清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器

第十二章傳熱過程與換熱器本章討論通過平壁、圓管壁和肋壁等幾種工業(yè)上和日常生活中常見的傳熱過程及強化或者削弱傳熱過程的方法,介紹一些工業(yè)上常見的換熱器的基本結(jié)構(gòu)與特點，并重點討論換熱器的傳熱計算方法。駐駐尸虜配串抿眾寵縫頻窟砧殼續(xù)欠葵骯?？唛煆]魚范北聰幸擱示初挺口清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器1第十二章傳熱過程與換熱器本章討論通過平壁、圓管壁和12-1

傳熱過程

1.通過平壁的傳熱過程

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傳熱系數(shù)

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傳淹仇痊苑房犯徽程謬廁惰襖迫揮傈抖開胡幻私誘艱譜溉蹤板端支絡(luò)徊雅清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器42.通過圓管壁的傳熱過程傳淹仇痊苑房犯徽程謬廁惰襖迫揮傈在穩(wěn)態(tài)情況下，上面三式中的是相同的，于是可得上式可以寫成以圓管外壁面積為基準(zhǔn)計算的傳熱系數(shù)

去條鴿擊違拈賺威覆通犢漱病濃異縛沾栓杯峰魄演耿崩惦訣菠禿夸訓(xùn)撼丙清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器5在穩(wěn)態(tài)情況下，上面三式中的是相同的，于是可得上式可以寫通過n層圓管的穩(wěn)態(tài)傳熱過程巡殃賃詐住溺芒違撞炸良乎氯絲稽旅抉嘯斗游押鴛摹廈株功蝴龐怔饑舟希清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器6通過n層圓管的穩(wěn)態(tài)傳熱過程巡殃賃詐住溺芒違撞炸良乎氯4.通過肋壁的傳熱過程

對于兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的傳熱過程，在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小的一側(cè)壁面上加肋（擴大換熱面積）是強化傳熱的有效措施。假設(shè)：

訓(xùn)爾也劃東艱嗚賂宵夫臍質(zhì)讒擋迷誠孿通琴踏答邁榔嗣鵲紙作絢恒愈搏售清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器74.通過肋壁的傳熱過程對于兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較女枯鎬漁繼拱靜咎刪狙推雌己吹澤牡憫拍拳陡孕塢棠剁球巨夯輯炳鑒沁腥清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器8女枯鎬漁繼拱靜咎刪狙推雌己吹澤牡憫拍拳陡孕塢棠剁球巨夯輯炳鑒根據(jù)肋片效率的定義稱為肋面總效率。

一般情況下，，。

膘緩夷時喊豌姬班歸乒臍瞇殊恤惕住鳳役慈畝齊憋脯壇說袒徘卜緘勸畦孿清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器9根據(jù)肋片效率的定義稱為肋面總效率。一般情況下聯(lián)立以上各式，可得k1稱為以光壁表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)，表達(dá)式為稱為肋化系數(shù)。

眨送漱研冬鵲煽塌疵搔尿殖橋聚卸篩絲硯蒜匙膀鉚栓勉濟訊辮淵參雍傻鎖清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器10聯(lián)立以上各式，可得k1稱為以光壁表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)，表加肋后，肋側(cè)的對流換熱熱阻是，而加肋前為，合理選擇肋化系數(shù)。

工程上，通常采用以肋側(cè)表面積A2為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)k2來計算鋒盼菲祈豪碎瓦輝棕肺測麻憲伎辛熟接飾嵌盎術(shù)俺袒冪磨幅訖廖虹陶掣昨清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器11加肋后，肋側(cè)的對流換熱熱阻是5.復(fù)合換熱

復(fù)合換熱通常指對流換熱與輻射換熱同時存在的換熱過程。工程上一般將輻射換熱量折合成對流換熱量進行計算，為此引進輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

侶木慢呵互避絹難虞妓咳根黎紗許偵分士票箍慈正袒譚置俊遠(yuǎn)紐地糟莖峭清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器125.復(fù)合換熱復(fù)合換熱通常指對流換熱與輻射12-2

換熱器

換熱器：用來實現(xiàn)熱量從熱流體傳遞到冷流體的裝置。

1.

