第二章传热.课件.ppt

1、第二章 传热2.12.1 热传导热传导2.22.2 对流传热对流传热2.32.3 辐射传热辐射传热2.42.4 稳定传热过程计算稳定传热过程计算2.52.5 不稳定传热不稳定传热2.62.6 换热器简介换热器简介基本概念基本概念热传导热传导(conduction);(conduction);对流对流(convection);(convection);辐射辐射(radiation)(radiation)。 传热是由于温度差而引起的能量转移传热是由于温度差而引起的能量转移热量传递。热量传递。根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：强化传热：加热或冷却物料强化

2、传热：加热或冷却物料削弱传热：设备和管道的保温，减少热损失削弱传热：设备和管道的保温，减少热损失2.1热传导热传导（conduction）通过微观粒子（分子、原子和电子）的运动通过微观粒子（分子、原子和电子）的运动实验能量传递。实验能量传递。A A 傅立叶定律傅立叶定律 热导率（热导率（thermal conductivity）,W/(mK)其中保温隔热材料：其中保温隔热材料： 非金属固体非金属固体液体液体气体气体大多数食品物料热导率的数量为大多数食品物料热导率的数量为101热传导时，物质内不同位置的温度可能不同，热传导时，物质内不同位置的温度可能不同，也会不同，一般取两传热温度下的平均值。也

3、会不同，一般取两传热温度下的平均值。平壁平壁：一维热传导：一维热传导q为常量为常量圆筒壁圆筒壁：温度仅沿半径方向变：温度仅沿半径方向变 化化Q是常量是常量A 单层平壁的稳态导热单层平壁的稳态导热RTbTTbTT/)(2121平均热导率）若热导率为常量（或取热流密度dxdTq TxbdxT1T2QosQq Q:传热速度（热流量）传热速度（热流量）W(J/S)R:导热热阻导热热阻S:传热面积传热面积傅立叶定律傅立叶定律是热是热传导的基本定律传导的基本定律当当为常量时为常量时 )()(121TTbTTq则平壁内任一等温面的温度则平壁内任一等温面的温度bTTTT)(211xT1TT2bB 单层圆筒壁单

4、层圆筒壁111221ln)(2ln2rrTTLrrTTLQdrdTrldrdTSQ)2(则圆筒内的温度分布则圆筒内的温度分布121211lnln)(rrrrTTTT温度仅仅沿半径方向变化温度仅仅沿半径方向变化传热面积不是常量。随半径而变传热面积不是常量。随半径而变Q Q是常数，是常数，q q不是常数不是常数A 多层平壁多层平壁334322321/bTTbTT/b-TTq12133221141bbbTTqTx123qT1T2T3T42.1.3 多层平壁的稳态导热多层平壁的稳态导热平壁稳定导热平壁稳定导热q q 相等相等某冷库壁面由某冷库壁面由0.076m厚的混凝土外层，厚的混凝土外层，0.100

5、厚的软木中间厚的软木中间层及层及0.013m厚的松木内层组成。其相应的热导率为：混凝厚的松木内层组成。其相应的热导率为：混凝土土0.762W/(mK)；软木；软木0.0433W/(mK).松木松木0.151W/(mK).冷库内壁面温度为冷库内壁面温度为18，外壁面温度为，外壁面温度为24.求进入冷库求进入冷库的热流密度以及松木与软木交界面的温度。的热流密度以及松木与软木交界面的温度。解：由题意为三层平壁的导热，解：由题意为三层平壁的导热，T1=24,T4=-18,b1=0.076m,b2=0.100m,b3=0.013m,1=0.762W/(mK),2= 0.0433W/(mK) ,3 =0.

6、151W/(mK)(1)计算热流密度计算热流密度q233221141/8 .16151. 0013. 00433. 0100. 0762. 0076. 0)18(24mWbbbTTq(2)计算松木与软木交界面的温度计算松木与软木交界面的温度T3CqbTTbTT6 .16151. 0/013. 08 .1618/33433343q12121ln12rrTTLQ34343ln12rrTTLQ23232ln12rrTTLQB 多层圆筒壁的稳态导热多层圆筒壁的稳态导热r1r2r312T1T2T3多层圆筒壁多层圆筒壁Q Q相等相等整理上三式可得整理上三式可得 34323212141ln1ln1ln1)(

