化工原理-4章傳熱教材

化工原理

principlesofchemicalengineering

第四章傳熱延安大學化學與化工學院（HeatTransmission）第四章傳熱

第一節(jié)概述第二節(jié)熱傳導第三節(jié)對流傳熱第四節(jié)傳熱計算第五節(jié)熱輻射第六節(jié)換熱器4.1.1

傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應用一、化學反應需要一定的溫度和壓力才能進行反應N2+3H2→2NH3(g)Q=-92.4kJ/mol

CATΔ合成氨裝置

合成尿素裝置

2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O

Q=-210kJ/molCATΔ第一節(jié)概述CO+H2O→CO2+H2Q=+248kJ/mol

CAT二、化學反應釋放出的熱量需移出煤氣化廢熱鍋爐變換爐三、化工單元操作伴隨著熱量傳遞化工單元操作如精餾、吸收、蒸發(fā)、干燥等連續(xù)精餾裝置流程1-精餾塔；2-再沸器；3-冷凝器原料餾出液釜殘液精餾過程傳熱在粗甲醇精餾中的應用甲醇的主要應用領域是生產(chǎn)甲醛,甲醛可用來生產(chǎn)膠粘劑主要用于木材加工業(yè)，約占其消耗總量的80%。其次是用作模塑料、涂料、紡織物及紙張等的處理劑；高辛烷值無鉛汽油添加劑，也可作溶劑。甲醇作為一種清潔燃料可部分代替汽油使用，由于甲醇作內燃機燃料時排污少、價格低，且煤資源的豐富儲量，目前國內正在推廣使用甲醇燃料汽車。粗甲醇中除含有甲醇與水外，還含有許多種微量有機雜質，包括醇、醚、醛、酮、酸、酯、烷烴等。

傳熱在粗甲醇精餾中的應用：圖9－1蒸發(fā)裝置示意圖

單效蒸發(fā)的流程示意圖1-加熱室；2-分離室；3-混合冷凝器；4-氣液分離器；5-緩沖罐；6-真空泵蒸發(fā)過程釀酒四、設備或管道需要保溫和隔熱，節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本五、廢熱能和冷量的回收再利用

如煙道氣廢熱利用；液體汽化釋放的冷量來制冰塊等。熱傳導（導熱）對流傳熱（對流）輻射傳熱（輻射）

4.1.2傳熱的基本方式熱傳導簡稱導熱。當物體內部或兩個直接接觸的物體之間存在著溫度差，物體中溫度較高部分的分子因振動與相鄰分子發(fā)生碰撞，將能量一部分傳給后者。在熱傳導中，物體中的分子或質點不發(fā)生宏觀位移。

如：鐵棒加熱（捅火棍）一、熱傳導發(fā)生在物體內部或相互接觸的物體之間物體不發(fā)生宏觀的相對位移特點：

熱傳導是介質內無宏觀運動時的傳熱現(xiàn)象，其在固體、液體和氣體中均可發(fā)生，但嚴格而言，只有在固體中才是純粹的熱傳導，而流體其中也會由于溫度梯度所造成的密度差而產(chǎn)生自然對流，因此，在流體中對流與熱傳導同時發(fā)生。

熱對流是指流體中質點的位移和混合而引起的熱量傳遞過程。

僅發(fā)生在液體和氣體中。二、對流傳熱特點：流體中質點有相對的宏觀位移分類：自然對流：流體內部各處冷、熱流體的密度差異所致強制對流：借助外力的作用，如攪拌、泵、風機

熱輻射是以電磁波的形式發(fā)射的一種輻射能，當此輻射能遇到另一物體時，可被其全部或部分的吸收而變?yōu)闊崮堋?/p>

伴隨著能量形式的轉化舉例：穿黑色衣服三、熱輻射特點：輻射傳熱不需要任何介質作媒介，它可以在真空中傳播。（輻射傳熱與熱傳導及對流傳熱的根本區(qū)別）

實際上，以上三種傳熱方式很少單獨存在，一般都是兩種或三種方式同時出現(xiàn)。在一般換熱器內，輻射傳熱量很小，往往可以忽略不計，只需考慮熱傳導和對流兩種傳熱方式。本章將重點討論后面兩種傳熱方式。

