中

5、t 某點的溫度，； x,y,z 某點的坐標； 時間。溫度場：某時刻，物體或空間各點的溫度分布總和。 (1)溫度場和等溫面17不穩(wěn)定溫度場 穩(wěn)定溫度場 等溫面：在同一時刻下，溫度場中相同溫度各點所組成的面積為等溫面。等溫面上溫度處處相等，無熱量傳遞。不同溫度的等溫面不相交。t1t2t1t2等溫面Q18(2)溫度梯度 將與t相鄰等溫面之間的溫差t，與兩面間的垂直距離x之比值的極限稱為溫度梯度。t+tt-ttnQdA 溫度梯度是一個點的概念。 溫度梯度是一個向量。 方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增的方向為正 一維穩(wěn)定熱傳導(dǎo)194.2.2 傅立葉定律 表示通過等溫表面的導(dǎo)熱速率與溫度梯度及傳熱面積成

6、正比。即：式中 dQ 熱傳導(dǎo)速率，W或J/s； dA 導(dǎo)熱面積，m2； t/x 溫度梯度，/m或K/m； 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)或W/(mK)。20 負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 用熱通量來表示 對一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 21(2) 是分子微觀運動的宏觀表現(xiàn)。4.2.3 導(dǎo)熱系數(shù) (1) 在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。 = f(結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）(3) 各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)金屬固體 非金屬固體 液體 氣體 22在一定溫度范圍內(nèi)：式中 0, 0, t時的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)； a 溫度系數(shù)。 對大多數(shù)金屬材料a 0 ， t 1)固體

7、金屬：純金屬 合金 非金屬：同樣溫度下，越大， 越大。232)液體 金屬液體較高，非金屬液體低，水的最大。 t （除水和甘油）3)氣體 一般來說，純液體的大于溶液 t 氣體不利用導(dǎo)熱，但可用來保溫或隔熱。24 4.2.4 通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 一、 通過單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 假設(shè)：(1) A大，b?。?2) 材料均勻；(3)溫度僅沿x變化，且不隨時間變化。t1t2btxdxQxQx+dx25取dx的薄層，作熱量衡算： 對于穩(wěn)定溫度場 傅立葉定律： 邊界條件為： 26得： 設(shè)不隨t而變 式中Q 熱流量或傳熱速率，W或J/s； A 平壁的面積，m2； b 平壁的厚度，m； 平壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m

8、)或W/(mK)； t1,t2 平壁兩側(cè)的溫度，。27討論： 2分析平壁內(nèi)的溫度分布上限由1可表示為推動力：熱阻：為28 不隨t變化， tx成呈線形關(guān)系。3當(dāng)隨t變化時若隨t變化關(guān)系為：則tx呈拋物線關(guān)系。 如：1t1，2t229例題41 平壁厚度b為500mm，內(nèi)表面溫度t1=900，外表面溫度t2=250，導(dǎo)熱系數(shù)=1.0(1+0.001t)W/(m.)。若將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量（取平均導(dǎo)熱系數(shù)）和變量計算，試求導(dǎo)熱熱通量和平壁內(nèi)的溫度分布。30 二、 通過多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 假設(shè)：(1) A大，b小；(2) 材料均勻；(3) 溫度僅沿x變化，且不隨時間變化。(4) 各層接觸良好，接觸面兩

9、側(cè)溫度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t331推廣至n層： 32三、各層的溫差 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。t1t2t3t431233例題4-2 有一燃燒平壁爐，壁爐由三種材料組成。最內(nèi)層為耐火磚，其厚度為150mm，導(dǎo)熱系數(shù)可取為1.05W/(m. )；中間層為保溫磚，厚度為290mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.15 W/(m. ) ；最外層為普通磚，其厚度為228mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.81W/(m. ) 。現(xiàn)測得爐內(nèi)外壁表面溫度分別為1016和34 ，試求單位面積的熱損失和各層間接觸界面的溫度。假設(shè)各層接觸良好。34 4.2.5 通過圓筒壁

