傳熱學傳熱過程和換熱器計算課件

第十章傳熱過程分析與換熱器熱計算傳熱過程：熱量由壁面一側的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋攘黧w中去的過程。（兩個流體通過壁面的換熱過程。）【傳熱過程是傳熱學中特指的概念】傳熱方程式：式中：K為傳熱系數(shù)(總傳熱系數(shù))。對于不同的傳熱過程，K的計算公式不同。10.1傳熱過程的分析和計算1.通過平壁的傳熱說明：(1)h1和h2的計算；（2）如果計及輻射，換熱系數(shù)應該采用等效換熱系數(shù)(總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))一、傳熱方程中的總傳熱系數(shù)3.帶保溫層的金屬圓管傳熱——臨界熱絕緣直徑圓管外敷保溫層后：可見，保溫層使得導熱熱阻增加，換熱削弱；降低對流換熱熱阻，使得換熱增強，那么，綜合效果到底是增強還是削弱呢？可見，確實是有一個極值存在。也就是說，do2在do1~dcr之間，是增加的，當do2大于dcr時，降低。or4.通過肋壁的傳熱（定性分析）A1A2Ai本質上，在圓管外設置肋片和敷設保溫層，都使對流換熱熱阻降低而導熱熱阻增加。但是，一般情況下，保溫層使導熱熱阻增加較多，而使換熱熱阻降低較少，從而，使總熱阻增加，起到削弱傳熱的效果；而設置肋片使導熱熱阻增加較少，而換熱熱阻降低較多，從而，使總熱阻下降，起到強化傳熱的作用。10.2換熱器的型式換熱器的定義：用于使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定工藝要求的裝置。2換熱器的分類：混合式：換熱器內冷、熱流體直接接觸、互相混合來實現(xiàn)熱量交換。蓄熱式：冷、熱兩種流體依次交替地流過換熱器的同一換熱面（蓄熱體）實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的熱量交換。

間壁式：換熱器內冷、熱流體由壁面隔開，熱量由熱流體到冷流體傳遞過程是由熱流體與壁面間的對流換熱、壁的導熱、壁面與冷流體間的對流換熱三個環(huán)節(jié)組成的傳熱過程。（應用最廣泛）

3間壁式換熱器的主要型式套管式換熱器：最簡單的一種間壁式換熱器，流體有順流和逆流兩種，適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形(2)管殼式換熱器：最主要的一種間壁式換熱器，傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內。兩種流體分管程和殼程。1簡單順流、逆流換熱器的平均傳熱溫差10.3平均傳熱溫差順流和逆流的區(qū)別在于：順流：逆流：或者我們也可以將對數(shù)平均溫差寫成如下統(tǒng)一形式(順流和逆流都適用)順流和逆流是兩種極端情況，在相同的進出口溫度下，逆流的最大，順流的則最小；順流時，而逆流時，則可能小于。InOutInOut通常，對逆流的對數(shù)平均溫差進行修正以獲得其他復雜流動方式下的平均溫差。教程中圖10-23~10-26分別給出了管殼式換熱器和交叉流式換熱器的。式中：下標h、c分別表示兩種流體，上角標`表示進口，``表示出口，圖表中均以P為橫坐標，R為參量。值取決于無量綱參數(shù)P和R：1殼程，2、4、6、8…管程的值

y10.4換熱器的傳熱計算換熱器的傳熱計算分為兩種類型：設計計算：根據(jù)換熱條件和要求，設計一臺新?lián)Q熱器，為此需要確定換熱器的類型、結構及換熱面積。

校核計算：核算已有換熱器能否滿足換熱要求，一般需要計算流體的出口溫度、換熱量及流動阻力等。換熱器計算的兩種方法：平均溫差法和效能-傳熱單元數(shù)法。換熱器的參數(shù)：換熱面積A、兩側流體的質量流量、進口溫度，出口溫度，和換熱量。1)設計計算步驟：(a)根據(jù)給定的換熱條件，如流體性質、溫度和壓力范圍等，選擇換熱器類型，布置換熱面，計算換熱面兩側對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)k；(b)根據(jù)給定條件，由式求出未知的進、出口溫度及換熱量；(c)由進、出口4個溫度及流動型式求平均溫差；(d)由式求出所需的換熱面積A;(e)計算換熱器的流動阻力，如果阻力過大，會加大設備的投資和運行費用，須改變方案，重新設計。2）校核計算：已知換熱器的換熱面積A、兩側流體的質量流量、進口溫度等5個參數(shù)，需計算熱、冷流體的出口溫度和換熱量。計算步驟：(a)先假設一個流體的出口溫度，熱平衡方程式求出換熱量和另一個流體的出口溫度；(b)根據(jù)流體的進、出口4個溫度求平均溫差；(c)計算換熱面兩側的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，進而求得總傳熱系數(shù)k；(d)由式求出換熱量;(e)比較與，如果相差較大，再重新假設流體出口溫度，重復上述計算，直到滿意為止。

10.5傳熱的強化與削弱（自學）傳熱工程技術的兩個方向：強化傳熱技術與削弱傳熱技術（又稱隔熱保溫技術）。傳熱工程技術是根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)生產和科學實踐的需要而發(fā)展起來的科學與工程技術，其主要任務是按照工業(yè)生產和科學實踐的要求來控制和優(yōu)化熱量傳遞過程。在冷、熱流體進、出口溫度相同的情況下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，因此從強化傳熱的角度出發(fā)，換熱器應當盡量布置成逆流。1）多布置換熱面，增加總傳熱面積A，可降低總傳熱熱阻，加大傳熱量。

2）降低污垢熱阻。3）減小對流換熱熱阻Rh1、Rh2。如果兩個熱阻相差較大，應抓住主要矛盾，設法減小其中最大的熱阻。

強化對流換熱的方法：

（1）加大傳熱溫差（2）減小傳熱熱阻

1）擴展換熱面（加裝肋片）2）改變換熱面的形狀、大小和位置如管內強迫對流湍流換熱用直徑小的管子或者用橢圓管代替圓管（減小當量直徑）都可以取得強化對流換熱的效果。再如管外自然對流換熱和凝結換熱，管子水平放置時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般要高于和豎直放置。例題1某逆流套管式換熱器，用流量為0.9kg/s的油將流量為0.6kg/s的水從35℃加熱到90℃。油的比熱容為2.1kJ/(kg℃)，進入換熱器的溫度為175℃。假設水的比熱容為4.2kJ/(kg℃)，該換熱器的總傳熱系數(shù)為425W/(m2℃)。（1）計算該換熱器的換熱面積；（2）畫出換熱器冷、熱流體溫度變化曲線。例題2某逆流套管式換熱器，剛投入工作時的運行參數(shù)為：已知qm1cp1=2500W/K,k=800W/(m2