這是化工生產(chǎn)中使用最廣泛的一種形式。間壁式換熱器的特點是冷、熱流體被一固體壁面隔開，分別在壁面的兩側流動，不相混合。傳熱時熱流體將熱量傳給固體壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷流體。4.1.3間壁換熱過程的剖析適用條件：間壁式換熱器適用于兩股流體間需要進行熱量交換而又不允許直接相混的場合。（如煤氣冷卻）——化工生產(chǎn)中最常遇到的換熱過程是間壁式換熱。

用來實現(xiàn)冷、熱流體之間熱量交換的設備都可稱為熱交換器或換熱器。在換熱器內可以是單純地進行物料的加熱或冷卻。

一、間壁式換熱器簡介:冷流體t1t2熱流體T1T2套管式換熱器單管程列管式換熱器雙管程列管式換熱器

板式換熱器

二、傳熱速率與熱流密度傳熱速率（Q）：單位時間內通過傳熱面的熱量。

單位：W——表示換熱器傳熱的快慢熱流密度（q）：單位時間內通過單位傳熱面的熱量。

單位：W/m2

三、穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱

穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱過程中，如果傳熱系統(tǒng)中各處溫度只隨位置而變，

而不隨時間而變，稱此過程為穩(wěn)態(tài)傳熱過程。此時，傳

熱速率Q為常數(shù)。

非穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱過程中，如果傳熱系統(tǒng)中各處溫度及有關物理

量（如Q、q等）隨時間而變，稱此過程為非穩(wěn)態(tài)傳

熱過程。注：化工生產(chǎn)過程大都屬于穩(wěn)態(tài)傳熱，間歇操作傳熱過程和連續(xù)生產(chǎn)中開、停車或改變操作參數(shù)時的傳熱過程屬于非穩(wěn)態(tài)傳熱

四、兩流體通過間壁換熱過程

間壁式換熱原理

不同的空間位置溫度是不同的，但某一固定位置，溫度不隨時間而變，屬于穩(wěn)態(tài)傳熱過程Q1=Q2=Q3=Q流體與固體壁面之間的傳熱以熱對流為主，并伴有分子熱運動引起的熱傳導

五、傳熱速率方程式傳熱過程推動力：溫差平均溫差Δtm：沿傳熱管長度，各位置溫差的平均值

速率方程式：Q—傳熱速率，J/s或WK—總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)或W/(m2·0C)A—傳熱面積，m2Δtm—兩流體平均溫度差，K或oC

將：寫成推動力與阻力的形式：R—總傳熱面的熱阻，K/Wr—單位傳熱面的熱阻，（m2·K/W）或

一、溫度場

在某一瞬間，物系內所有各點溫度分布的總和。是空間坐標和時間的函數(shù)。

穩(wěn)態(tài)溫度場：

非穩(wěn)態(tài)溫度場：t

—溫度τ

—時間4.2.1傅里葉(Fourier)定律第二節(jié)熱傳導

t/℃τ6τ4τ3τ2τ1τ7τ8τ0l/m加熱爐τi－時間導熱過程示意圖

二、等溫面

等溫面上各點溫度相等等溫面不會相交溫度場中，同一時刻相同溫度各點組成的面。等溫面特點：空間同一點不能同時具有兩個不同溫度

三、溫度梯度

等溫面法線方向的溫度變化率。記作grad

t法向等溫面等溫面、溫度梯度與熱流方向方向：沿溫度增高方向為正，且與等溫面垂直。

表示熱傳導速率與溫度梯度和垂直于熱流方向的導熱面積成正比。

四、傅里葉(Fourier)定律——熱傳導的基本定律Q——傳熱速率，Wλ——導熱系數(shù)，W/(m·K)或W/(m·0C)A——導熱面積，垂直于熱流方向的截面積，m2dt/dx——溫度梯度，0C/m2也可表示為:q——熱流密度，W/m2

4.2.2導熱系數(shù)

單位，

W/(m·K)或

W/(m·0C)

表示物質導熱能力的強弱，是物質的一種物理性質；

λ=f（物質的結構、組成、密度、溫度、壓強、濕度等）

金屬固體

>

非金屬固體

>

液體

>

氣體

課本P313附錄15、16、17物理意義：當dt/dx=1時，單位時間單位面積所傳遞的熱量。一、固體導熱系數(shù)·金屬材料10～102W/(m?K)·建筑材料10-1～10W/(m?K)·絕熱材料10-2～10-1W/(m?K)在一定溫度范圍內：