7、2rrrrrrTTLQr1r2r312T1T2T3。8 .7382423.63.10508.00254.00254.00254.02/0508.0127.02/0254.2C Cr r3 33C,5K);W/(m0K),W/(m2m,0m,031212TTrmbr1解：已知r rW/m10.242310.01270.025421.631)3.14(538211223212310868 .370.02540.0508lnlnrrlnrrln)T(TQ/L1例：内径为例：内径为25.4mm，外径为，外径为50.8mm的不锈钢管，其热的不锈钢管，其热导率为导率为21.63w/(m.k).外包厚度为外

8、包厚度为25.4mm的石棉保温层，的石棉保温层，其热导率为其热导率为0.2423w/(m.k).管的内壁面温度为管的内壁面温度为538，保，保温层的外表面温度为温层的外表面温度为37.8,计算钢管单位长度的热损失计算钢管单位长度的热损失及管壁与保温层分界面的温度。及管壁与保温层分界面的温度。（1）单位管长的热损失）单位管长的热损失Q/L12211ln)(2rrTTLQT2 =532.5（2）计算管壁与保温层分界面的温度）计算管壁与保温层分界面的温度5.53263.21210127.00254.0ln108653821ln)(11212rrLQTT2.2 对流传热对流传热2.2.1 牛顿冷却定律

9、牛顿冷却定律（Newtons Law of cooling ）T TS S式中式中 对流传热系数，对流传热系数，W/（m2K） S 总传热面积，总传热面积，m2 T 温度差的平均值温度差的平均值对流传热的所有复杂性都集中在对流传热的所有复杂性都集中在中中对流传热对流传热-流体与固体壁面流体与固体壁面热对流流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过热对流流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程程仅发生在流体仅发生在流体TSQ反映了对流传热的快慢，反映了对流传热的快慢，越大表示对流传热愈快。越大表示对流传热愈快。与与不同，不是物理性质，受许多因素影响。不同，不是物理性质，受许多因素影响。距离距离T

10、Twtwt热流体热流体冷流体冷流体传热壁面传热壁面湍流主体湍流主体湍流主体湍流主体传热壁面传热壁面层流层流底层底层层流层流底层底层传热方向传热方向对流传热示意图对流传热示意图各质点混合各质点混合温度梯度小温度梯度小各处温度基本相同各处温度基本相同对流传热对流传热对流传热热阻对流传热热阻主要滞流内层（层流底层）主要滞流内层（层流底层）分层流动，分层流动，各层通过各层通过导热进行。导热进行。热导率小，热导率小，导热热阻导热热阻大，温度大，温度梯度大。梯度大。n对流传热系数关联式srnrmeuGPARN 2.2.2 对流传热系数关联式的建立方法对流传热系数关联式的建立方法理论方法理论方法实验方法实验

11、方法量纲分析实验确定各准数关系量纲分析实验确定各准数关系准数的符号与意义 准数名称符号准数式意义努塞尔（Nusselt） Nu对流传热系数的准数雷诺（Reynolds）Re流动状态的准数LLusrnrmeuGPARN 准数的符号与意义 准数名称符号准数式意义普兰特（Prandtl） Pr物性影响的准数格拉斯霍夫（Grashof） Gr自然对流影响的准数pC223TLg流体在管内作强制对流流体在管内作强制对流流体在流体在圆形直管内圆形直管内用强制湍用强制湍流、层流、过渡流流、层流、过渡流流体在流体在圆形弯管内圆形弯管内作强制作强制对流对流流体在流体在非圆形管内非圆形管内作强制作强制对流对流流体外

12、绕壁面强制对流流体外绕壁面强制对流流体平行流过平板流体平行流过平板流体流过单个球体的表面流体流过单个球体的表面流体垂直流过圆柱体流体垂直流过圆柱体流体在搅拌槽内强制对流流体在搅拌槽内强制对流大空间自然对流传热大空间自然对流传热蒸气冷凝放热蒸气冷凝放热沸腾传热沸腾传热2.2.3 流体在管内强制对流流体在管内强制对流气体或低粘度液体nreuPRN8 . 0023. 014. 0318 . 0027. 0WreuPRN高粘度液体流体绕外壁强制对流绕方形物体绕柱形物体流体绕外壁强制对流2.2.6大空间自然对流传热n例题：某管道上有一个边长为例题：某管道上有一个边长为0.051m0.04m的长的长方形铜