10、的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 一、 通過單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 假定：(1) 穩(wěn)定溫度場；(2) 一維溫度場。35取dr同心薄層圓筒，作熱量衡算：對于穩(wěn)定溫度場 傅立葉定律 36邊界條件 得：設(shè)不隨t而變 式中Q 熱流量或傳熱速率，W或J/s； 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)或W/(mK)； t1,t2 圓筒壁兩側(cè)的溫度，； r1,r2 圓筒壁內(nèi)外半徑，m。37討論：1上式可以為寫 對數(shù)平均面積382 3圓筒壁內(nèi)的溫度分布上限從改為tr成對數(shù)曲線變化(假設(shè)不隨t變化)4平壁：各處的Q和q均相等； 圓筒壁：不同半徑r處Q相等，但q卻不等。39例題4-3 外徑為120mm的蒸汽管道，其外包扎一層厚度為400mm的保溫層，保

11、溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)取為0.6W/(m. ) 。若蒸汽管道的外表面溫度為180，保溫層的外表面溫度為40，試求每米管長的熱損失及保溫層中的溫度分布關(guān)系式。40 二、通過多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)41對于n層圓筒壁： 式中 q1, q2, q3分別為半徑r1, r2, r3處的熱通量。42 例題4-4 內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的鋼管，其1 為20 W/m ，其外包扎一層厚度為30mm，2為0.2 W/m 的保溫材料，若鋼管內(nèi)表面溫度為580,保溫層外表面溫度為80,試求:(1)每米管長的熱損失;(2)保溫層中的溫度分布。43例題4-5 有一蒸汽管道，外徑為25mm，管外包有兩層保溫材料，每層材料

12、均厚25mm，外層保溫材料與內(nèi)層材料導(dǎo)熱系數(shù)之比2/1=5，此時單位時間的熱損失為Q；現(xiàn)工況將兩層材料互換，且設(shè)管外壁與保溫層外表面的溫度t1、t3不變，則此時熱損失為Q，求Q/Q=？444.3 對流傳熱4.3.1 對流傳熱過程分析4.3.2 對流傳熱速率4.3.3 影響對流傳熱系數(shù)的因素4.3.4 對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式的建立4.3.5 無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式4.3.6 有相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式453.3.1 對流傳熱過程分析dA t2G1，T1G2，t1 T2463.3.2 對流傳熱速率牛頓冷卻定律流體被冷卻：式中 Q 對流傳熱速率，W； 對流傳熱系數(shù)，W/(m2)； A

13、 傳熱面積，m2。47式中 t總有效膜厚度； e湍流區(qū)虛擬膜厚度； 層流底層膜厚度。下面來推導(dǎo)牛頓冷卻定律建立膜模型：流體被冷卻：TTWttWt481. 牛頓冷卻定律是一種推論，假設(shè)Qt。 2. 復(fù)雜問題簡單化表示。 推動力：阻力：494.3.3 影響對流傳熱系數(shù)的因素1.引起流動的原因自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。強制對流：由于外力和壓差而引起的流動。 強 自 2.流體的物性 ，cp 505. 是否發(fā)生相變 蒸汽冷凝、液體沸騰 相變 無相變4. 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

14、垂直放置還是水平放置。3.流動形態(tài) 層流、湍流 湍 層 514.3.4 對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式的建立一、量綱分析 式中 l特性尺寸； u特征流速?；玖烤V：長度L，時間 ，質(zhì)量M，溫度T變量總數(shù)：8個由定律（8-4）=4，可知有4個無因次數(shù)群。f(u，l，cp，gt)52 Nusselt待定準數(shù)Reynolds，流動型態(tài)對對流傳熱的影響Prandtl，流體物性對對流傳熱的影響Grashof，自然對流對對流傳熱的影響53二、實驗安排及結(jié)果整理以強制湍流為例：NuCReaPrk1采用不同Pr的流體，固定Re lgNuklgPrlgCRea雙對數(shù)坐標系得一直線，斜率為k2不同Pr的流體在不同的Re下