對大多數(shù)金屬材料a<0，t

對大多數(shù)非金屬材料a>0

，

t

常用固體材料的導熱系數(shù)澆注料氧化鋁空心球磚鉻剛玉磚高鉻磚——三層耐火磚的剖視圖二、液體導熱系數(shù)

金屬液體

較高，非金屬液體

低；

非金屬液體中水的

最大；水和甘油：t

，

其它液體：t

，

0.09～0.6W/(m·K)液體的導熱系數(shù)

三、氣體導熱系數(shù)

t

，

隨p的變化很小氣體不利于導熱，有利于保溫或隔熱。0.006～0.4W/(m·K)(氣體分子熱運動增強)

4.2.3平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導

一、單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導t1btxdxQ導體的熱阻K/WAt2t1>t2

r——單位傳熱面積導體的熱阻m2·K/W熱流密度：

設壁厚b處的溫度為t,則變?yōu)?得到:結果發(fā)現(xiàn):平壁內溫度沿壁厚呈直線關系（λ為常數(shù)）書P110例4-1二、多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導t1t2b1tb2b3t2t4t3鍋爐墻壁：耐火磚、保溫磚、普通磚由三種不同材質構成的多層平壁截面積為，各層的厚度為b1，b2和b3，各層的導熱系數(shù)為

1，

2和

3

，若各層的溫度差分別為Δt1、Δt2和Δt3，則三層的總溫度差Δt。穩(wěn)態(tài)傳熱t(yī)1t2b1tb2b3t2t4t3在多層平壁中，溫度差大的壁層，則熱阻也大。課本P111例題4-24.2.4圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導一、單層圓筒壁的熱傳導傳熱面積不再是固定不變的常量，而是隨半徑而變圓筒壁的熱傳導也可仿照平壁的熱傳導來處理

——圓筒內壁半徑，m；

——圓筒外壁半徑，m；

——圓筒壁的平均半徑，m；

——圓筒長度，m。r2/r1>2時，r均取對數(shù)平均值單層圓筒壁的導熱熱阻r2/r1≤2時，r均取算術平均值二、多層圓筒壁的熱傳導澆注料氧化鋁空心球磚鉻剛玉磚高鉻磚——三層耐火磚的剖視圖氣化爐用耐火材料

——高鉻磚、鉻剛玉磚、空心球磚

由不同材質構成的多層圓筒壁的熱傳導也可按多層平壁的熱傳導處。但是，作為計算各層熱阻的傳熱面積不再相等，而應采用各層的對數(shù)平均面積。三層圓筒壁，其公式為第三節(jié)對流傳熱

冷熱兩個流體通過金屬壁面進行熱量交換時，由流體將熱量傳給壁面或者由壁面將熱量傳給流體的過程稱為對流傳熱。對流傳熱層流流動：導熱湍流流動：

一般將流動流體中存在溫度梯度的區(qū)域稱為傳熱邊界層，也是傳熱的主要熱阻。

一、對流傳熱分析4.3.1對流傳熱方程與對流傳熱系數(shù)

層流底層：導熱湍流主體：熱對流熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ

流體通過間壁的熱交換

熱邊界層的特點：

層內（近壁處）：集中全部的溫差和熱阻

層外（流體主體）：等溫區(qū)，無溫差和熱阻

流動邊界層對熱邊界層的影響：

湍流區(qū)：質點相互混合交換熱量，溫差小。過渡層：質點混合、分子運動共同作用，溫度變化平緩。

層流內層：導熱為主，熱阻大、溫差大。

二、熱邊界層——近壁處，流體溫度顯著變化的區(qū)域。大量實踐證明：在單位時間內，以對流傳熱過程傳遞的熱量與固體壁面的大小、壁面溫度和流體主體平均溫度二者間的差成正比。即