13、片，它的温度均匀地保持在方形铜片，它的温度均匀地保持在82.2，当，当101.3kPa、7.8的冷空气以的冷空气以12.2m/s的速度沿长边平的速度沿长边平行流过此铜片时，试计算对流传热系数。行流过此铜片时，试计算对流传热系数。6.06985.0Pr10310572.3Re6985.0Pr,/111.1)/(10791.2,10935.154325Lumkgkmwspa4528 . 72 .82T解：定性温度解：定性温度定性尺寸定性尺寸 L0.051m在附录中查得在附录中查得45、101.3kpa下空气物性如下：下空气物性如下：)/(9 .60PrRe664. 0PrRe664. 03/15

14、. 03/15 . 0kmwLLNu2.2.7蒸气冷凝放热n冷凝传热过程分析n膜状冷凝传热系数的关联式蒸气冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝饱和蒸气与低于其温度的壁面接触时，放出潜热。1800 13. 125. 032eRTLgr1800 0077. 04 . 033. 032eeRRg水以水以1m/s的流速从的流速从2525mm2.5mm的管内流过，由的管内流过，由20加热加热40，管长，管长3m.求水与管壁之间的对流传热系数。求水与管壁之间的对流传热系数。解：由题意得出管内强制流动。解：由题意得出管内强制流动。（1）定性温度：）定性温度： 定性尺寸：定性尺寸：3024020T（2）查取定性温度下的物

15、性。）查取定性温度下的物性。mdi02. 0)/(6171.0),/(174.4,1012.80,/7 .99553kmwkkgkJCspamkgp42. 56171. 01012.8010174. 4Pr1011049. 21012.807 .995102. 0Re6015002. 0353445piiCuddL4101Re)/(4588PrRe023. 024 . 08 . 0Kmwdi（3）计算水的对流传热系数）计算水的对流传热系数为湍流，选用式为湍流，选用式210，水被加热，水被加热，n=0.4100的的 饱和水蒸气在外径为饱和水蒸气在外径为0.05m，长度为，长度为2m的单根垂的单根

16、垂直圆管外冷凝，管外壁温度为直圆管外冷凝，管外壁温度为80.度求单位时间的蒸气度求单位时间的蒸气冷凝量。如果管子改为水平放置，问蒸气冷凝量为多少？冷凝量。如果管子改为水平放置，问蒸气冷凝量为多少？解：蒸气的冷凝潜热取解：蒸气的冷凝潜热取100下的值，由附录查得下的值，由附录查得：kgkJr/4 .22582080100T)/(5380)2021065.316804. 03 .965104 .225881. 9(13. 113. 124/15234/132kmwTLgr定性温度定性温度 T（10080）/290由附录查得由附录查得90下水的物性为下水的物性为spamkgkmw531065.31,

17、/3 .965,/6804. 0（1）单根垂直圆管外冷凝。先假设为层流，则用式）单根垂直圆管外冷凝。先假设为层流，则用式222skgrQWs/015. 0104 .2258/10380. 3/34wTSQ410380. 320205. 05380 skgWskmwdLVHVH/0242. 0015. 061. 1/8662538061. 161. 161. 105. 0/213. 1/725. 0/13. 1/725. 0/24/10HV和180012041065.31104 .2258202538044Re53rTL校对流动类型：校对流动类型：假设正确：假设正确：由牛顿冷却定律，得由牛顿冷却

18、定律，得蒸气冷凝量为蒸气冷凝量为单根水平管外冷凝。以单根水平管外冷凝。以 分别表示管垂直和水平放分别表示管垂直和水平放置时的冷凝传热系数，用式置时的冷凝传热系数，用式224除以式除以式222，并注意，并注意到到N1，得，得2.2.8 沸腾传热沸腾传热液体与温度高于其液体与温度高于其饱和温度的壁面接饱和温度的壁面接触被加热汽化、并触被加热汽化、并产生气泡的过程称产生气泡的过程称为液体沸腾或沸腾为液体沸腾或沸腾传热。传热。同种液体同种液体沸腾传热沸腾传热时的时的对流传热系数比无相变对流传热系数比无相变时的大。时的大。大容器内饱和沸腾随加热面壁温与液体饱和温度之差大容器内饱和沸腾随加热面壁温与液体饱