15、 lgNu/PrkalgRelgC雙對數(shù)坐標系中得一直線 斜率為a，截距為CPrNukReNu/PrkCa54定性溫度的取法：三、定性溫度、特性尺寸的確定2特性尺寸 取對流動與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。3準數(shù)關(guān)聯(lián)式的適用范圍。1確定物性參數(shù)數(shù)值的溫度稱為定性溫度。55一、流體在管內(nèi)的強制對流適用范圍： Re10000，0.7Pr120，604.3.5 無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式1圓形直管內(nèi)的湍流低黏度（大約低于2倍常溫水的黏度）可應(yīng)用迪特斯和貝爾特關(guān)聯(lián)式56 特征尺寸為管內(nèi)徑di 流體被加熱時，k0.4；被冷卻時，k0.3。注意事項： 定性溫度取57強化措施： u,u0.8 d, 1

16、/d0.2 流體物性的影響，選大的流體 58以下是對上面的公式進行修正： 高粘度 西德爾和塔特關(guān)聯(lián)式 Re10000，0.7Pr60定性溫度取tm；特征尺寸為di59(2) l/d60 (3) 過渡流（2000Re10000) (4) 彎曲管內(nèi) 604-6 常壓下空氣在管長為4m、管徑為60mm3.5mm的鋼管中流動，流速為15m/s，溫度由150升至250 。試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。61特點：1）物性特別是粘度受管內(nèi)溫度不均勻性的 影響，導(dǎo)致速度分布受熱流方向影響。 2）層流的對流傳熱系數(shù)受自然對流影響嚴 重使得對流傳熱系數(shù)提高。 3）層流要求的進口段長度長，實際進口段 小時，對流傳熱

17、系數(shù)提高。 2. 圓形管內(nèi)強制層流62熱流方向?qū)恿魉俣确植嫉挠绊?3適用范圍：當(dāng)：定性溫度：644-7 機油在內(nèi)徑為10mm、長度為7.7m的管內(nèi)流動，流速為0.31m/s，油的溫度從90 冷卻到70 ，管內(nèi)壁面溫度為20 ，試求流體與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。653 直管內(nèi)過渡流時的對流傳熱系數(shù) 當(dāng)Re=230010000時為過渡流，用湍流公式計算出值后，再乘以校正系數(shù)f。 664 非圓形管內(nèi)強制湍流1) 當(dāng)量直徑法2) 直接實驗法套管環(huán)隙 : 水-空氣系統(tǒng)適用范圍： 12000Re膜 77膜狀冷凝： 一旦形成液膜，蒸汽的冷凝只能在液膜的表面上進行，即蒸汽冷凝時放出的潛熱，必須通過液膜后才能

18、傳給冷壁面。所以冷凝膜成為膜狀冷凝的主要熱阻。滴狀冷凝： 在滴狀冷凝時，壁面大部分的面積暴露在蒸汽中，可供蒸汽冷凝。由于沒有液膜阻礙熱流，其傳熱系數(shù)比膜狀冷凝可高幾倍或十幾倍。782. 冷凝過程的熱阻：液膜的厚度3. 蒸汽冷凝的1）水平管束外式中 n水平管束在垂直列上的管子數(shù)； r汽化潛熱（ts下），J/kg。特性尺寸l：管外徑do定性溫度：膜溫 79湍流2）豎壁或豎管上的冷凝層流適用條件：Re1800特性尺寸l：管或板高H定性溫度：膜溫 804冷凝傳熱的影響因素和強化措施1) 流體物性 冷凝液 , ；冷凝液,；潛熱r , 2) 溫差 液膜層流流動時，t=tstW，,3) 不凝氣體 不凝氣體存

19、在，導(dǎo)致 ，定期排放。4）蒸汽流速與流向 （u10m/s ） 同向時， ；反向時， ； u 815) 蒸汽過熱 包括冷卻和冷凝兩個過程。6) 冷凝面的形狀和位置 目的：減少冷凝液膜的厚度 垂直板或管：開縱向溝槽；水平管束：可采用錯列82沸騰種類 1）大容積沸騰 2）管內(nèi)沸騰 1. 汽泡產(chǎn)生的條件問題：為什么汽泡只在加熱面?zhèn)€別地方產(chǎn)生？過熱度：t=tWts 汽化核心：一般為粗糙加熱面的細小凹縫處汽化核心生成汽泡長大脫離壁面新汽泡形成攪動液層 二、 液體沸騰832. 沸騰曲線 1）自然對流階段 t t5C3）不穩(wěn)定膜狀沸騰 25C t工業(yè)上：核狀沸騰4）穩(wěn)定膜狀沸騰 250C t25C 優(yōu)點：大，