式中

Q——單位時間內以對流傳熱方式傳遞的熱量，W；

A——固體壁面積，m2；

Δt——壁面溫度與流體主體的平均溫度的差值，℃

引入比例系數(shù),則上式可寫成

三、對流傳熱方程：---對流傳熱系數(shù)，單位W/(m2·K)物理意義:流體與壁面溫度差為1℃時，在單位時間內通過每

m2傳遞的熱量。所以此值表示對流傳熱的強度?！獙α鱾鳠岱匠淌交蚺ｎD冷卻定律

對流傳熱過程的熱阻

熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ

流體通過間壁的熱交換

熱流體與壁面間對流傳熱：冷流體與壁面間對流傳熱：4.3.2對流傳熱系數(shù)（α）的經(jīng)驗關聯(lián)式

凡是影響邊界層導熱和邊界層外對流的條件都有關，實驗表明，影響的因素主要有：

(2)流動狀態(tài)(1)流體的種類：液體、氣體

湍流

>層流

液體>氣體一、影響對流傳熱系數(shù)的主要因素

(3)引起流動的原因自然對流：由于流體內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。

強制

>自然

(6)是否發(fā)生相變

相變

>無相變(5)傳熱面的形狀，大小和位置形狀——管、板、管束等；大小——管徑、管長、板厚等；位置——管子的排列方式，垂直或水平放置。(4)流體的物性

，

，

，cp

有相變傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰無相變傳熱：強制對流、自然對流

量綱分析法：

如果一個物理過程涉及n個物理量和m個基本量綱，則這個物理過程可以用由n個物理量組成的n-m個零量綱量的函數(shù)關系來描述。二、對流傳熱系數(shù)因次分析對流傳熱而言有7個物理量，3個基本量，即n=7,m=3,則對流傳熱系數(shù)可用4個零量綱的物理量表示.7個基本單位：長度、質量、時間、溫度、物質的量、電流強度、發(fā)光強度。

由于影響對流傳熱系數(shù)的因素太多，要建立一個通式來求各種條件下的是很困難的。目前工程計算中采用理論分析與實驗相結合的方法建立起來的經(jīng)驗關聯(lián)式，即準數(shù)關聯(lián)式。將上式轉換為無因次形式，得：——表示，無相變條件下，對于一定類型的傳熱面，對流傳熱系數(shù)無因次準數(shù)關聯(lián)式單位質量流體浮升力

準數(shù)的名稱、符號和含義

可表示成或

①努賽爾準數(shù)說明：

▲反映對流傳熱的強弱，包含表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；

▲努賽爾數(shù)恒大于1。l：特征尺寸

平板——流動方向的板長；管——管徑或當量直徑；說明：反映流動狀態(tài)對α的影響。②雷諾準數(shù)

③普蘭特準數(shù)說明：▲反映流體物性對傳熱的影響▲反映熱擴散和動量擴散的相對大小

說明：反映自然對流的強弱程度。

④格拉斯霍夫準數(shù)（浮升力特征數(shù)）強制對流自然對流混合對流

注意：（1）適用范圍根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定，使用時不能超過規(guī)定的Re、Pr、Gr（2）特性尺寸管內：L=d內管外：L=d外套管：L=d當（3）定性溫度（確定準數(shù)中流體的物性參數(shù)μ、λ、ρ、cp的溫度）①取流體的平均溫度②取壁面的平均溫度③取流體和壁面的平均溫度（膜溫）

流體無相變時對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式為：4.3.3流體無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關聯(lián)式強制對流時Gr可忽略不計,即自然對流時Re可忽略不計，即

（1）低黏度流體

流體被加熱n=0.4流體被冷卻n=0.3應用范圍：

a.Re>104,0.6<Pr<160,L/d內

>50,氣體或低粘度的液（

<2

水）

b.定性溫度：流體進、出口的算術平均值

c.特征尺寸：管內徑一、流體在管內強制對流時的α1、流體在圓形直管內強制湍流時的α

（2）高粘度液體適用范圍：a.Re>104,0.7<Pr<16700,L/d內≥60

b.定性溫度：除黏度μw取壁溫外，其余均取流體進、出口溫度的平均值當液體被加熱時：當液體被冷卻時：對于氣體，不管是加熱或冷卻

（3）短管

L/d<50的管子，管入口處擾動大，α較大，需乘以校正系數(shù)φi對α校正（4）彎管

流體在彎管內受離心力作用，擾動大，α較大，需乘以校正系數(shù)εR對α校正R——彎管的曲率半徑

2、流體在圓形直管內強制層流時的α適用范圍:a.Re<2300,Re·Pr·d內/L>10,0.6<Pr<6700

b.定性溫度：除黏度μw取壁溫外，其余均取流體進、出口溫度的平均值（1）Gr<25000時，自然對流影響可忽略不計（2）Gr>25000時，自然對流影響不可忽略不計，α需乘以校正系數(shù)ψ進行校正