19、和温度之差T TTw-TsTw-Ts的变化出现不同类型的沸腾状（三个阶段）的变化出现不同类型的沸腾状（三个阶段）1 当温差较小时，加热表面上的液体轻微过热，使液体当温差较小时，加热表面上的液体轻微过热，使液体内部产生自然对流，但没有气泡逸出液面，只在液体内部产生自然对流，但没有气泡逸出液面，只在液体表面发生蒸发。表面发生蒸发。自然对流自然对流2 当温差升高，气泡开始在加热面个别地点产生（称为当温差升高，气泡开始在加热面个别地点产生（称为汽化核心）。在此阶段由汽化核心产生的气泡对传热汽化核心）。在此阶段由汽化核心产生的气泡对传热起着主导的作用，起着主导的作用，泡核沸腾或核状沸腾泡核沸腾或核状沸腾

20、3 随着温差的进一步增大，加热面的汽化核心数进一步随着温差的进一步增大，加热面的汽化核心数进一步增多，气泡产生的速度大于脱离加热表面的速度，使增多，气泡产生的速度大于脱离加热表面的速度，使得气泡在脱离壁面前就连接起来，形成一层蒸气膜。得气泡在脱离壁面前就连接起来，形成一层蒸气膜。不稳定膜状沸腾稳定膜状沸腾不稳定膜状沸腾稳定膜状沸腾由泡核沸腾向膜状沸腾过渡的转折点称为临界点。由泡核沸腾向膜状沸腾过渡的转折点称为临界点。2.3.1 基本概念基本概念1.1.热辐射热辐射物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程称为热辐射能量的过程称为热辐射（thermal

21、 radiation）2.3 辐射传热辐射传热2、吸收率、吸收率 A，反射率，反射率 R 和透过率和透过率 D （Absorption,Reflection and Diaphaneity )3、黑体、白体和透体、黑体、白体和透体黑体黑体 A=1 白体白体 R=1 热透体热透体 D=1DRAQQQQ1QQQQQQDRA1DRA根据能量守恒定律：根据能量守恒定律：QQRQTQAN理想物体，并不存在理想物体，并不存在4、灰体、灰体 灰体：灰体： 能以相同的吸收率且部分地吸收所有波长范围能以相同的吸收率且部分地吸收所有波长范围的辐射能的物体称灰体。的辐射能的物体称灰体。理想物体，工程材料作为灰体处理

22、理想物体，工程材料作为灰体处理吸收率与波长无关吸收率与波长无关不透热体不透热体 A+R=12.3.2 物体的辐射能力物体的辐射能力 物体的辐射能力是指物体在一定温度下，单位表面物体的辐射能力是指物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记做积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记做E，单，单位是位是W/m2 A 斯蒂芬斯蒂芬波尔茨曼波尔茨曼（Stephen-Boltzman ）定律定律黑体的辐射能力记做黑体的辐射能力记做Eb 。 上式说明，黑体的发射能力正比于热力学温度的四上式说明，黑体的发射能力正比于热力学温度的四次方，亦称四次方定律。次方，亦称四次方定律。40TE

23、b0为黑体的辐射常数，其值为为黑体的辐射常数，其值为5.6710-8 w/(m2K4)T 为黑体表面的绝对温度，为黑体表面的绝对温度，KbEE黑体的辐射能力实际物体的辐射能力AEEb黑度（发射率）黑度（发射率）B B 克希霍夫（克希霍夫（kirchhoffkirchhoff）定律）定律揭示了物体的辐射能力揭示了物体的辐射能力E与与吸收率吸收率A之间的关系。之间的关系。 表明灰体的吸收率在数值上等于同温度下该灰体的黑度。表明灰体的吸收率在数值上等于同温度下该灰体的黑度。物体的吸收率愈大，其辐射能力也愈强，物体的吸收率愈大，其辐射能力也愈强，善于吸收的物善于吸收的物体必善于辐射体必善于辐射A2.3

24、.3 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热A 有效辐射与角系数有效辐射与角系数灰体（灰体（S，）本身辐射的能量本身辐射的能量投射能量的反射投射能量的反射有效辐射有效辐射 J单位时间内单位时间内由灰体表面由灰体表面所射离的总所射离的总能量。能量。例图例图RGERGEJb设设q为该灰体单位表面与外界的换热量为该灰体单位表面与外界的换热量qEJb) 11(角系数角系数F12 ：从物体从物体1的表面所发射的能量被另一物体的表面所发射的能量被另一物体2所所截获的分数，截获的分数，F12称为物体称为物体1对物体对物体2的角系数。的角系数。 S1F12=S2F21S1、S2分别为物体分别为物体1和物体和物体