20、tW小843、沸騰傳熱的影響因素及強化措施1）液體的性質(zhì) 強化措施：加表面活性劑（乙醇、丙酮等）2）溫差 在核狀沸騰階段溫差提高， 3）操作壓強854）加熱面 新的、潔凈的、粗糙的加熱面，大 強化措施：將表面腐蝕，燒結(jié)金屬粒86 例題4.3.1 一套管式換熱器，由內(nèi)管為252.5mm的無縫鋼管，苯在管內(nèi)流動，由20加熱到80 ，苯的流量為8.32kg/s，外殼中通入水蒸氣進行加熱，求：（1）管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；（2）管子換為192mm，管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；（3）當(dāng)苯的流量提高一倍，對流傳熱系數(shù)變化如何？已知：苯的物性874.4 傳熱過程的計算4.4.1 總傳熱系數(shù)和總傳熱速率4.4.2

21、 熱量衡算和傳熱速率方程間的關(guān)系4.4.3 傳熱平均溫度差4.4.4 壁溫的計算4.4.5 傳熱效率傳熱單元數(shù)法4.4.6 傳熱計算示例884.4.1 總傳熱系數(shù)和總傳熱速率方程dA t2q1，T1q2，t1 T289熱流體 固體壁面一側(cè)固體壁面一側(cè) 另一側(cè)固體壁面另一側(cè) 冷流體twTw對流對流導(dǎo)熱冷流體熱流體tTQ90（3）管內(nèi)對流（1）管外對流（2）管壁熱傳導(dǎo)對于穩(wěn)定傳熱 91式中 K總傳熱系數(shù)，W/(m2K)。92討論：1當(dāng)傳熱面為平面時，dA=dA1=dA2=dAm2以外表面為基準(dA=dA1): 93式中 K1以換熱管的外表面為基準的總傳熱系數(shù)； dm換熱管的對數(shù)平均直徑。以壁表面

22、為基準：以內(nèi)表面為基準：近似用平壁計算9431/K值的物理意義 95例題4-9 一空氣冷卻器，空氣在管外橫向流過，0=80W/(m2.K)，冷卻水在管內(nèi)流過， 1=5000W/(m2.K)，冷卻管為252.5（mm）的鋼管，其=45W/(m.K)。求（1） 該狀況下的傳熱系數(shù)。（2）若將管外對流傳熱系數(shù)0提高一倍，其它條件不變，傳熱系數(shù)有何變化？（3）若將1提高一倍，其它條件同（1），傳熱系數(shù)又如何變化？96 二、總傳熱速率方程式中 K平均總傳熱系數(shù)； tm平均溫度差。 總傳熱速率方程（1）求K平均值。（2）熱量衡算式與傳熱速率方程間的關(guān)系。（3）tm的求解。97三、污垢熱阻 式中 R1、R2

23、傳熱面兩側(cè)的污垢熱阻，m2K/W。984.4.2 熱量衡算和傳熱速率方程間的關(guān)系無熱損失：熱流體q1, T1,cp1,H1q2,T2, cp2, H2冷流體q2, t1,cp2,h1t2 h299無相變時 熱量衡算：式中 Q 熱冷流體放出或吸收的熱量，J/s； q1,q2熱冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； cp1,cp2 熱冷流體的比熱容， J/(s. ) ； h1,h2 冷流體的進出口焓，J/kg； H1,H2 熱流體的進出口焓， J/kg 。100相變時 熱量衡算：式中 r 熱流體的汽化潛熱，kJ/kg； TS 熱流體的飽和溫度，。傳熱計算的出發(fā)點和核心：101例題4-10（課本P155） 試

