第4章 傳熱過程

1、4.1 4.1 化工生產(chǎn)中的傳熱過程及常見換熱器化工生產(chǎn)中的傳熱過程及常見換熱器 4.2 4.2 傳導(dǎo)傳熱傳導(dǎo)傳熱4.3 4.3 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱4.4 4.4 間壁式熱交換的計(jì)算間壁式熱交換的計(jì)算4.5 4.5 換熱器的選擇及傳熱過程的強(qiáng)化換熱器的選擇及傳熱過程的強(qiáng)化4.1 4.1 化工生產(chǎn)中的傳熱過程及常見換熱器化工生產(chǎn)中的傳熱過程及常見換熱器 4.1.1 4.1.1 化工生產(chǎn)中的傳熱過程化工生產(chǎn)中的傳熱過程 化學(xué)反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)過程中熱量的供給與移出；熱量的供給與移出；單元操作中單元操作中的的蒸發(fā)、精餾、干燥等過程也需要按一定速率供給熱量或蒸發(fā)、精餾、干燥等過程也需要按一定速率供給熱量

2、或移走熱量；設(shè)備和管道在高溫或低溫下運(yùn)行，盡量減少移走熱量；設(shè)備和管道在高溫或低溫下運(yùn)行，盡量減少它們與外界的傳熱，就需要它們與外界的傳熱，就需要保溫保溫。 系統(tǒng)內(nèi)由于溫度的差異使熱量從高溫向低溫轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)內(nèi)由于溫度的差異使熱量從高溫向低溫轉(zhuǎn)移的過程稱之為過程稱之為熱量傳遞過程熱量傳遞過程，簡稱傳熱過程。，簡稱傳熱過程。 傳熱過程的應(yīng)用傳熱過程的應(yīng)用加熱原料加熱原料：如原油加熱到：如原油加熱到270270左右進(jìn)入常壓爐；左右進(jìn)入常壓爐；冷卻產(chǎn)品冷卻產(chǎn)品：如汽、煤、柴油等產(chǎn)品的冷卻；：如汽、煤、柴油等產(chǎn)品的冷卻；余熱回收余熱回收：如煙道氣的余熱回收，廢熱鍋爐的應(yīng)用等；：如煙道氣的余熱回收，廢熱鍋

3、爐的應(yīng)用等；設(shè)備保溫：設(shè)備保溫：抑制傳熱抑制傳熱強(qiáng)化傳熱強(qiáng)化傳熱 工業(yè)上的傳熱過程中，冷流體和熱流體的接觸有三工業(yè)上的傳熱過程中，冷流體和熱流體的接觸有三種方式。種方式。 直接接觸式直接接觸式 在某些傳熱過程中，熱氣體的直接水冷在某些傳熱過程中，熱氣體的直接水冷卻及熱水的直接空氣冷卻等。這種方式傳熱面積大，設(shè)卻及熱水的直接空氣冷卻等。這種方式傳熱面積大，設(shè)備亦簡單。備亦簡單。 間壁式間壁式 在大多數(shù)情況下，工藝上不允許冷、熱流在大多數(shù)情況下，工藝上不允許冷、熱流體直接混合。往往是冷、熱流體用間壁隔開來，通過間體直接混合。往往是冷、熱流體用間壁隔開來，通過間壁進(jìn)行換熱。壁進(jìn)行換熱。 蓄熱式蓄熱式

4、 使熱流體流過換熱器，將器內(nèi)固體填充物加使熱流體流過換熱器，將器內(nèi)固體填充物加熱，然后停止熱流體，使冷流體流過蓄熱器內(nèi)已被熱流體熱，然后停止熱流體，使冷流體流過蓄熱器內(nèi)已被熱流體加熱的固體填充物，如此周而復(fù)始。加熱的固體填充物，如此周而復(fù)始。三種傳熱方式應(yīng)用舉例三種傳熱方式應(yīng)用舉例 化工生產(chǎn)對(duì)傳熱的要求有化工生產(chǎn)對(duì)傳熱的要求有兩類兩類，一是要求熱量的，一是要求熱量的傳傳遞速率要高遞速率要高，目的是增大設(shè)備的傳熱強(qiáng)度、提高生產(chǎn)能，目的是增大設(shè)備的傳熱強(qiáng)度、提高生產(chǎn)能力或減小設(shè)備尺寸、降低生產(chǎn)費(fèi)用；另一類則是要求盡力或減小設(shè)備尺寸、降低生產(chǎn)費(fèi)用；另一類則是要求盡量避免熱量傳遞，需要采用隔熱等方法量

5、避免熱量傳遞，需要采用隔熱等方法減小傳熱速率減小傳熱速率。 傳熱過程也分為傳熱過程也分為定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱兩種，換熱器兩種，換熱器傳熱面上各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的過程稱為傳熱面上各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的過程稱為定態(tài)傳熱定態(tài)傳熱，反之，稱為反之，稱為不定態(tài)傳熱不定態(tài)傳熱。工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)換熱操作多屬。工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)換熱操作多屬于前者，間歇操作或連續(xù)操作的換熱器開工之時(shí)多屬于后于前者，間歇操作或連續(xù)操作的換熱器開工之時(shí)多屬于后者。者。 定態(tài)傳熱時(shí)，傳熱速率不隨時(shí)間而變化。定態(tài)傳熱時(shí)，傳熱速率不隨時(shí)間而變化。4.1.2 4.1.2 熱量傳遞的基本方式熱量傳遞的基本方式傳導(dǎo)：傳

6、導(dǎo)：熱傳導(dǎo)、導(dǎo)熱熱傳導(dǎo)、導(dǎo)熱由于分子的微觀振動(dòng)，熱量從高溫物體流向與之接觸由于分子的微觀振動(dòng)，熱量從高溫物體流向與之接觸的低溫物體，或同物體內(nèi)高溫部分向低溫部分進(jìn)行的的低溫物體，或同物體內(nèi)高溫部分向低溫部分進(jìn)行的熱量傳遞過程稱為導(dǎo)熱，也稱為熱傳導(dǎo)。熱量傳遞過程稱為導(dǎo)熱，也稱為熱傳導(dǎo)。機(jī)理：分子熱運(yùn)動(dòng)機(jī)理：分子熱運(yùn)動(dòng)固體：相鄰分子的碰撞固體：相鄰分子的碰撞液體：液體：氣體：分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)氣體：分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng) 熱傳導(dǎo)演示實(shí)驗(yàn)熱傳導(dǎo)演示實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 發(fā)生在物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間；發(fā)生在物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間； 物體中粒子不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移。物體中粒子不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移。對(duì)