25、2的表面积，的表面积，m2F12、F21分别为物体分别为物体1对物体对物体2的角系数和物体的角系数和物体2对物体对物体1 的角系数。的角系数。B 辐射传热的计算辐射传热的计算n对于S1=S2的大平板1112142411012TTSQn对于S1S2424110112TTSQn平行两有限表面424112102112TTFSQ0.8.0.5. 100 25010.122，炉壁面的黑度取面包表面的黑度取为包得到的辐射热量。之间为封闭空间，求面假设炉壁和面包面包温度为，壁面温度为换热面积为壁辐射的面包块在烤炉，炉内有一表面积为mm例例：12kTmSkTmS523273250, 8 . 0,1,37227

26、3100, 5 . 0,1 . 022221121W1Q3 .551)1(122110 0SS4241112TTSQ解：本题属于两表面构成的封闭空间的辐射传热，解：本题属于两表面构成的封闭空间的辐射传热，应用式应用式239，有，有2.3.4 对流与辐射综合传热对流与辐射综合传热n在食品工业中，许多设备的外表温度高于环境温度，通过对流和辐射方式，向周围散热，造成大量的能量损失。对流对流)(440awwwRTTSQ)(awwRRTTSQawawwRTTTT)(440辐射辐射)()()(TTSTTSQQQwwTwwRcRc)(awwccTTSQ总热损失总热损失 对流辐射综合传热系数对流辐射综合传热系

27、数外径为外径为194mm的蒸气管道，外包一层热导率为的蒸气管道，外包一层热导率为0.09w/(m.k)的保温材料。管道的外壁面温度为的保温材料。管道的外壁面温度为133，保温层外表面，保温层外表面温度要求不超过温度要求不超过40，周围环境温度为，周围环境温度为20，求保温层的，求保温层的厚度应为多少？厚度应为多少？解：由题给条件，可选用式解：由题给条件，可选用式246计算。计算。)/(4 .10)2040(052. 04 . 9)(052. 04 . 92kmwTTawTmddddTTLQwL264. 0)194. 0/ln(/ )40130(09. 02)/ln(/ )(2000mddb03

28、5. 02/ )(0000653)2040(4 .10ddTTdLQawTL设加了保温层以后的管道外径为设加了保温层以后的管道外径为d0，则单位管长的热损失为，则单位管长的热损失为：在稳定传热过程中，热损失等于通过保温层导出的热量在稳定传热过程中，热损失等于通过保温层导出的热量无相变化无相变化上式即为上式即为换热器的热量恒算式换热器的热量恒算式。式中式中 Q换热器的热负荷，换热器的热负荷，kJ/h或或w QL 换热器的热损失，换热器的热损失，w Cp 流体的平均定压比热容，流体的平均定压比热容，J/(kg.k) W流体的质量流量，流体的质量流量，kg/s 下标下标c、h分别表示冷流体和热流体，

29、下标分别表示冷流体和热流体，下标1和和2表示换热器的进口和出表示换热器的进口和出口口Q=Wh(Th1-Th2)=WcCpc(Tc2-Tc1)+QL2.4 稳定传热过程计算稳定传热过程计算2.4.1热量恒算热量恒算 若换热器中两流体若换热器中两流体有相变有相变时，则有时，则有式中式中 cp流体的比热，流体的比热，J/（kgk ） r饱和蒸气的冷凝潜热，饱和蒸气的冷凝潜热，J/kg Ts冷凝液的饱和温度，冷凝液的饱和温度， Q=Whr+cph(Th1-Th2)=WcCpc(Tc2-Tc1)+QLQ=Whr=WcCpc(Tc2-Tc1)+QL2.4.2 总传热速率方程总传热速率方程mTKSQ间壁式换

30、热器K换热器的平均传热系数，换热器的平均传热系数，w/(m2.k)主要取决于流体的物性、操作条件、换热器类型主要取决于流体的物性、操作条件、换热器类型A 总传热系数的计算总传热系数的计算)(2(ln)(2()(2(000cwciwcwhwhhiiTTLrrrTTLTTLrQ通过管壁通过管壁的导热的导热外侧的对外侧的对流传热流传热Q1QcondQ0稳定传热稳定传热通过各步的传热速率相等通过各步的传热速率相等管壁内侧管壁内侧的对流的对流0001ln11)(2rrrrTTLQiiich与与Q=KSTm比较比较000001ln1iiirrrrrK000ln11rrrrrKiiiii外壁外壁内壁内壁01

