化工生产传热过程及常见换热器课件

第四章第四章 传热传热4.1 4.1 化工生产传热过程及常见换热器化工生产传热过程及常见换热器4.2 4.2 热传导热传导4.3 4.3 对流传热对流传热4.4 4.4 传热过程的计算传热过程的计算4.5 4.5 换热器的选择及传热过程的强化换热器的选择及传热过程的强化第四章传热4.1化工生产传热过程及常见换热器1重点：重点：单单层层、多多层层平平壁壁，圆圆筒筒壁壁热热传传导导速速率率方方程程及应用；及应用；换换热热器器能能量量衡衡算算，总总传传热热速速率率方方程程和和总总传传热系数的计算；热系数的计算；对流传热系数的影响因素；对流传热系数的影响因素；难点：难点：1.1.对流传热机理对流传热机理;2.2.圆筒壁换热器的传热；圆筒壁换热器的传热；重点：2 4.1 4.1 概概 述述4.1.1 4.1.1 传热基本方式传热基本方式4.1.2 4.1.2 冷热流体热交换的方式冷热流体热交换的方式4.1.3 4.1.3 典型的间壁式换热器典型的间壁式换热器4.1.4 4.1.4 传热速率和热通量传热速率和热通量4.1.5 4.1.5 稳态传热和非稳态传热稳态传热和非稳态传热4.1概述4.1.1传热基本方式3传传热热过过程程：系系统统内内温温度度的的差差异异使使热热量量从从高高温温向低温转移的过程。向低温转移的过程。强化传热过程强化传热过程削弱传热过程削弱传热过程化工生产对传热的要求化工生产中的传热过程传热过程：系统内温度的差异使热量从高温向低温转移的过程。强4由由于于物物质质的的分分子子、原原子子或或电电子子的的运运动动，使使热热量从物体内高温处向低温处的传递过程。量从物体内高温处向低温处的传递过程。导热条件：导热条件：温度差温度差特点：特点：不依靠宏观混合运动；不依靠宏观混合运动；在气体、液体、固体中都能发生；在气体、液体、固体中都能发生；4.1.1 传热基本方式一、热传导（导热）由于物质的分子、原子或电子的运动，使热量从物体内高温处向低温5流流体体各各部部分分之之间间发发生生相相对对位位移移而而引引起起的的热热传传递递特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；特点：仅发生在流体中；质点的相对位移；二、热对流（对流传热）强强制制对对流流：由由于于泵泵、风风机机等等外外力力作作用用而而引引起起的的流流体体流流动动称称为为强强制制对对流流，在在强强制制对对流流情情况况下下进进行行热热量量传传递过程称为强制对流传热递过程称为强制对流传热自自然然对对流流：由由于于流流体体各各部部分分温温度度的的不不均均而而形形成成了了密密度度的的差差异异使使流流体体发发生生相相对对运运动动而而传传热热，这这种种过过程程称称为自然对流传热为自然对流传热流体各部分之间发生相对位移而引起的热传递特点：仅发生在流体中6习习惯惯上上把把流流体体与与固固体体壁壁面面间间的的传传热热，统统称称为为对对流传热，又称流传热，又称给热给热。化工传热过程中的实际情况流体流过固体表面时发生对流和热传导联合流体流过固体表面时发生对流和热传导联合作用的传热过程作用的传热过程习惯上把流体与固体壁面间的传热，统称为对流传热，又称给热。化7物物体体受受热热引引起起内内部部原原子子激激发发，将将热热能能转转变变为为辐辐射射能能以以电电磁磁波波形形式式向向周周围围发发射射，当当遇遇到到另另一一个个能能吸吸收收辐辐射射能能的的物物体体时时，辐辐射射能能部部分分或或全全部部被被吸收又重新变为热能。吸收又重新变为热能。物体受热而发出物体受热而发出辐射能辐射能的过程称为的过程称为热辐射热辐射特特点点：热热辐辐射射不不需需要要任任何何介介质质作作媒媒介介，即即可可在在真空中传播。真空中传播。三、热辐射（辐射传热）物体受热引起内部原子激发，将热能转变为辐射能以电磁波形式向周84.1.2 冷热流体热交换的方式1.直接接触式换热2.蓄热式换热3.间壁式换热4.1.2冷热流体热交换的方式1.