7、流：對(duì)流：對(duì)流傳熱、熱對(duì)流對(duì)流傳熱、熱對(duì)流機(jī)理：機(jī)理：流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)的位移和混合流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)的位移和混合，將熱，將熱量由一處傳遞到另一處量由一處傳遞到另一處特點(diǎn)：特點(diǎn)：分類：分類：自然對(duì)流：流體內(nèi)部各處冷、熱流體的自然對(duì)流：流體內(nèi)部各處冷、熱流體的 密度差異密度差異所致所致強(qiáng)制對(duì)流：借助外加機(jī)械能強(qiáng)制對(duì)流：借助外加機(jī)械能僅發(fā)生在流體中，有相對(duì)的宏觀位移僅發(fā)生在流體中，有相對(duì)的宏觀位移 輻射：熱輻射輻射：熱輻射機(jī)理：機(jī)理：高溫物體因熱的原因而產(chǎn)生的高溫物體因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波電磁波在在空間傳遞而被低溫物體所吸收并轉(zhuǎn)化為空間傳遞而被低溫物體所吸收并轉(zhuǎn)化為熱能的過程。熱能的過程。特點(diǎn)：特點(diǎn)

8、： 任何物體，只要任何物體，只要T T 0K0K，均存在輻射傳熱；，均存在輻射傳熱； 不需要任何中介；不需要任何中介； 傳熱過程中伴隨能量形式的轉(zhuǎn)換。傳熱過程中伴隨能量形式的轉(zhuǎn)換。三種傳熱方式的比較：三種傳熱方式的比較：傳導(dǎo)傳導(dǎo)對(duì)流對(duì)流輻射輻射注：三種傳熱方式往往共存注：三種傳熱方式往往共存4.1.34.1.3間壁式換熱器間壁式換熱器 間壁式換熱器中，熱量自熱流體傳給冷流體的過間壁式換熱器中，熱量自熱流體傳給冷流體的過程包括三個(gè)步驟：程包括三個(gè)步驟：熱流體將熱量傳到壁面一側(cè)；熱流體將熱量傳到壁面一側(cè)；熱量通過固體壁面的熱量通過固體壁面的熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)；壁面的另一側(cè)將熱量壁面的另一側(cè)將熱量傳給冷流

9、體。傳給冷流體。管式換熱器管式換熱器的傳熱面是由管子做成的，包括的傳熱面是由管子做成的，包括套管式、套管式、列管式、蛇管式、噴淋式和翅片管式列管式、蛇管式、噴淋式和翅片管式等；等；板式換熱器板式換熱器的傳熱面是由板材做成的，包括的傳熱面是由板材做成的，包括夾套式、夾套式、螺紋板式、螺旋板式螺紋板式、螺旋板式等。等。換熱器的外形換熱器的外形換熱器的外形和管束如下圖所示換熱器的外形和管束如下圖所示. .換熱器的管束換熱器的管束圖圖41 套管式換熱器套管式換熱器 把流體流經(jīng)管束稱為把流體流經(jīng)管束稱為管程管程，該流體稱為，該流體稱為管程流體管程流體；把流體流經(jīng)管間環(huán)隙稱為把流體流經(jīng)管間環(huán)隙稱為殼程殼程

10、，該流體稱為，該流體稱為殼程流體殼程流體。管程流體在管束內(nèi)來回流過幾次，就稱為與次數(shù)相同管程流體在管束內(nèi)來回流過幾次，就稱為與次數(shù)相同程數(shù)程數(shù)的換熱器。的換熱器。 管程，管程流體殼程，殼程流體 列管換熱器中兩流體間的傳熱是通過管壁進(jìn)行的，列管換熱器中兩流體間的傳熱是通過管壁進(jìn)行的，故故平均管壁總面積平均管壁總面積即為它的即為它的傳熱面積傳熱面積。 換熱器傳熱的快慢用熱流量換熱器傳熱的快慢用熱流量來表示。來表示。 熱流量熱流量是指單位時(shí)間通過傳熱面的流量，其單位是指單位時(shí)間通過傳熱面的流量，其單位為為WW或或kW.kW. 換熱器性能的優(yōu)劣一般用換熱器性能的優(yōu)劣一般用面積熱流量面積熱流量q q來評(píng)

11、價(jià)。來評(píng)價(jià)。 面積熱流量亦稱面積熱流量亦稱熱流密度熱流密度，指單位傳熱面積的熱，指單位傳熱面積的熱流量，單位為流量，單位為W.mW.m-2-2. . 4.2 傳導(dǎo)傳熱傳導(dǎo)傳熱 1.熱傳導(dǎo)基本方程熱傳導(dǎo)基本方程傅里葉定律傅里葉定律 當(dāng)均勻物體兩側(cè)有溫度當(dāng)均勻物體兩側(cè)有溫度差差( (t t1 1- -t t2 2) )時(shí)，熱量以傳導(dǎo)的時(shí)，熱量以傳導(dǎo)的方式方式, , 由高溫向低溫傳遞。由高溫向低溫傳遞。單位時(shí)間物體的導(dǎo)熱量單位時(shí)間物體的導(dǎo)熱量dQ/d dQ/d ( (:熱流量熱流量) )與導(dǎo)熱面與導(dǎo)熱面積積A A和溫度梯度和溫度梯度dtdt/ /dd呈正呈正比：比： dQdtAdd (4-1)定態(tài)傳

12、熱時(shí)定態(tài)傳熱時(shí)： QdtAd = = dtd溫度梯度，溫度梯度，Km-1，表示傳熱方向上因距離而，表示傳熱方向上因距離而引起溫度變化的程度引起溫度變化的程度； A 導(dǎo)熱面積，導(dǎo)熱面積，m2； 比例系數(shù)，熱導(dǎo)率，也稱為導(dǎo)熱系數(shù)，比例系數(shù)，熱導(dǎo)率，也稱為導(dǎo)熱系數(shù)，Wm-1K-1。 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)參數(shù)，為物質(zhì)性質(zhì)表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)參數(shù)，為物質(zhì)性質(zhì)之一。之一。熱導(dǎo)率越大，物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)熱導(dǎo)率越大，物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)（溫度、濕度、的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)（溫度、濕度、壓強(qiáng)）等因素有關(guān)。壓強(qiáng)）等因素有關(guān)。(4-2)(4-2)通

13、常：金屬非金屬固體及液體氣體導(dǎo)熱系數(shù)通常：金屬非金屬固體及液體氣體導(dǎo)熱系數(shù)(4-2)(4-2)固體的導(dǎo)熱系數(shù)：固體的導(dǎo)熱系數(shù)： 純金屬純金屬：T，純度，純度 合金純金屬：普通碳鋼：合金純金屬：普通碳鋼： = 45 W/(mK) 不不 銹銹 鋼：鋼： = 16 W/(mK) 非金屬非金屬： T ， 液體的導(dǎo)熱系數(shù)：液體的導(dǎo)熱系數(shù)： 10-1 W/(mK)； 金屬液體非金屬液體，后者中以水的金屬液體非金屬液體，后者中以水的為最大；為最大； 純液體溶液；純液體溶液； T （水和甘油除外：（水和甘油除外：T ）；）；氣體的導(dǎo)熱系數(shù)：氣體的導(dǎo)熱系數(shù)： 10-2 W/(mK)； 常壓下：常壓下：T ； 一