31、11bKi平壁平壁总热阻总热阻0000001ln1iiirrrrrKRB 污垢热阻污垢热阻由于传热壁面上积存一层污垢，对传热产生的附加热阻。由于传热壁面上积存一层污垢，对传热产生的附加热阻。管内外表面的污垢热阻分别为管内外表面的污垢热阻分别为Rsi，Rso,m2.K/w 平壁平壁污垢热导率污垢厚度sssbRsoiisiiiRrrrrrRrrK0000001ln1sosiiRbRK0111某一蒸发器，管内通某一蒸发器，管内通90热流体加热，对流传热系数热流体加热，对流传热系数i为为1160w/(m2K).管外有某种流体沸腾，沸点为管外有某种流体沸腾，沸点为50，对流传热系数对流传热系数0为为58

32、00w/(m2K). 求以下两种情况下的求以下两种情况下的壁温：壁温：（1）管壁清洁无垢）管壁清洁无垢（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005w/(m2K).解：解：在传热过程中，金属壁的热阻很小，通常可以忽在传热过程中，金属壁的热阻很小，通常可以忽略不计。根据温度差与热阻成正比，壁温略不计。根据温度差与热阻成正比，壁温TW，管内流，管内流体温度体温度Th，管外流体温度为，管外流体温度为Tc0011ssiicwwhRRTTTThwssiiTTRR00/1/1cwssiiTTRR00/1/1壁温更接近热阻较小一侧的流体温度壁温更接近热阻较小一侧的流体温度8 .560

33、580010116015090wwwTTT4 .84005. 0580010116015090wwwTTT1.管壁无污垢时的壁温管壁无污垢时的壁温2.管壁外侧有污垢时的壁温管壁外侧有污垢时的壁温2.4.4 传热的平均温度差传热的平均温度差A 恒温传热时的平均温差恒温传热时的平均温差恒温传热：换热器中间壁两侧的流体均有相变化，恒温传热：换热器中间壁两侧的流体均有相变化，两流体温度保持不变。两流体温度保持不变。 Tm=Th-TcB 变温传热时变温传热时逆流和并流逆流和并流错流和折流错流和折流1212lnTTTTTm121212chchTTTTTTmmTTmT先按逆流计算逆流时逆流时热流体热流体Th

34、冷流体冷流体Tc进口进口 100出口出口 3040 出口出口15 进口进口T70255 .432570ln2570ln1212TTTTTm并流时并流时热流体热流体Th冷流体冷流体Tc进口进口 100进口进口 1540 出口出口30 出口出口T8510用一传热面积为用一传热面积为20m2的换热器将流量为的换热器将流量为1.4kg/s的某种的某种气体从气体从50冷却到冷却到35，使用的冷却水初温为，使用的冷却水初温为25，与气体作逆流流动。换热器总传热系数为与气体作逆流流动。换热器总传热系数为230W/(m2K).气体的平均比热容为气体的平均比热容为1.0kJ/(kgK)。求冷却水用量及出。求冷却

35、水用量及出口温度。水的比热容取为口温度。水的比热容取为4.18kJ/(kgK) 。)()(1221cccpchhphhTTCWTTCWQ解：热量衡算式解：热量衡算式)ln()()()(1221122121chchchchhhphhTTTTTTTTKSTTCWQ将已知数据代入上两式得：将已知数据代入上两式得：)25(18. 421)25(1018. 4)3550(100 . 14 . 12233cccTTWskgWTTTcccc/215. 04 .48253550ln)2535()50(20230)3550(1014 . 122232.4.5 传热面积的计算传热面积的计算A 总传热系数总传热系数

36、K为常数为常数 若流体的物性随温度变化不大，则若流体的物性随温度变化不大，则K可视为常数可视为常数或进出口处传热系数的算数平均值。或进出口处传热系数的算数平均值。mTKQSB K为变数为变数12211221lnTKTKTKTKSQK1，K2换热器两端处的传热系数换热器两端处的传热系数1、加大传热面积、加大传热面积 加大传热面积可以增大传热量，但设备增加大传热面积可以增大传热量，但设备增大，投资和维费也随之增加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普大，投资和维费也随之增加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金属管。通金属管。2、增加平均温度差、增加平均温度差 在理论上可采取提高加热介质温度或在理论上可采取提