3、流體在圓形直管內處于過渡區(qū)時的αRe=2300-10000時，α需乘以校正系數(shù)f進行校正4、流體在非圓形直管內強制對流時的α適用范圍:a.12000<Re<220000,1.65<d外管內徑/d內管外徑<17

b.定性溫度：取流體進、出口溫度的平均值二、流體在管外強制對流時的α三、大空間自然對流傳熱

第四節(jié)傳熱計算兩類問題：（1）設計型計算：根據(jù)工藝提出要求,計算A（2）校核型計算：驗證能否滿足工藝要求,計算Q

計算基礎：

熱量衡算方程和傳熱速率方程

一、傳熱量（熱負荷）——冷熱流體單位時間內所交換的熱量1、一個滿足工藝要求的換熱器，必須使傳熱速率Q≥Q負荷但實際設計換熱器時，可按Q=Q負荷來計算2、傳熱速率和熱負荷的區(qū)別：

（1）熱負荷是工藝條件決定的，是對換熱器換熱能力的要求

（2）傳熱速率是換熱器本身的換熱能力，是設備的特性

3、穩(wěn)態(tài)傳熱，忽略熱損失時

冷流體吸收熱量=熱流體放出熱量4.1.1熱量衡算二、熱負荷的計算

1、無相變的傳熱過程

2、有相變傳熱過程r——蒸汽的氣化熱，kJ/kg①飽和狀態(tài)下

說明：①換熱過程中各流股熱流量間關系；

②各流股間相互制約，熱量守恒。②非飽和狀態(tài)下例：過熱蒸氣→冷凝→過冷液體ts——壓力p下流體的飽和溫度

傳熱過程按流體各點溫度變化情況分類4.4.2傳熱平均溫度差的計算恒溫傳熱變溫傳熱

一、恒溫傳熱

傳熱壁面兩側流體溫度恒定例如：蒸發(fā)器中飽和水蒸汽——冷凝液體——沸騰氣化

11212

tc1tc2th1th2tc1tc2th1th2并流逆流錯流折流二、變溫傳熱

1、流動形式

沿管長某截面取微元傳熱面積dA，2、平均溫差△tm的計算傳熱速率方程：熱量衡算方程：tc1tc2th1th2tc1tc2th1th2（1）并流和逆流

th1tc2th2

傳熱量dthdtcdAdФtc1Δt=th-tc

平均傳熱溫度差的推導ФΔt2Δt1Ф當qmhcph、qmccpc=常數(shù)時，

Q-th、Q-tc為線性關系，所以，Q-(th-tc)也為線性關系斜率

說明：

并流：逆流：當△t1/△t2

≥2時，當△t1/△t2<2時，

（2）錯流、折流△tm的計算11212

△先按逆流計算△tm,逆，然后再乘以校正系數(shù)ε△t△△根據(jù)R、P查ε△t書P131圖4-19，P132圖4-20

三、總傳熱系數(shù)

K的來源選取經(jīng)驗值實驗測定計算

1、總傳熱系數(shù)計算冷流體側管壁熱流體側穩(wěn)態(tài)傳熱時Q=Q1=Q2=Q3

由于則討論：

（1）A=A0時傳熱面為圓筒壁時，A0≠Am≠Ai（2）A=Ai時（3）A=Am時2、污垢熱阻

污垢層厚度及導熱系數(shù)不易估計，工程計算時，常采用經(jīng)驗值。如計算管外壁總熱阻時：

3、平壁與薄壁管

A0≈Ai≈Am≈A則，當b/λ較1/α0,1/αi小的多時，b/λ可忽略不計，同時污垢熱阻也可忽略則結論:（1）K接近α0，αi中較小的一個

（2）當α0>>αi時，K≈αi4、壁溫的計算其中th,w,tc,w分別為冷熱流體管壁的平均溫度,壁溫總是接近α較大一側的流體溫度若αi=α0時，第五節(jié)輻射傳熱4.5.1基本概念

(1)熱輻射物體以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過程,稱為熱輻射。一定波長內(0.4-40μm，主要是可見光和紅外光)，具有熱效應。*以電磁波形式傳播，不需要任何介質進行傳遞。*兩次能量形式轉化:內能1