14、般情況下，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)無關(guān)；一般情況下，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)無關(guān)； 氣體不利于導(dǎo)熱，利于保溫，氣體不利于導(dǎo)熱，利于保溫，當(dāng)當(dāng)0.2 W/(mK)時(shí)，可用作隔熱材料，如保溫時(shí)，可用作隔熱材料，如保溫棉、玻璃棉等；棉、玻璃棉等；2間壁式換熱器壁面的熱傳導(dǎo)間壁式換熱器壁面的熱傳導(dǎo) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：沿傳熱方向?qū)崦娣e沿傳熱方向?qū)崦娣eA A不發(fā)生變化不發(fā)生變化。 如圖如圖4-54-5所示的單層所示的單層平面壁，平面壁，在定態(tài)傳熱條在定態(tài)傳熱條件下，其熱流量不隨時(shí)件下，其熱流量不隨時(shí)間發(fā)生變化間發(fā)生變化，傳熱面的傳熱面的溫度沿垂直于壁面的熱溫度沿垂直于壁面的熱量傳遞方向變化、量傳遞方向變化、但不但不隨時(shí)

15、間變化隨時(shí)間變化。 （1）平面壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)）平面壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)依據(jù)：過程速率依據(jù)：過程速率= =過程推動(dòng)力過程推動(dòng)力/ /過程阻力，單層平面壁過程阻力，單層平面壁的的熱流量熱流量也可寫為：也可寫為：12()/ttA /()tA=t/R = = 式中式中 / /AA稱為熱阻稱為熱阻，記作，記作R R, , 單位：單位：KWKW-1-1 圓筒壁面熱傳導(dǎo)的特點(diǎn)是圓筒壁面熱傳導(dǎo)的特點(diǎn)是傳熱面積傳熱面積A A沿?zé)崃總鬟f沿?zé)崃總鬟f方向而變化方向而變化，即傳熱面積，即傳熱面積A A隨圓筒的半徑而變化。隨圓筒的半徑而變化。 （2）圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)）圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)按傅里葉定律分離變量，并積分：按傅里葉定

16、律分離變量，并積分：)(21ttAQ(4-3)(4-4)= = QdtAd 如圖所示，熱量由管內(nèi)壁面向管如圖所示，熱量由管內(nèi)壁面向管外壁面定態(tài)傳導(dǎo)，考察厚度為外壁面定態(tài)傳導(dǎo)，考察厚度為drdr的薄層，由傅里葉定律得：的薄層，由傅里葉定律得： 分離變量并積分：分離變量并積分： 22112rtrtdrldtr 整理得：整理得：12212()1/lnl ttrrdrdtrlddtA2(4-5)又可改寫為：又可改寫為：122()/ml ttr 12/()mmtttAA 式中式中 12r r 為圓筒壁厚，為圓筒壁厚， 2121lnmrrrrr為為半徑的對(duì)數(shù)平均值半徑的對(duì)數(shù)平均值； 2121lnmAAAA

17、A為為面積的對(duì)數(shù)平均值面積的對(duì)數(shù)平均值。 當(dāng)圓筒壁面的當(dāng)圓筒壁面的半徑較大且其厚度較薄半徑較大且其厚度較薄時(shí)，即時(shí)，即r r2 2/ /r r1 12 2可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值計(jì)算圓筒壁的可以用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值計(jì)算圓筒壁的r rmm和和A Amm。(4-6)比較式比較式(4-4)、(4-5)、(4-6)可知，圓筒壁面的熱阻為：可知，圓筒壁面的熱阻為：mAlrrR2)/ln(12如圖所示為三層不同材如圖所示為三層不同材料組成的復(fù)合平面壁。定料組成的復(fù)合平面壁。定態(tài)導(dǎo)熱時(shí)各分層的傳熱速態(tài)導(dǎo)熱時(shí)各分層的傳熱速率分別為：率分別為：（3）多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)）多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)第一層第

18、一層211111ttA1111111RtA(a)第二層第二層第三層第三層322222ttA433333ttA3333333RtA2222222RtA(b)(c)因因A1=A2=A3=A, 定態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)定態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí), 上三式加和后得上三式加和后得321總阻力總推動(dòng)力iiAit1(4-7) 過程的總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總阻力為各過程的總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總阻力為各層熱阻之和層熱阻之和。 由過程分析還可得到：由過程分析還可得到： 多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，各分層溫度降與該層的多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，各分層溫度降與該層的熱阻呈正比。熱阻呈正比。iiiAAAAtttt:333222111321iiR

19、RRRtttt:321321由式由式(4-5)(4-5)和和(4-6), (4-6), 按同樣方法可推得多層圓筒壁的按同樣方法可推得多層圓筒壁的熱流量式為：熱流量式為： 對(duì)多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，無論多層平面壁還是多層對(duì)多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，無論多層平面壁還是多層圓筒壁，各層熱流量均相等且等于總過程的熱流量。圓筒壁，各層熱流量均相等且等于總過程的熱流量。 對(duì)多層平壁，各層的面積熱流量相等，而多層圓筒壁對(duì)多層平壁，各層的面積熱流量相等，而多層圓筒壁各層的面積熱流量不相同各層的面積熱流量不相同。 itRtmiAiiiitRtirirli121ln或或(4-8)各層交界面上的溫度求?。焊鲗咏唤缑嫔系臏?/p>

20、度求?。?11112Att22223Att11133322211112AAAAttt22233322211123AAAAttt或或或或?qū)Χ鄬悠奖谝蚋鲗拥膫鳠崦娣e相等，對(duì)多層平壁因各層的傳熱面積相等，A A1 1, , A A2 2, , A A3 3可消去；可消去；對(duì)多層圓筒壁，式中各層厚度對(duì)多層圓筒壁，式中各層厚度各層面積：各層面積：)(1iiirr imimlrA,2例例4 41 1 硫酸生產(chǎn)中硫酸生產(chǎn)中SOSO2 2氣體是在沸騰爐中焙燒硫鐵礦而氣體是在沸騰爐中焙燒硫鐵礦而得到的，若沸騰爐的爐壁是由得到的，若沸騰爐的爐壁是由23cm23cm厚的耐火磚（實(shí)際各厚的耐火磚（實(shí)際各區(qū)段的磚規(guī)格略