37、高加热介质温度或降低冷却介质温度的办法，但受客观条件（蒸汽压强、气温降低冷却介质温度的办法，但受客观条件（蒸汽压强、气温、水温）和工艺条件（热敏性、冰点）的限制。提高蒸汽压、水温）和工艺条件（热敏性、冰点）的限制。提高蒸汽压强，设备造价会随之提高。在一定气源压强下，可以采取降强，设备造价会随之提高。在一定气源压强下，可以采取降低管道阻力的方法来提高加热蒸汽的压强。在一定条件下也低管道阻力的方法来提高加热蒸汽的压强。在一定条件下也可采用逆流代替并流。可采用逆流代替并流。3、减少传热阻力、减少传热阻力 （1）减少壁厚或使用热导率较高的材料）减少壁厚或使用热导率较高的材料；（；（2）防止污垢形成或经

38、常清除污垢；（）防止污垢形成或经常清除污垢；（3）加大流速，）加大流速，提高湍动程度，减少层流内层的厚度均有利于提高对流传提高湍动程度，减少层流内层的厚度均有利于提高对流传热系数。热系数。2.4.6 传热的强化传热的强化2.5 不稳定传热不稳定传热 不稳定传热：不稳定传热：是在传热过程中温度场随时间而变化的是在传热过程中温度场随时间而变化的传热过程。传热过程。 工业生产上间歇换热设备和连续生产时换热设备的工业生产上间歇换热设备和连续生产时换热设备的启动启动 及停车过程，罐头食品和香肠在蒸气中的加热及停车过程，罐头食品和香肠在蒸气中的加热灭菌及浸在冷水的冷却，鲜肉的冷冻或解冻等。灭菌及浸在冷水的

39、冷却，鲜肉的冷冻或解冻等。集总参数分析法集总参数分析法图解法图解法2.5.1 集总参数分析法（忽略内阻）集总参数分析法（忽略内阻）假定在不稳定传热过程中的任意时刻物体内部温度均假定在不稳定传热过程中的任意时刻物体内部温度均匀一致匀一致1ln)(TTTTSVCtVdTCdTTTSffppf把温度为把温度为T1的高温固体置于的高温固体置于T1的冷流体中，的冷流体中，使用上式需满足条件。使用上式需满足条件。BiA 换热器的分类换热器的分类1.直接接触式直接接触式冷热两流体直接接触混合换热，传热效率很高冷热两流体直接接触混合换热，传热效率很高例：喷射式冷凝器例：喷射式冷凝器2.非直接接触式非直接接触式

40、（1）间壁式）间壁式（2）蓄热式）蓄热式（3）流化床）流化床间壁式换热器又可分为：间壁式换热器又可分为：管式换热器管式换热器 包括壳管、列管、螺旋管式等包括壳管、列管、螺旋管式等板式换热器板式换热器 包括片式、螺旋板式等包括片式、螺旋板式等扩展表面式换热器扩展表面式换热器 包括板翅式、管翅式等包括板翅式、管翅式等 1 夹套式换热器夹套式换热器结构简单，传热系数不高，可在结构简单，传热系数不高，可在釜内安装搅拌器，可在夹套内设釜内安装搅拌器，可在夹套内设置螺旋隔板。置螺旋隔板。设搅拌器（设搅拌器（4）加强传热加强传热夹套（夹套（3）中的介质：中的介质：蒸汽蒸汽 1，5水水 5，12 沉浸式换热器

41、沉浸式换热器 沉浸在容器的液体中。结构沉浸在容器的液体中。结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，简单，价格低廉，便于防腐蚀，能受高压。能受高压。 对流传热系数小，可在容器对流传热系数小，可在容器内安装搅拌器。内安装搅拌器。3 喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管换热器的一种，也为蛇管换热器的一种，多用作冷却器。便于检多用作冷却器。便于检修和清洗，传热效果好。修和清洗，传热效果好。但喷淋不易均匀。但喷淋不易均匀。4 4 套管式换热器套管式换热器 由直径大小不同的由直径大小不同的直管制成的同心套管，直管制成的同心套管，并由并由U形弯头连接而形弯头连接而成。构造简单，能耐成。构造简单，能耐高压，传热面积可根高