24、計算壓力為150kPa，流量為1500kg/h的飽和水蒸氣冷凝后并降溫到50時放出的熱量。102一、恒溫傳熱二、變溫傳熱t(yī)m與流體流向有關(guān)4.4.3. 傳熱平均溫度差逆流并流錯流折流1031、逆流和并流時的tmt2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1 t2tAt1T2T1逆流并流104以逆流為例推導(dǎo)假設(shè)：1）定態(tài)傳熱、定態(tài)流動，q1、 q2一定 2）cp1、cp2為常數(shù)，為進出口平均溫度下的3）K沿管長不變化。4）熱損失忽略不計。105dA t2q1，T1q2，t1 T2106T2t1t2T1dTdtdQQtt2t1Tt1071）也適用于并流 T2t1t2T1At2t11082）

25、較大溫差記為t1，較小溫差記為t2；3）當(dāng)t1/t22，則可用算術(shù)平均值代替4）當(dāng)t1t2109例題4-11 在一單殼程單管程無折流擋板的列管式換熱器中，用冷卻水把熱流體由100冷卻到40 ，冷卻水進口溫度為15 ，出口溫度為30 ，試求在這種溫度條件下，逆流和并流時的平均溫差。110：逆流時的平均溫度差2、錯流、折流時的111例題4-12（課本P159） 換熱器殼程的熱流體進、出口溫度分別是120和75 ，管程冷流體進、出口溫度為20 和50 。試求單殼程、雙管程的列管式換熱器的平均溫度差。1124.4.4 壁溫的計算穩(wěn)態(tài)傳熱 1大，即b/Am小，熱阻小，tW=TW113TW接近于T，即大熱

26、阻小一側(cè)流體的溫度。 3兩側(cè)有污垢 2當(dāng)tW=TW，得 114例題（課本P166）115一、傳熱效率4.4.5 傳熱效率傳熱單元數(shù)法傳熱效率只是說明流體可用熱量被利用的程度和計算傳熱的一種手段，不能說明換熱器在經(jīng)濟上的優(yōu)劣。116最大可能傳熱速率：換熱器中可能發(fā)生最大溫差變化的傳熱速率。 理論上最大的溫差：熱容流量：qcp117 由熱量衡算得最小值流體可獲得較大的溫度變化最小值流體：熱容流量最小的流體為最小值流體。118若已知換熱器的傳熱效率，就可以根據(jù)兩流體的進出口溫度確定換熱器的傳熱量，119二、傳熱單元數(shù)120傳熱單元數(shù)：傳熱單元數(shù)：熱流體溫度的變化相當(dāng)于 平均溫度差的倍數(shù)。同理：121

27、傳熱單元數(shù)的意義：對于已知的換熱器和用它處理的物料而言，它表示該換熱器的換熱能力的大小，K與A大，表示換熱器的換熱能力大。對于已知流體的換熱要求而言，它表示換熱要求的高低與換熱的難易程度。換熱要求高，即流體的進出口溫差大。傳熱的推動力小，則換熱需要的傳熱單元數(shù)大。122三、傳熱效率與傳熱單元數(shù)的關(guān)系根據(jù)熱量衡算和傳熱速率方程導(dǎo)出：逆流：并流：123逆流：并流：124例題4-13 一生產(chǎn)過程中需要冷卻水將油從100 冷卻到70 ，油的流量為8000kg/h，水的初溫為20 ，流量為2000kg/h?，F(xiàn)有一傳熱面積為12m2的套管式換熱器，問 在下列兩種流動型式下（1）兩流體呈逆流流動；（2）兩流

28、體呈并流流動。該換熱器能否滿足要求，并說明油的實際出口溫度和冷卻水的出口溫度為多少？（假設(shè)：換熱器的傳熱系數(shù)在兩種情況下相同，K=300W/（m2.K）,熱損失忽略不計。）125總 結(jié)換熱器傳熱計算的4個關(guān)系式：傳熱基本方程：熱量衡算方程：傳熱平均溫差計算式：傳熱系數(shù)計算式：1264.5 換熱器4.5.1 換熱器的分類4.5.2 間壁式換熱器的類型4.5.3 列管換熱器的選用4.5.4 傳熱的強化措施4.5.5 新型的換熱設(shè)備1274.5.1 換熱器的分類按用途分類： 加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器按冷熱流體熱量交換方式分類：混合式、蓄熱式和間壁式主要內(nèi)容：1. 根據(jù)工藝要求，選擇適當(dāng)