21、有差異）、區(qū)段的磚規(guī)格略有差異）、23cm23cm厚的保溫磚（粘土輕厚的保溫磚（粘土輕磚）、磚）、5cm5cm厚的石棉板及厚的石棉板及10cm10cm厚的鋼殼組成。操作穩(wěn)定厚的鋼殼組成。操作穩(wěn)定后，測得爐內(nèi)壁面溫度后，測得爐內(nèi)壁面溫度t t1 1為為900900，外壁面溫度，外壁面溫度t t5 5為為8080。試求每平方米爐壁面由熱傳導(dǎo)所散失的熱量，并求爐壁各試求每平方米爐壁面由熱傳導(dǎo)所散失的熱量，并求爐壁各層材料間交界面的溫度為多少？已知：耐火磚層材料間交界面的溫度為多少？已知：耐火磚 11105. 1KmW，保溫磚，保溫磚 1122 . 0KmW石棉板石棉板 11309. 0KmW,鋼殼鋼

22、殼 11440KmWt1t5t3t2t423cm23cm5cm10cm2134900C80C解解：由題意根據(jù)多層平壁熱流量公式，得：由題意根據(jù)多層平壁熱流量公式，得： 求耐火磚與保溫磚的交界面溫度求耐火磚與保溫磚的交界面溫度t22111/qtt=806.8求保溫磚與石棉板的交界面溫度求保溫磚與石棉板的交界面溫度t33222/qtt=317.5 2515 .42544332211mWtttAqii保溫磚與石棉板的交界面溫度保溫磚與石棉板的交界面溫度t3 3222/qtt=317.5 石棉板與鋼殼的交界面溫度石棉板與鋼殼的交界面溫度t4 4333/qtt=81.1 計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果表明，各分

23、層熱阻越大則溫度降越大，各分層熱阻越大則溫度降越大，沸騰爐壁主要溫度降在保溫磚和石棉板層沸騰爐壁主要溫度降在保溫磚和石棉板層。 例例4-24-2 A型分子篩制備中使用的間歇釜式反應(yīng)器，反應(yīng)型分子篩制備中使用的間歇釜式反應(yīng)器，反應(yīng)釜的釜壁為釜的釜壁為5mm厚的不銹鋼板厚的不銹鋼板( )粘附內(nèi)壁的污垢層厚粘附內(nèi)壁的污垢層厚l mm ( (釜夾套中通入釜夾套中通入0.12MPa飽和水蒸汽飽和水蒸汽 (t1105)進(jìn)行加熱，進(jìn)行加熱，釜垢層內(nèi)壁面溫度釜垢層內(nèi)壁面溫度t t3 3為為9090，試計(jì)算釜壁的面積熱流量，試計(jì)算釜壁的面積熱流量，并與無污垢層并與無污垢層( (設(shè)內(nèi)壁面溫度不變?cè)O(shè)內(nèi)壁面溫度不變)

24、 )作比較。作比較。 11116KmW1126 . 0KmW解解： 13iittq=7579Wm-2 無污垢層時(shí)：無污垢層時(shí)：1311/ttq=48000 Wm-2 計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果表明，污垢層雖薄，但因其熱導(dǎo)率很小，污垢層雖薄，但因其熱導(dǎo)率很小，對(duì)傳熱影響很大，熱阻主要集中在污垢層中對(duì)傳熱影響很大，熱阻主要集中在污垢層中。 例例4-34-3 某工廠用規(guī)格為某工廠用規(guī)格為57mm3.5mm的無縫鋼管的無縫鋼管(= 45W.m-1K-1)輸送水蒸汽，水蒸汽管外包有絕熱層。輸送水蒸汽，水蒸汽管外包有絕熱層。第一層是第一層是50 mm厚的玻璃棉氈厚的玻璃棉氈(= 0.046W.m-1K-1)，

25、第二，第二層是層是20mm厚的石棉板厚的石棉板(= 0.046W.m-1K-1)，已知管內(nèi)壁，已知管內(nèi)壁面溫度為面溫度為120，石棉板外表面溫度為，石棉板外表面溫度為30 ，試求每平方試求每平方米水蒸汽管長的熱損失率。若兩種絕熱材料的用量及密米水蒸汽管長的熱損失率。若兩種絕熱材料的用量及密度不變，將石棉板作內(nèi)層，玻璃棉作外層，該水蒸汽管度不變，將石棉板作內(nèi)層，玻璃棉作外層，該水蒸汽管的熱損失如何？試對(duì)兩種情況作比較。的熱損失如何？試對(duì)兩種情況作比較。 解解：由題意知，該題是多層圓筒壁面熱傳導(dǎo)的計(jì)算，已：由題意知，該題是多層圓筒壁面熱傳導(dǎo)的計(jì)算，已知：知：r1=0.025m, r2=0.0285

26、m, r3=0.0785m, r4=0.0985m, 1=45 W.m-1.K-1, 2=0.046 W.m-1.K-1, 3=0.046 W.m-1.K-1, t1=120，t2=30 itRtirirli121lndQdtAdd 熱傳導(dǎo)基本方程熱傳導(dǎo)基本方程傅里葉定律傅里葉定律平面壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)平面壁的定態(tài)熱傳導(dǎo))(21ttAQ圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo) 12/()mmtttAA =t/Rm 多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)總阻力總推動(dòng)力iiAit1iiRRRRtttt:321321iitRtmiAiii多層圓筒壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)多層圓筒壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)）（mlrtt2/2

27、14.3 4.3 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流是三種基本傳熱方式之一，對(duì)流是三種基本傳熱方式之一，指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞，因此，熱量傳遞，因此，對(duì)流傳熱只發(fā)對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體中生在流體中。 工業(yè)過程的流動(dòng)多為湍流狀態(tài)工業(yè)過程的流動(dòng)多為湍流狀態(tài)，湍流流動(dòng)時(shí)，流體主體，湍流流動(dòng)時(shí)，流體主體中質(zhì)點(diǎn)充分?jǐn)_動(dòng)與混合，所以在與流體流動(dòng)方向垂直的截中質(zhì)點(diǎn)充分?jǐn)_動(dòng)與混合，所以在與流體流動(dòng)方向垂直的截面上，面上，流體主體區(qū)的溫度差很小流體主體區(qū)的溫度差很小。 由于壁面的約束和流體內(nèi)部的摩擦作用，在緊靠壁面由于壁面的約束和流體內(nèi)部的摩擦作用，在緊靠壁面處總存在處總存在滯流底層滯