→電磁波能→內能2。*熱輻射可穿越真空，但對流、熱傳導不能?！锞哂蟹瓷洹⒄凵浜臀盏奶匦?；★服從光的反射、折射定律；★能在均一介質中作直線傳播。(2)特點

(3)輻射傳熱的特性輻射能的吸收、反射和透射ΦΦDΦAΦR吸收率反射率透射率

黑體：能全部吸收輻射能的物體A=1；

白體：能全部反射輻射能的物體R=1；

透熱體：能全部透過輻射能的物體D=1；

灰體：能以相同的吸收率A，吸收全部波長輻射能的物體。工業(yè)上，多數(shù)物體都可近似視為灰體(A相差不大)。輻射能的吸收、反射和透射4.5.2物體的輻射能力與斯蒂芬-玻爾茲曼定律

(1)發(fā)射能力E(輻射能力)W/m2指：一定溫度下，單位時間，單位面積上，物體所能發(fā)射出的全部波長的總能量。指：一定溫度下，單位時間，單位面積上，物體發(fā)射的某一波長的總能量?！鲉紊l(fā)射能力Eλ：W/m2△黑體的發(fā)射能力E0：250000246108500015000350002000010000300001400℃1200℃1000℃800℃600℃λ/μm1.155×10－6Eλ,0/Wm-2普朗克定律圖示dλ(2)輻射基本定律①普朗克定律

說明：②斯蒂芬-波爾茨曼定律

表明黑體的發(fā)射能力與溫度的關系。

灰體的發(fā)射能力

C：灰體的發(fā)射系數(shù)C<C0

C=f(物性、溫度、表面)實驗證明：

表明：灰體接近黑體的程度，

ε值由實驗測定。黑度（發(fā)射率）4.5.3克?；舴蚨?/p>

設：A---灰體

B---黑體

A發(fā)射輻射能全部被B吸收。

B發(fā)射輻射能：部分被A吸收-；部分被A反射-；熱平衡時，對灰體而言：說明：對任何物體，發(fā)射能力和吸收率比值為常數(shù)，且等于同溫度下，黑體的發(fā)射能力。

說明：同溫度下，任一物體吸收率等于黑度。4.5.4兩固體間的輻射傳熱化工生產(chǎn)中常遇到的固體壁面可按灰體處理；輻射在固體表面進行。兩無限大平壁間輻射有效輻射：

兩固體壁面間的有效輻射φ：角系數(shù)(總能量被壁面攔截分率)。φ=f(兩壁面形狀，大小，相對位置，距離等）024516730.21.00.80.60.4341－圓盤形2－正方形3－長方形（邊長比2:1）4－長方形（狹長）21角系數(shù)ψ平行壁間輻射傳熱的角系數(shù)

4.6.1換熱器的分類一、按用途---加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器、蒸發(fā)器等。二、按傳熱方式

2、直接接觸式：冷、熱直接混合。

第六節(jié)換熱器熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ流體通過間壁的熱交換冷流體熱流體熱流體冷流體

蓄熱式換熱器示意圖

3、蓄熱式：由熱容較大的蓄熱室構成，室中填充耐火磚等填料。1、間壁式：冷、熱兩流體由金屬壁隔開，不直接接觸。

三、按換熱器傳熱面的形狀和結構分類1、管式換熱器——通過管壁面進行傳熱列管式換熱器套管式換熱器蛇形管式換熱器翅片管式換熱器2、板式換熱器

——通過板面進行傳熱

平板式螺旋板式板翅式4.6.2

間壁式換熱器

管式換熱器板式換熱器其他形式換熱器

換熱面的形式：1、套管換熱器優(yōu)點：結構簡單，制造方便能耐高壓傳熱面易于增減缺點：單位傳熱面積金屬消耗大管子接頭多，易漏阻力損失大外管內管一、管式換熱器——適用于流速不大、所需傳熱面不大及高壓的場合。

2、蛇管換熱器①.