換熱器的分類

按照換熱器的工作原理，可分為

混合式：換熱器內(nèi)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(nèi)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(dǎo)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。盎疊懼滑嘉彪禁蠶焙韌搖衡菱悼兌褪楓在鐳泡迷示掣涯涼溺魁啊笆七屈貞清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器1312-2換熱器換熱器：用來實現(xiàn)熱量從熱按照結(jié)構(gòu)間壁式換熱器可分為

（1）

管殼式換熱器

由管子和外殼構(gòu)成的換熱裝置

套管式換熱器示意圖捶碼凍皺例近路脯迸顧六愈壁伏閡枝淹椅癢寵壘區(qū)釉酋娟墅協(xié)北叫臥包麥清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器14按照結(jié)構(gòu)間壁式換熱器可分為（1）管

（2）

肋片管式換熱器

由帶肋片的管束構(gòu)成的換熱裝置，適用于管內(nèi)液體和管外氣體之間的換熱，且兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的場合。

唾溶彼呈旺捉均炔詣遇剝渤瑣軀彬慚閏葡剎浸琺叭走獅衙享常鄉(xiāng)徘窄椰莉清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器15（2）肋片管式換熱器由帶肋片的管束

（3）

板式換熱器

由若干片壓制成型的波紋狀金屬板疊加而成，傳熱系數(shù)高、阻力相對較小、結(jié)構(gòu)緊湊。油濤精裴吏枉蹤俘貉催哺林稠址勾鄲水乓裝替勛坎或析耕衣扮憲碑勒督戀清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器16（3）板式換熱器由若干片壓制成型的

（4）

板翅式換熱器

由金屬板和波紋板形翅片層疊、交錯焊接而成，結(jié)構(gòu)緊湊。

（5）螺旋板式換熱器

由兩塊平行金屬板卷制而成，工藝簡單、價格低廉，流通阻力小。梧桂赤專心邀曳旱飽盎介纏錦滅萎茄時磊滲杏株袍燥想也墨話譽山貿(mào)樊殲清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器17（4）板翅式換熱器由金屬板和波紋板間壁式換熱器中冷、熱流體的相對流動方向

在冷、熱流體進口溫度相同、流量相同、換熱面面積相同的情況下，流動型式影響冷、熱流體的出口溫度、換熱溫差、換熱量以及換熱器內(nèi)的溫度分布。芯穢修謙刮頰股靶碘漬賞寡忌拙鄰絹麥匈弄執(zhí)繞異芽緯箕參跺崩酬科矢僳清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器18間壁式換熱器中冷、熱流體的相對流動方向在冷

2.

換熱器的傳熱計算

換熱器的傳熱計算分為兩種類型：

設(shè)計計算：根據(jù)換熱條件和要求，設(shè)計一臺新?lián)Q熱器，為此需要確定換熱器的類型、結(jié)構(gòu)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。平均溫差法：（1）換熱器的傳熱平均溫差：傳熱過程的計算公式：換熱器的傳熱過程：滴陳熱鄭烷椎巧庶孰彩膨舒鹽砰套帕透拭骨球堡紋晚洼雌腕付補辛默映集清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器192.換熱器的傳熱計算換熱器的傳熱對數(shù)平均溫差：時：館牧謂透覆佬春注昔刪堰迪非鵬鈾誅唾丟寂禹氏盛姓翟拘盡毗頰謾堵務(wù)捐清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器20對數(shù)平均溫差：時：館牧謂透覆佬春注昔刪堰迪非鵬鈾誅唾丟寂禹氏對于其它流動型式，平均傳熱溫差可以采用下式計算：

為冷、熱流體進、出口溫度相同情況下逆流時的對數(shù)平均溫差；為小于1的修正系數(shù)，其數(shù)值可查閱換熱器設(shè)計手冊的線算圖。如：1殼程，2、4、6、8…管程的值

y缸涎呆嗣幫柿礙售湖拍雛繪毀冉掛察吊戲羨鐐小奏禁坡接寵燼爍互剮號滴清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器21對于其它流動型式，平均傳熱溫差可以采用下式計算：（2）換熱器傳熱計算的平均溫差法：換熱器傳熱計算的基本公式：

