換熱器工作原理講解

11換熱器工作原理講解換熱器的工作原理換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器，在一個大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過。讓熱水從管道內(nèi)流過。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水。一、傳熱:即熱量的傳遞，是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象。凡是有溫度差存在的物系之間，就會導(dǎo)致熱量從高溫處向低溫處的傳遞的傳熱過程。解決傳熱問題，都需要從總的傳熱速率方程出發(fā)，即：式中:Q—冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W;K--傳熱系數(shù)，A—傳熱面積，；--平均傳熱溫差，？傳熱的基本方式根據(jù)熱量傳遞機理的不同，傳熱基本方式有三種，即熱傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳導(dǎo):熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。?對流傳熱:對流傳熱是依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。在化工生產(chǎn)中的對流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時的熱量傳遞。?輻射傳熱:又稱為熱輻射，是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，當遇到另一物體時，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮?。作為換熱設(shè)備，我們主要關(guān)心的熱傳導(dǎo)和對流傳熱。對流傳熱大多是指流體與固體壁面之間的傳熱，其傳熱速率與流體性質(zhì)及邊界層的狀況密切相關(guān)。如圖在靠近壁面處引起溫度的變化形成溫度邊界層。溫度差主要集中在層流底層中。假設(shè)流體與壁面的溫度差全部集中在厚度為51'的有效膜內(nèi)，該膜既不是熱邊界層，也非流動邊界層，而是一集中了全部傳熱溫差并以導(dǎo)熱方式傳熱的虛擬膜。對流傳熱速率方程可用牛頓冷卻定律來描述，該定律是一個實驗定律:對兩側(cè)流體，均可使用牛頓冷卻定律，即：Q=aAAt式中:Q——對流傳熱的熱流量，W;A——對流傳熱面積，m2;At――壁面溫度與壁面法向上流體的平均溫度之差，K;a----比例系數(shù)，稱為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m?.K)二、對流傳熱對流傳熱大多是指流體與固體壁面之間的傳熱，其傳熱速率與流體性質(zhì)及邊界層的狀況密切相關(guān)。如圖在靠近壁面處引起溫度的變化形成溫度邊界層。溫度差主要集中在層流底層中。假設(shè)流體與壁面的溫度差全部集中在厚度為51'的有效膜內(nèi)，該膜既不是熱邊界層，也非流動邊界層，而是一集中了全部傳熱溫差并以導(dǎo)熱方式傳熱的虛擬膜。對流傳熱速率方程可用牛頓冷卻定律來描述，該定律是一個實驗定律:對兩側(cè)流體，均可使用牛頓冷卻定律，即：Q=aAAt式中:Q——對流傳熱的熱流量，W;A——對流傳熱面積，m2;At――壁面溫度與壁面法向上流體的平均溫度之差，K;a----比例系數(shù)，稱為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m?.K)對流傳熱過程的計算，歸結(jié)為如何獲取。一般由實驗測定，采用科學的試驗方法。三、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素流動狀態(tài)的影響層流底層薄，動力消耗大。強制對流和自然對流的影響強制對流:外部機械作功，一般u較大，故較大。自然對流:依靠流體自身密度差造成的循環(huán)過程，一般u較小，也較小。流體物性的影響的影響：的影響：的影響：單位體積流體的熱容量大，則較大的影響:定性溫度:各種表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)所用數(shù)據(jù)的特征溫度。傳熱面條件的影響不同的壁面形狀、尺寸影響流型;會造成邊界層分離，產(chǎn)生旋渦，增加湍動，使增大。定型尺寸：對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有決定性影響的特征尺寸。相變化的影響一般情況下，有相變化時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大，機理各不相同，復(fù)雜。四、特征數(shù)的物理意義努塞爾數(shù)=壁面溫度梯度/平均溫度梯度稱為無因次溫度梯度。平均溫度梯度一定，壁面溫度梯度越大，Nu越大，越大,有效膜越薄。按熱邊界層理論，壁面溫度梯度恒大于平均溫度梯度,所以,努塞爾數(shù)恒大于1。雷諾數(shù)慣性力和粘滯力的比值，反映流動狀態(tài)對的影響。普蘭特數(shù)v---動量擴散系數(shù)a-—熱擴散系數(shù)該公式反映了熱擴散和動量擴散的相互關(guān)系。反映流動邊界層厚度和熱邊界層厚度的相對厚度。格拉曉夫數(shù)（又稱升浮力數(shù)）反映自然對流程度的特征數(shù)。特征數(shù)對流傳熱的分類:無相變化傳熱:強