28、流底層，層內(nèi)流體平行移動(dòng)，垂直于流動(dòng)方向?qū)觾?nèi)流體平行移動(dòng)，垂直于流動(dòng)方向的熱量以的熱量以熱傳導(dǎo)方式熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行。進(jìn)行。 由于由于流體的熱導(dǎo)率很小流體的熱導(dǎo)率很小，故，故主要熱阻及溫度差都集中主要熱阻及溫度差都集中在滯流底層在滯流底層。工程上將工程上將湍流主體湍流主體和和過渡區(qū)過渡區(qū)的的熱阻熱阻，折合為相當(dāng)厚，折合為相當(dāng)厚度為度為t的滯流底層熱阻，的滯流底層熱阻，流體流體與壁面之間的溫度變化可認(rèn)為與壁面之間的溫度變化可認(rèn)為全部發(fā)生在厚度為全部發(fā)生在厚度為t的一個(gè)膜的一個(gè)膜層內(nèi)層內(nèi)，通常將這一存在溫度梯，通常將這一存在溫度梯度的區(qū)域稱為度的區(qū)域稱為傳熱邊界層傳熱邊界層。傳傳熱邊界層以外，溫度是一

29、致的、熱邊界層以外，溫度是一致的、沒有熱阻沒有熱阻./()ttA式中式中流體的熱導(dǎo)率，流體的熱導(dǎo)率， 11KmWt傳熱邊界層厚度，傳熱邊界層厚度，m； t對(duì)流傳熱溫度差，對(duì)流傳熱溫度差， ,wTTTK或或 實(shí)際上對(duì)流傳熱過程中傳熱邊界層厚度難以確定，以實(shí)際上對(duì)流傳熱過程中傳熱邊界層厚度難以確定，以1/h代替代替t / ： 該式稱為該式稱為牛頓牛頓（Newton）冷卻定律冷卻定律或或給熱方程給熱方程，h為為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，或稱為，或稱為對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)，亦稱給熱系數(shù)，單，亦稱給熱系數(shù)，單位為位為12KmW 將湍流狀態(tài)復(fù)雜的對(duì)流傳熱歸結(jié)為通過傳熱邊界層的將湍流狀態(tài)復(fù)雜的對(duì)流傳熱歸

30、結(jié)為通過傳熱邊界層的熱傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)，用熱傳導(dǎo)基本方程來描述對(duì)流傳熱過程用熱傳導(dǎo)基本方程來描述對(duì)流傳熱過程tttw,thAhAt)/(1(4-11)(4-12)2.對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素及其求取對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素及其求取 影響影響 h 的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面： ( , ,)phfct u d L 影響影響h的主要因素可用下式表示：的主要因素可用下式表示：流體的種類和性質(zhì)流體的種類和性質(zhì) 液體、氣體、蒸氣，其密度、比熱液體、氣體、蒸氣，其密度、比熱容、粘度等不同，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也不同。容、粘度等不同，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也不同。 流體的流動(dòng)形態(tài)流體的流動(dòng)形態(tài)

31、滯流、過渡流或湍流時(shí)滯流、過渡流或湍流時(shí)h各不相同。各不相同。流速流速u增加，增加，t減小即熱阻降低，則減小即熱阻降低，則h增大增大。傳熱壁面的形狀、排列方式和尺寸傳熱壁面的形狀、排列方式和尺寸流體的對(duì)流狀態(tài)流體的對(duì)流狀態(tài) 強(qiáng)制對(duì)流較自然對(duì)流時(shí)強(qiáng)制對(duì)流較自然對(duì)流時(shí)h為大。為大。(4-13)工程上采用工程上采用量綱分析量綱分析的方法，將影響的方法，將影響h h諸多因素歸諸多因素歸納為較少的幾個(gè)量綱為一的特征數(shù)群，確定這些納為較少的幾個(gè)量綱為一的特征數(shù)群，確定這些特征數(shù)在不同情況下的相互聯(lián)系，從而得到特征數(shù)在不同情況下的相互聯(lián)系，從而得到經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)性的關(guān)聯(lián)公式性的關(guān)聯(lián)公式。（1）流體無相變過程表面?zhèn)?/p>

32、熱系數(shù)的求取）流體無相變過程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求取描述對(duì)流傳熱過程的特征數(shù)關(guān)系為：描述對(duì)流傳熱過程的特征數(shù)關(guān)系為：cbaGrANuPrRe各特征數(shù)的含義如下表各特征數(shù)的含義如下表4-14-1所示。所示。(4-14)式中，式中，l為定性長度，對(duì)圓管為直徑為定性長度，對(duì)圓管為直徑d。為流體體積膨脹系數(shù)，單位為為流體體積膨脹系數(shù)，單位為1/K。體積膨脹系數(shù)表水銀水銀 1 110-410-4煤油煤油 9.09.010-410-4酒精酒精 1.11.110-310-3汽油汽油 1.241.2410-310-3氫氣氫氣 3.663.6610-.8210-.8210-410-4純水純水 2.0832.083氧氣

33、氧氣 3.673.6710-310-3氨氣氨氣 3.803.8010-310-3空氣空氣 3.6763.67610-310-3二氧化碳二氧化碳 3.7413.74110-310-3一切氣體一切氣體 1/2731/273當(dāng)物體溫度改變當(dāng)物體溫度改變1 1攝氏度時(shí)，其體積的變化和它在攝氏度時(shí)，其體積的變化和它在00時(shí)體時(shí)體積之比，叫做積之比，叫做“體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)”。（1）強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流可用下列準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式描述：可用下列準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式描述：Re)(Pr,fNu（2）自然對(duì)流自然對(duì)流可用下列準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式描述：可用下列準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式描述：)(Pr,GrfNu 當(dāng)流體被加熱時(shí)，當(dāng)流體被加熱時(shí)，m0.4；當(dāng)

34、流體被冷卻時(shí)，；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，m0.3。4Re10 ,0.6Pr160長徑比長徑比 Ld50，適用于低粘度流體，適用于低粘度流體,且過程中無相且過程中無相變化。變化。適用范圍：適用范圍：化工生產(chǎn)中液體在間壁式換熱器化工生產(chǎn)中液體在間壁式換熱器圓形管內(nèi)圓形管內(nèi)進(jìn)行進(jìn)行對(duì)流對(duì)流換熱換熱時(shí)，時(shí)，h h的關(guān)聯(lián)式為的關(guān)聯(lián)式為mdhNuPrRe023. 08 . 0mdhPrRe023. 08 . 0(4-15)(4-16) 化工生產(chǎn)中有求取各種情況下化工生產(chǎn)中有求取各種情況下h的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式，的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式，供選擇使用。但要注意各特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的適用范圍，供選擇使用。但要注意各特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的適用范圍，還