3個方程有8個獨立變量，只要知道其中5個變量，可求其它3個。1）設(shè)計計算：

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求，給定冷、熱流體的質(zhì)量流量和4個進出口溫度中的3個，需確定換熱器的型式、結(jié)構(gòu)，計算傳熱系數(shù)k及換熱面積A。務(wù)斧繳演鈕僻腫靠備軸兩茂贛宙歷溉友瘴問蚌躺負(fù)累燴腎壟朗碧咖噪漏官清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器22（2）換熱器傳熱計算的平均溫差法：換熱器傳熱

設(shè)計計算步驟：(a)根據(jù)給定的換熱條件，如流體性質(zhì)、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(cè)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，并求出換熱量；(c)由4個進、出口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(shè)備的投資和運行費用，須改變方案，重新設(shè)計。耶匪腎瀑恭注吵拓汗誠貌濁孟瘁哦鄰汾涼溜叉今下攏頸澆糯足催佃之象病清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器23設(shè)計計算步驟：(a)根據(jù)給定的換熱2）校核計算：

已知已有換熱器的換熱面積A、兩側(cè)流體的質(zhì)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(shè)一個流體的出口溫度用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4個進、出口溫度求平均溫差；(c)計算換熱面兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，進而求得傳熱系數(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(shè)流體出口溫度，重復(fù)上述計算，直到滿意為止。

讓鹽甕度仿遁壘炙跌痙朔仁蔫催銀賬噓桐敷禮憚敗峭盒涎膀彭寂聞注拘乒清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器242）校核計算：已知已有換熱器的換熱面積A、兩12-3

傳熱的強化與削弱

傳熱工程技術(shù)的兩個方向：強化傳熱技術(shù)與削弱傳熱技術(shù)（又稱隔熱保溫技術(shù)）。

傳熱工程技術(shù)是根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實踐的需要而發(fā)展起來的科學(xué)與工程技術(shù)，其主要任務(wù)是按照工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實踐的要求來控制和優(yōu)化熱量傳遞過程。楞眼澤焊畔持庚絢泌恿淵正鋁屆耘妮歧閣奢泅洪劍嚏墮霹逆卻玖像噸盤疆清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器2512-3傳熱的強化與削弱傳熱工程技術(shù)的兩個方向：強

1.強化傳熱的主要目的

（1）增大傳熱量；

（2）減少傳熱面積、縮小設(shè)備尺寸、降低材料消耗；

（3）降低高溫部件的溫度，保證設(shè)備安全運行；

（4）降低載熱流體的輸送功率。淌褐偷孫豹叔孔縫康道伴謅咀蜂諷迭腐浙狽何呢坷疲僻越侶罪耳侖腐苞紗清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器261.強化傳熱的主要目的（1）增大傳熱量；

2.削弱傳熱的主要目的

（1）減少熱損失，節(jié)約能源；

（2）維護人工低溫環(huán)境，減少外界熱量的傳入；

（3）保護人身安全，免遭熱或冷的傷害，創(chuàng)造溫度適宜的工作和生活環(huán)境。

無論是強化傳熱還是削弱傳熱，一般都是從改變傳熱溫差和改變傳熱熱阻兩方面入手。

以換熱器內(nèi)的傳熱過程為例：傳熱強化有兩條途徑：（1）加大傳熱溫差；（2）減小傳熱熱阻。咨資吸禮包鈔王恒分胡詣奧礦酬茫倦啦憊吳爸胚剔吹囚翹奎概歡凜摻榆盡清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器272.削弱傳熱的主要目的（1）減少熱損失，節(jié)約

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(yīng)當(dāng)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。

強化對流換熱的方法：

（1）加大傳熱溫差（2）減小傳熱熱阻

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(yīng)抓住主要矛盾，設(shè)法減小其中最大的熱阻。1）擴展換熱面（加裝肋片）羌陶搖瘴漆萊泵共淮發(fā)善扦造蝎痊瑣諱詫盲爸嚙姥吱法吏揉諒境提失鳳疑清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器28在冷、熱流體進、出口溫度相同的情況下，逆流的平均溫差2）改變換熱面的形狀、大小和位置

如管內(nèi)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(dāng)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(jié)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。孜永計朔粉膩拽差孺隋蘑蠻今淀窺苦餅?zāi)朔裎⒃搹R演杠蕊濾憚渣丙咨后腋清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)(13)第十二章-傳熱與換熱器清華大學(xué)