29、的換熱器類型；2. 通過計算選擇合適的換熱器規(guī)格。1284.5.2 間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器129一、管式換熱器1、蛇管換熱器（1）. 沉浸式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，便于防腐蝕，能承受高壓。缺點：管外流體的較小。強化措施：可減少管外空間；容器內(nèi)加攪拌器。130（2）. 噴淋式131 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；便于防腐蝕；管內(nèi)能耐高壓；管外 比沉浸式大。 缺點：冷卻水噴淋不均勻影響傳熱效果；只能安裝在室外，占地面積大。 1322、套管式換熱器優(yōu)點：構(gòu)造簡單，能耐高壓；傳熱面積可以自由增減；能達到嚴格逆流。缺點：管間接頭多，易發(fā)生泄漏。單位長度傳熱面積較小。1333、列管換熱器134圓缺形圓盤形多

30、管程：增大管內(nèi)流體u，提高管內(nèi)的加擋板：增大殼程流體的湍動，提高殼程的1354、管殼式換熱器特點：單位體積的傳熱面積較大，傳熱效果較好。結(jié)構(gòu)簡單，制造材料范圍廣泛，操作彈性大。由于流體溫度不同，管束和殼體的溫度也不同，熱膨脹程度也有差別。136（1）. 固定管板式特點：結(jié)構(gòu)簡單；但殼程檢修和清洗困難。殼內(nèi)流體應(yīng)是較清潔，不易結(jié)垢的物料。137（2）. 浮頭式特點：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜138（3）. U型管式特點：結(jié)構(gòu)較浮頭簡單；但管程不易清洗。1394.5.3 列管換熱器的選用1. 根據(jù)工藝任務(wù)，計算熱負荷2. 計算tm3. 依據(jù)經(jīng)驗選取K，估算A4. 確定冷熱流體流經(jīng)

31、管程或殼程，選定u 先按單殼程多管程的計算，如果0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)； 由u和V估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的A，估算管子長度，再由系列標準選適當(dāng)型號的換熱器。1405. 核算K 分別計算管程和殼程的，確定垢阻，求出K，并與估算的K進行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。6. 計算A 根據(jù)計算的K和tm，計算A，并與選定的換熱器A相比，應(yīng)有10%25%的裕量。141選用換熱器中的有關(guān)問題：(1) 流體流經(jīng)管程或殼程的選擇管程：不清潔或易結(jié)垢、腐蝕性、壓力高的流體。殼程：飽和蒸汽、需要冷卻、粘度大或流量小的流體。原則：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，清洗方便(2) 流體uuK，在同Q、tm下A，節(jié)省

32、設(shè)備費；uHf ，操作費用增加；u選擇是經(jīng)濟上權(quán)衡的問題，但要避免層流流動 。142(3) 換熱器中管子的規(guī)格和排列方式管子的規(guī)格：192mm和252.5mm 管長：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：正三角形正方形直列正方形錯列1434.5.4 傳熱過程的強化途徑一、增大tm 提高加熱劑T1的溫度或降低冷卻劑t1的溫度 兩側(cè)變溫情況下，盡量采用逆流流動為了增強傳熱效率，可采取tm、A/V、K。二、增大A/V 直接接觸傳熱，可增大A 和湍動程度，使Q144 采用高效新型換熱器改進傳熱面結(jié)構(gòu)入手來增大A 和湍動程度，使Q(a)光直翅片 (b)鋸齒翅片 (c)多孔翅片145三、增大K盡可能利用有相變的熱載體（大）用大的熱載體，如液體金屬Na等減小金屬壁、污垢及兩側(cè)流體熱阻中較大者的熱阻提高較小一側(cè)有效 提高的方法(無相變)： 增大流速 管內(nèi)加擾流元件 改變傳熱面形狀和增加粗糙度1464.5.5 新型的換熱器一、平板式換熱器147148優(yōu)點：傳熱效率高，K大結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，安裝檢修方便缺點：耐溫、耐壓差易滲漏，