35、要注意還要注意定性溫度定性溫度和和定性尺寸定性尺寸的選取。的選取。 定性溫度定性溫度是確定特征數(shù)中流體物性參數(shù)的溫度。是確定特征數(shù)中流體物性參數(shù)的溫度。 特性尺寸特性尺寸指換熱器中對(duì)傳熱過程，起主要影響的指換熱器中對(duì)傳熱過程，起主要影響的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，它決定了特征數(shù)中用幾何結(jié)構(gòu)尺寸，它決定了特征數(shù)中用d 或用或用L，d和和L分別代表哪一個(gè)尺寸。分別代表哪一個(gè)尺寸。例例4-4 在一單程換熱器中用在一單程換熱器中用120的蒸汽將常壓空氣從的蒸汽將常壓空氣從20加加熱到熱到80,管束為管束為38mm3mm,蒸汽走殼程蒸汽走殼程,空氣走管程空氣走管程,其流其流速為速為14ms-1.求管壁對(duì)空氣的表面?zhèn)?/p>

36、熱系數(shù)求管壁對(duì)空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù).解解: 空氣的空氣的定性溫度定性溫度為為t定定= (20+80)/2=50查查5050下空氣的物性數(shù)據(jù)下空氣的物性數(shù)據(jù)Cp=1017Jkg-1K-1=1.9610-5Pas=1093kgm-3=2.8310-2Wm-1K-1d=0.032mu=14ms-1得24983Redu70.0Prpc計(jì)算結(jié)果表明計(jì)算結(jié)果表明:空氣在管內(nèi)流動(dòng)空氣在管內(nèi)流動(dòng)Re10000, 160Pr0.6, 必必然符合下式的條件然符合下式的條件124 . 08 . 01 .58PrRe023. 0KmWdh 液體通過固體壁面被加熱的對(duì)流傳熱過程中，若液體通過固體壁面被加熱的對(duì)流傳熱過程中

37、，若伴有液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的伴有液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程稱為液體沸騰，又稱過程稱為液體沸騰，又稱沸騰傳熱沸騰傳熱。 液體沸騰的情況因固體液體沸騰的情況因固體壁面溫度壁面溫度t tw w與與液體飽和溫液體飽和溫度度t ts s之間的差值而變化。之間的差值而變化。（2）流體有相變過程的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）流體有相變過程的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 化工生產(chǎn)中多見的相變給熱是化工生產(chǎn)中多見的相變給熱是液體受熱沸騰液體受熱沸騰和和飽和水蒸汽的冷凝飽和水蒸汽的冷凝。液體的沸騰液體的沸騰 當(dāng)溫差較小時(shí)當(dāng)溫差較小時(shí)(t 2并流傳熱時(shí)并流傳熱時(shí)對(duì)數(shù)平均值對(duì)數(shù)平均值算術(shù)平均值算術(shù)平均值，

38、只能采用對(duì)數(shù)平均值。，只能采用對(duì)數(shù)平均值。誤差較大為誤差較大為Ctttottm6 .105ln2121Ctttom130221231. 0mmmttt2/21tt說明說明逆流傳熱逆流傳熱t(yī)1=T1-t2=160 t2=T2-t1=100t1 /t2 =1.6 L L. . 通過熱負(fù)荷的計(jì)算，可以確定換熱器所應(yīng)具有的通過熱負(fù)荷的計(jì)算，可以確定換熱器所應(yīng)具有的傳熱速率傳熱速率，再依據(jù)此傳熱速率可計(jì)算換熱器所需的，再依據(jù)此傳熱速率可計(jì)算換熱器所需的傳傳熱面積熱面積等等。 （1）熱負(fù)荷）熱負(fù)荷熱負(fù)荷的計(jì)算根據(jù)工藝特點(diǎn)有兩種情況：熱負(fù)荷的計(jì)算根據(jù)工藝特點(diǎn)有兩種情況： 流體在傳熱中只有相變的場合流體在傳熱

39、中只有相變的場合 LqmL式中式中 qm流體的質(zhì)量流量，流體的質(zhì)量流量，kgs-1； L流體的相變熱流體的相變熱kJkg-1流體在傳熱中僅有溫度變化不發(fā)生相變的場合流體在傳熱中僅有溫度變化不發(fā)生相變的場合式中：式中：cp 流體的定壓比熱容，流體的定壓比熱容，kJkg-1K-1； t1, t2 流體傳熱前后的溫度，流體傳熱前后的溫度，K；)(12ttcqpmL(4-25)(4-26) 若換熱器中兩種流體無相變化，且流體的比定壓熱容若換熱器中兩種流體無相變化，且流體的比定壓熱容不隨溫度變化或可取平均溫度下的比定壓熱容時(shí)：不隨溫度變化或可取平均溫度下的比定壓熱容時(shí)：L,12,21()()p hm c

40、p ccTTqcttm,hq式中式中L L換熱器的熱負(fù)荷，換熱器的熱負(fù)荷，kJskJs-1-1；,p hp ccc分別指熱、冷流體的比定壓熱容，分別指熱、冷流體的比定壓熱容，kJkg-1K-1； 1221, ,T T t t分別指熱流體的進(jìn)、出口溫度和冷流體的進(jìn)、分別指熱流體的進(jìn)、出口溫度和冷流體的進(jìn)、出口溫度，出口溫度，K K。（2）熱量衡算）熱量衡算(4-27) 換熱器中冷、熱流體進(jìn)行熱交換，若換熱器中冷、熱流體進(jìn)行熱交換，若忽略熱損失，熱忽略熱損失，熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量，稱之為，稱之為熱量恒算熱量恒算式式。熱量恒算式熱量恒算式和和傳熱總方

41、程傳熱總方程是換熱器計(jì)算的兩個(gè)基本公是換熱器計(jì)算的兩個(gè)基本公式。式。 若換熱器中的熱流體有相變，如若換熱器中的熱流體有相變，如飽和水蒸汽的冷飽和水蒸汽的冷凝時(shí)凝時(shí)： L,21()m cp cLqcttmq(4-28)例例4949 在列管換熱器中，水以在列管換熱器中，水以0.8ms0.8ms-1-1的流速流的流速流過內(nèi)徑為過內(nèi)徑為25mm25mm，長為，長為5m5m的管束。若管內(nèi)壁面平均的管束。若管內(nèi)壁面平均溫度為溫度為5050，水的進(jìn)口溫度為，水的進(jìn)口溫度為2020，試求水的出口，試求水的出口溫度。設(shè)管壁對(duì)水的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為溫度。設(shè)管壁對(duì)水的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 1850 1850 WmWm

42、-2-2KK-1-1，熱損失可以忽略。，熱損失可以忽略。 dqmLtwt2h = 1850 W m-2K-1Cpt1)(12ttcqpmL21()2iiwtth A td解解：設(shè)水的出口溫度為：設(shè)水的出口溫度為t2，密度取，密度取=1000kgm-3，比定，比定壓熱容取壓熱容取cp=4.187 kJkg-1K-1換熱器的一根管子傳熱面積換熱器的一根管子傳熱面積Ai和流通面積和流通面積Si；分別為：；分別為：20.02550.3927iiAd Lmmm根據(jù)熱量衡算和對(duì)流熱流量方程有：根據(jù)熱量衡算和對(duì)流熱流量方程有：2121()()Lmpipq cttuSctt21()2iiwtth A t242