沉浸式蛇管換熱器優(yōu)點：結構簡單，便于制造和防腐管內能耐高壓缺點：

管外α小，則K?。◤娀胧喝萜鲀燃訑嚢柩b置，提高K）

蛇管的形狀

②.噴淋式換熱器——多用于管內熱流體的冷卻優(yōu)點：結構簡單，便于檢修和清洗管內能耐高壓管外

比沉浸式大缺點：

噴淋不易均勻占地面積大，冷卻水消耗大直管水槽

3、列管換熱器(管殼式換熱器）——化工生產(chǎn)中應用最為廣泛組成：管束、管板、封頭、殼體、折流擋板圓缺形圓盤形圓盤形圓缺形

冷熱流體分別流經(jīng)管程和殼程，由于溫度不同，膨脹程度有所不同，當溫差大于50℃時，導致設備彎曲、變形甚至破裂，此時應考慮熱膨脹因素，并設法加以補償。根據(jù)補償方式，列管是換熱器可分為固定管板式浮頭式U形管式釜式填料函式特點：結構簡單，成本低，須在殼體上設置膨脹節(jié)，但殼程檢修和清洗困難?！m用于殼程流體清潔且不易結垢，兩流體溫差不大的場合。①.固定管板式——加熱補償圈/膨脹節(jié)(降低由于熱膨脹產(chǎn)生的內應力)

單程：

一管程：流體在管內每通過管束一次

一殼程：流體在管外每通過殼體一次

多程：

多管程：封頭內設置分程隔板單管程→多管程

多殼程：相當于單殼程串聯(lián)，傳熱面積↑。單管程固定管板換熱器tc1tc2th1th2

單管程換熱器管、殼程流體流動

雙管程換熱器內的流體流動②浮頭式換熱器特點：可消除熱應力,管束可以從管內抽出，便于清洗和檢修,但結構復雜，造價高。適用于殼體與管束溫差較大或殼程流體容易結垢的場合。

③U型管式換熱器特點：結構較浮頭簡單；但管程不易清洗。只適用于潔凈而不容易結垢的流體。

U型管換熱器內的流體流動④填料函式換熱器

特點：結構較浮頭式簡單，造價低，管程殼程均能清洗，但填料函耐壓不高，殼程介質可能通過填料函外漏。適用于管程殼程溫差較大或介質易結垢，殼程壓力不高的場合。⑤釜式換熱器

特點：殼體上設置蒸發(fā)空間。管束可以為固定管板式、浮頭式、

U形管式，清洗方便，且能承受高溫高壓。適用于液體沸騰氣化的場合。（4）翅片式換熱器

特點：在換熱器的外表面或內表面裝有許多翅片，作為空氣冷卻器，在工業(yè)上應用很廣。

1、夾套式換熱器——主要用于反應過程的加熱或冷卻優(yōu)點：

結構簡單缺點：

A有限釜內α小二、板式換熱器強化措施：釜內加攪拌釜內加螺旋隔板加熱蒸汽釜冷凝水物料物料攪拌器

結構：是在容器外壁安裝夾套

制成，器壁是傳熱面。

2、平板式換熱器板式換熱器流向示意圖

板片表面槽型和波紋型作用：提高流體湍動程度；增加傳熱面積；易于液體均勻分布。優(yōu)點：

結構緊湊，單位體積傳熱面積大操作靈活，裝拆方便

K大缺點：耐溫、耐壓差,易漏處理量小3、螺旋板式換熱器優(yōu)點：結構緊湊不易結垢,堵塞

K大保持逆流,

tm大缺點：

壓力,溫度不能太高難以維修同樣物料和流速下，阻力位直管的3-4倍4、板翅式換熱器優(yōu)點：流體湍動程度高，K大；結構緊湊，單位體積的A較大；缺點：易堵塞，清洗困難；構造復雜逆流錯流4.6.3強化傳熱的途徑強化傳熱，可

tm

、A

、K

1、增加傳熱面積

改善傳熱表面，增加單位體積設備的傳熱面積。

如采用：△不同異形管；△開槽及加翅片；△折流形式；△多孔、高效傳熱面。波紋管式傳熱管縱向翅片管橫向翅片管螺旋槽紋管縮放管翅片管截面

——傳熱溫度差是傳熱過程的推動力。

a.兩側變溫，盡量采用逆流方法：

2．增大平均溫度差

tm

b.加熱劑th,1

或冷卻劑tc,1

——增大K值是在強化傳熱過程中應該著重考慮的方面。提高傳熱系數(shù)是提高傳熱效率的最有效途徑。a.增強流體的人工擾動，強化流體的湍動程度b.防止結垢和及時清除垢層，以減小污垢熱阻。方法：3．增大傳熱系數(shù)4.6.4列管式換熱器的設計與選用

1．流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則2