42、压，传热面积可根据需要而增减，严格据需要而增减，严格逆流，有利传热。逆流，有利传热。 但接头多，易泄漏，但接头多，易泄漏，消耗金属量大。适用消耗金属量大。适用于传热面积不大而压于传热面积不大而压强较高的场合。强较高的场合。5 列管式换热器列管式换热器A.A.结构形式结构形式由圆筒形由圆筒形壳体壳体及其内部的及其内部的管束管束组成组成 管子两端固定在管子两端固定在管板管板上上,管板将壳程管板将壳程和管程流体分开和管程流体分开管板外各有壳体管板外各有壳体封头封头温差补偿结构温差补偿结构 有三种：有三种：(a)固定管板式固定管板式在壳体上加装在壳体上加装 膨胀节膨胀节1(c)U型管式型管式(b)浮头

43、式浮头式浮头浮头2可滑动可滑动B.B.管程结构管程结构(1) 管子管子 采细管径：采细管径：d = 1533mm(2) 管板管板 与管束连接：胀接，焊接与管束连接：胀接，焊接与壳体连接：焊接，法兰夹接与壳体连接：焊接，法兰夹接 管子在管板管子在管板上的排列方式：上的排列方式：(3) 封头和分程封头和分程封头封头或或管箱管箱的作用：控制和分配管程流体的作用：控制和分配管程流体管程分：管程分：单程单程（流体经（流体经1次管全长）次管全长）多程：多程：2,4,6程程管箱管箱分程布置方案如图分程布置方案如图3.壳程结构壳程结构(1) 壳体壳体(2) 挡板挡板D400mm,用钢板卷制用钢板卷制折流挡板有

44、：折流挡板有： 环盘型环盘型圆缺型圆缺型挡板挡板（1） 固定管板式固定管板式 带有补偿圈或称膨胀节的固定管板式换热器。不用带有补偿圈或称膨胀节的固定管板式换热器。不用于两流体的温度差过大（不大于于两流体的温度差过大（不大于70）和壳程流体压）和壳程流体压强过高的场合。强过高的场合。 固定管板式换热器具有结构简单和造价低廉的优点。固定管板式换热器具有结构简单和造价低廉的优点。缺点是不易检修和清洗；温度差较大时，应考虑热补偿。缺点是不易检修和清洗；温度差较大时，应考虑热补偿。 （2） 浮头式浮头式 浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管

45、子受热时，端称浮头。管子受热时， 管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽差应力。壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。出，便于清洗管间和管内。 其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。条件。3 U形管式形管式 U形管式换热器每根管子均弯成形

46、管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻，适用特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物易结垢的物 4 板式换热器板式换热器1.1. 片式换热器片式换热器板片间有板片间有垫圈垫圈：密封密封形成间隙形成间隙流体分流流体分流流道基本形式流道基本形式（a）并流）并流 （b）串流）串流 （

47、c）混）混流流传热板片表面压成传热板片表面压成波纹形波纹形：板片强度板片强度湍流程度湍流程度波纹有人字形波纹有人字形,平直波纹（平直波纹（a）截面有三角形（截面有三角形（b）,梯形（梯形（c）优点优点 大大紧凑紧凑 例：一片式换热器可进行五段操作例：一片式换热器可进行五段操作2.2.螺旋板式换热器螺旋板式换热器2张平行钢板卷制而成张平行钢板卷制而成加顶盖、进出液接管加顶盖、进出液接管n板式换热器 换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取得小些。对于不洁净或因此，对于洁净的流体管径可取得小些。对于不洁净或易结垢的流体，管径取得大些，以免堵塞。目前我国实易结垢的流体，管径取得大些，以免堵塞。目前我国实行的系列标准规定采用行的系列标准规定采用25mm2.5mm和和19mm2mm 的管子。的管子。 规格型号中通常标明型式，壳体直径，传热面积，能规格型号中通常标明型式，壳体直径，传热面积，能承受的压强和管程数等。承受的压强和管程数等。FB50065252。FB表示浮头式表示浮头式B型，换热管为型，换热管为25mm25mm2.5mm，正方形排列，壳体公称直径，正方形排列，壳体公称直径500mm，公称传热面积公称传热面积65m2，公称压强，公称压强2.5MPa,管程数为管程数为2.