43、22109 . 4025. 0785. 04mmdSii由由 L即上二式相等，代入已知數(shù)據(jù)求解可得：水的即上二式相等，代入已知數(shù)據(jù)求解可得：水的出口溫度出口溫度 t230.9。 例例 4-104-10 某精餾塔頂氣體的全凝器采用的是列管式換熱某精餾塔頂氣體的全凝器采用的是列管式換熱器，其管束是由直徑較大、厚度為器，其管束是由直徑較大、厚度為3mm 3mm 的鋼管（的鋼管（ 49Wm49Wm-1-1 K K -1-1）組成的，換熱器中是用水（管程）組成的，換熱器中是用水（管程）以逆流方式將塔頂出來的有機(jī)物蒸氣（殼程）全部冷凝以逆流方式將塔頂出來的有機(jī)物蒸氣（殼程）全部冷凝下來。有機(jī)物蒸氣是以丙酮

44、為主要組分的混合物，溫度下來。有機(jī)物蒸氣是以丙酮為主要組分的混合物，溫度為為 7575，其被冷凝的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可取，其被冷凝的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可取 h h1 1 = 1 300 = 1 300 WmWm-2-2 K K -1-1，有機(jī)物蒸氣全部冷凝下來的熱流量為，有機(jī)物蒸氣全部冷凝下來的熱流量為422 .2kw422 .2kw；冷卻水的質(zhì)量流量為；冷卻水的質(zhì)量流量為41.5 x 1041.5 x 103 3kg kg -1-1 h h- -1 1，其進(jìn)口溫度，其進(jìn)口溫度t t進(jìn)進(jìn)= 30 = 30 ，水的比定壓熱容取，水的比定壓熱容取C Cp p= = 4.18 kJ kg4.18 kJ kg-1

45、-1 K K-1-1，水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h h2 2=1 000 =1 000 WmWm-2-2KK-1-1。試計(jì)算該全凝器需要多大的傳熱面積才。試計(jì)算該全凝器需要多大的傳熱面積才能滿足換熱要求？能滿足換熱要求？mpcmhmLtKAttcqLq）進(jìn)出(, dtw水 30有機(jī)蒸汽75h1=422.2kWqm = 41.5kg.h-1h2mpcmhmLtKAttcqLq）進(jìn)出(,21111hhK221tttm21ln21ttmttt當(dāng)2/21tt用算術(shù)平均值用算術(shù)平均值解：解： 求冷卻水的出口溫度求冷卻水的出口溫度t 出出根據(jù)熱量平衡根據(jù)熱量平衡L = qm,hL = qm,c

46、 cp(t出出 - t進(jìn)進(jìn))即即 ）出30(.1018. 43600.105 .41102 .422113133tKkgJshkgW求得求得 t出出 39 求平均溫度差求平均溫度差 t m 若換熱器取單程，逆流換熱方若換熱器取單程，逆流換熱方式，則式，則 t 1 = 75一一30 45 t 2 = 75 一一 39 36 ；因?yàn)橐驗(yàn)?t 1 / t 2 = 1.25 2 ，可用算術(shù)平均值：，可用算術(shù)平均值：Ctttm5 .40221 求傳熱系數(shù)求傳熱系數(shù) K 因傳熱面為直徑較大、管壁較薄的鋼因傳熱面為直徑較大、管壁較薄的鋼管，可按平面壁計(jì)管，可按平面壁計(jì)，則，則 求傳熱面積求傳熱面積 A 根據(jù)

47、式根據(jù)式(4 一一18)中中 = K Atm 代入已知數(shù)據(jù)計(jì)算有代入已知數(shù)據(jù)計(jì)算有 A = 19 m2 計(jì)算表明：在題設(shè)條件下，冷凝器需要有計(jì)算表明：在題設(shè)條件下，冷凝器需要有 19 m2 的的換熱面積才能使精餾塔頂?shù)恼魵馊坷淠聛?。換熱面積才能使精餾塔頂?shù)恼魵馊坷淠聛怼?221.546111KmWhhK4.5 換熱器的選擇及傳熱過程的強(qiáng)化換熱器的選擇及傳熱過程的強(qiáng)化1換熱器的選擇換熱器的選擇 冷、熱流體的流量、進(jìn)出口溫度、操作壓力等；冷、熱流體的流量、進(jìn)出口溫度、操作壓力等； 冷、熱流體的物性參數(shù)；冷、熱流體的物性參數(shù)； 冷、熱流體的工藝特點(diǎn)、腐蝕性、懸浮物含量等。冷、熱流體的工藝特點(diǎn)

48、、腐蝕性、懸浮物含量等。 換熱器的選擇，是在換熱器系列化標(biāo)準(zhǔn)中確定換熱器的選擇，是在換熱器系列化標(biāo)準(zhǔn)中確定合適的合適的換熱器類型和規(guī)格換熱器類型和規(guī)格的過程。的過程。換熱器的選擇首先要考慮以下事項(xiàng)。換熱器的選擇首先要考慮以下事項(xiàng)。（1 1）了解換熱任務(wù)，掌握基本數(shù)據(jù)及特點(diǎn)。）了解換熱任務(wù)，掌握基本數(shù)據(jù)及特點(diǎn)。 2 2）確定選用換熱器的型式，決定流體的流動(dòng)空間。如選）確定選用換熱器的型式，決定流體的流動(dòng)空間。如選定列管換熱器，對(duì)換熱流體流動(dòng)空間可按下列原則確定。定列管換熱器，對(duì)換熱流體流動(dòng)空間可按下列原則確定。 不潔流體或易結(jié)垢、沉淀、結(jié)晶的流體走管程；不潔流體或易結(jié)垢、沉淀、結(jié)晶的流體走管程；

49、需提高流速以增大對(duì)流傳熱系數(shù)的流體走管程；需提高流速以增大對(duì)流傳熱系數(shù)的流體走管程；腐蝕性流體走管程，以免腐蝕殼體和管束；腐蝕性流體走管程，以免腐蝕殼體和管束；壓力高的流體走管程，管子耐壓性好；壓力高的流體走管程，管子耐壓性好；飽和蒸氣宜走管程，便于排出冷凝液；飽和蒸氣宜走管程，便于排出冷凝液；粘度大或流量較小的流體宜走殼程，可在低粘度大或流量較小的流體宜走殼程，可在低 ReRe（ReRe100100）達(dá)到湍流；）達(dá)到湍流；需冷卻的流體一般選殼程，便于散熱。需冷卻的流體一般選殼程，便于散熱。 流體定性溫度，查取或計(jì)算定性溫度下有關(guān)物性數(shù)流體定性溫度，查取或計(jì)算定性溫度下有關(guān)物性數(shù)據(jù)；據(jù)； 由傳

50、熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷；由傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷； 作出適當(dāng)選擇，并計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫度差；作出適當(dāng)選擇，并計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫度差； 選取總傳熱系數(shù)、估計(jì)換熱面積，由此可試選適當(dāng)選取總傳熱系數(shù)、估計(jì)換熱面積，由此可試選適當(dāng)型號(hào)的換熱器；型號(hào)的換熱器； 核算總傳熱系數(shù)，分別計(jì)算管程、殼程的對(duì)流傳熱核算總傳熱系數(shù)，分別計(jì)算管程、殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，求出系數(shù)，確定污垢熱阻，求出K值并與估算的值并與估算的K值比較；值比較； 估算傳熱面積。估算傳熱面積。在換熱器型式和規(guī)格確定中，計(jì)算的主要內(nèi)容有：在換熱器型式和規(guī)格確定中，計(jì)算的主要內(nèi)容有：2傳熱過程的強(qiáng)化傳熱過程的強(qiáng)化 傳熱過程的強(qiáng)化目的是充分利用熱能，提

51、高換熱器傳熱過程的強(qiáng)化目的是充分利用熱能，提高換熱器單單位面積的傳熱速率位面積的傳熱速率；力圖以較小的傳熱面積或較小體積的；力圖以較小的傳熱面積或較小體積的換熱器完成一定的傳熱任務(wù)。換熱器完成一定的傳熱任務(wù)。 依據(jù)總傳熱方程依據(jù)總傳熱方程 強(qiáng)化傳熱過程的主要途徑強(qiáng)化傳熱過程的主要途徑有三條。有三條。 （1）增大傳熱面積）增大傳熱面積A 增大間壁式換熱器傳熱面積增大間壁式換熱器傳熱面積A A，可提高過程的傳熱速，可提高過程的傳熱速率。但增大率。但增大A A，設(shè)備投資費(fèi)用增大。，設(shè)備投資費(fèi)用增大。 改進(jìn)傳熱面結(jié)構(gòu)，采用螺紋管、波紋管代替光滑管，改進(jìn)傳熱面結(jié)構(gòu)，采用螺紋管、波紋管代替光滑管，或采用新

52、型換熱器如翅片管式換熱器，可以實(shí)現(xiàn)或采用新型換熱器如翅片管式換熱器，可以實(shí)現(xiàn)單位體積單位體積的傳熱面積的傳熱面積增大的效果。增大的效果。KA t 當(dāng)工藝規(guī)定冷、熱流體溫度時(shí)，采用當(dāng)工藝規(guī)定冷、熱流體溫度時(shí)，采用逆流換熱逆流換熱可獲得可獲得較大的較大的ttmm，亦可改用嚴(yán)格逆流的套管換熱器或螺旋板換，亦可改用嚴(yán)格逆流的套管換熱器或螺旋板換熱器實(shí)現(xiàn)熱器實(shí)現(xiàn)ttmm的增大。的增大。12111Khh 提高提高h(yuǎn)和和、降低、降低都能使都能使K值增大。提高值增大。提高K值的具體辦值的具體辦法，可以從以下幾個(gè)方面考慮。法，可以從以下幾個(gè)方面考慮。 （2）增大平均溫度差）增大平均溫度差tm 增大傳熱系數(shù)增大傳

53、熱系數(shù)K K是強(qiáng)化傳熱過程最有效的途徑。是強(qiáng)化傳熱過程最有效的途徑。（3）增大傳熱系數(shù)）增大傳熱系數(shù)K提高提高、降低、降低. a a盡量選擇盡量選擇 較大的載熱體；較大的載熱體； b b換熱器金屬壁面一般換熱器金屬壁面一般 值較大，熱阻??；但污垢層值較大，熱阻??；但污垢層熱阻很大，應(yīng)防止或減緩垢層形成并及時(shí)清除之。熱阻很大，應(yīng)防止或減緩垢層形成并及時(shí)清除之。增加湍流程度、減小對(duì)流傳熱的熱阻、提高增加湍流程度、減小對(duì)流傳熱的熱阻、提高h(yuǎn)值。值。a a提高流體流速、增加湍流程度、減小滯流底層厚度，提高流體流速、增加湍流程度、減小滯流底層厚度，可有效地提高無相變流體的可有效地提高無相變流體的h h值

54、。值。b b改變流動(dòng)條件。通過設(shè)計(jì)特殊傳熱壁面，使流體在流改變流動(dòng)條件。通過設(shè)計(jì)特殊傳熱壁面，使流體在流動(dòng)過程中不斷改變流動(dòng)方向，提高湍流程度。動(dòng)過程中不斷改變流動(dòng)方向，提高湍流程度。盡量選擇盡量選擇h大的流體給熱狀態(tài)。大的流體給熱狀態(tài)。例如，有相變的蒸氣例如，有相變的蒸氣冷凝；維持在滴狀冷凝狀態(tài)等。冷凝；維持在滴狀冷凝狀態(tài)等。提高提高K K值的途徑在具體實(shí)施時(shí)要綜合考慮。值的途徑在具體實(shí)施時(shí)要綜合考慮。小小 結(jié)結(jié) 以以間壁式換熱間壁式換熱過程為主線，講授了傳熱的基本過程為主線，講授了傳熱的基本概概念念、過程計(jì)算過程計(jì)算和優(yōu)化、和優(yōu)化、典型設(shè)備典型設(shè)備等內(nèi)容，并有重點(diǎn)地等內(nèi)容，并有重點(diǎn)地對(duì)解決較復(fù)雜工程問題的思路及方法對(duì)解決較復(fù)雜工程問題的思路及方法, , 如對(duì)流傳熱過如對(duì)流傳熱過程的工程處理方法；程的工程處理方法；對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式獲取的思路獲取的思路和應(yīng)用要點(diǎn)等）作了介紹。本章知識(shí)的框架結(jié)構(gòu)及相和應(yīng)用要點(diǎn)等）作了介紹。本章知識(shí)的框架結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系，可用下圖來表示：互關(guān)系，可用下圖來表示： 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 題題 1.傳熱的基本方式有幾種？它們的主要區(qū)別何在？傳熱的基本方式有幾種？它們的主要區(qū)別何在？2.間壁式換熱器可分為哪幾類？各自的傳熱面指什么？間壁式換熱器可分為哪幾類？各自的傳熱面指什么？3.流體的熱導(dǎo)率