直接接触式换热94.1.3 典型的间壁式换热器热对流热对流-热传导热传导-热对流热对流套管式换热器套管式换热器内管内管外管外管4.1.3典型的间壁式换热器热对流-热传导-热对流10单程列管式换热器单程列管式换热器流体流经管束称为管程，流体流经管束称为管程，该流体称为管程流体该流体称为管程流体流体流经管间环隙称为壳程，流体流经管间环隙称为壳程，该流体称为壳程流体该流体称为壳程流体单程列管式换热器流体流经管束称为管程，该流体称为管程流体流体11双程列管式换热器双程列管式换热器管管程程流流体体在在管管束束内内来来回回流流过过几几次次，就就称称为为与与次次数数相相同同程数的换热器程数的换热器双程列管式换热器管程流体在管束内来回流过几次，就称为与次数相12传热速率传热速率(热流量热流量)Q Q:单位时间内通过传热面的热量单位时间内通过传热面的热量,W,W4.1.4 传热速率和热通量热通量热通量(传热速度传热速度):单位传热面积的传热速率单位传热面积的传热速率,W/m,W/m2 2传热速率(热流量)Q:单位时间内通过传热面的热量,W4.1134.1.5 稳态传热和非稳态传热稳态传热：稳态传热：传热系统中不积累能量的传热过程传热系统中不积累能量的传热过程特点：特点：温度分布不随时间而变，传热速率常量温度分布不随时间而变，传热速率常量非稳态传热：非稳态传热：传传热热系系统统中中，温温度度分分布布随随时时间间而而变变传传热热过过程程为为非稳态传热，传热速率不为常量非稳态传热，传热速率不为常量4.1.5稳态传热和非稳态传热稳态传热：非稳态传热：144.1.6 载热体及其选择加热剂（加热介质）：加热剂（加热介质）：起加热作用的载流体起加热作用的载流体冷却剂（冷却介质）：冷却剂（冷却介质）：起冷却作用的载热体起冷却作用的载热体载载热热体体：物物料料在在换换热热器器内内被被加加热热或或冷冷却却时时，通通常常需需要要用用另另一一种种流流体体供供给给或或取取走走热热量量，此此种流体称为载热体种流体称为载热体工业中常用的加热剂和冷却剂工业中常用的加热剂和冷却剂P P210210表表4-14-14.1.6载热体及其选择加热剂（加热介质）：起加热作用的载154.2 热 传 导4.2.1 热传导基本概念和定律4.2.2 导热系数4.2.3 通过平壁的热传导4.2.4 通过圆筒壁的热传导4.2热传导4.2.1热传导基本概念和定律164.2.1 热传导基本概念和定律一、温度场和温度梯度温度场温度场:任一瞬间物体内各点温度分布的总和任一瞬间物体内各点温度分布的总和非稳态温度场：非稳态温度场：温度场内各点的温度场内各点的温度随时间而变温度随时间而变稳态温度场：稳态温度场：温度场内各点的温度场内各点的温度不随时间而变温度不随时间而变物体内任一点温度为该物体内任一点温度为该点位置与时间的函数点位置与时间的函数4.2.1热传导基本概念和定律一、温度场和温度梯度温度场:17稳稳态态一一维维温温度度场场：稳稳态态温温度度场场中中，物物体体内内的的温温度仅沿度仅沿一个坐标方向发生变化一个坐标方向发生变化等温面：等温面：同一时刻下同一时刻下相同温度相同温度各点所组成的面各点所组成的面温度不同的等温面彼此不相交；温度不同的等温面彼此不相交；沿等温面无热量传递，沿等温面无热量传递，沿与等温面相交的任何方向有热量传递沿与等温面相交的任何方向有热量传递稳态一维温度场：稳态温度场中，物体内的温度仅沿一个坐标方向发18温温度度梯梯度度：两两相相邻邻等等温温面面的的温温度度差差与与该该两两面面的的垂直距离垂直距离比值的极限比值的极限稳态一维温度场稳态一维温度场温度梯度：两相邻等温面的温度差与该两面的垂直距离比值的极限稳19“-”“-”表表示示导导热热方方向向总总是是和和温温度梯度方向相反度梯度方向相反导热速率与导热速率与温度梯度温度梯度及及传热面积传热面积成正比成正比二、傅立叶定律“-”表示导热方向总是和温度梯度方向相反导热速率与温度梯度及20：单位温度梯度下的热通量：单位温度梯度下的热通量金属金属 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体4.2.2 导 热 系 数表征物质导热能力的大小，表征物质导热能力的大小，越大，导热越快越大，导热越快：单位温度梯度下的热通量金属非金属固体液体21一、单层平壁的稳态热传导S b;=cons.;t1t2,不随时间变化4.2.3 通过平壁的稳态热传导Q、S=const.假设条件一、单层平壁的稳态热传导Sb;4.2.3通过平壁的22导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻越大23例例题题：某某平平壁壁厚厚度度为为.m m，平平壁壁内内表表面面温温度度为为1 100，外外表表面面温温度度为为300300，平平壁材料导热系数与温度的关系为壁材料导热系数与温度的关系为若若将将导导热热系系数数分分别别按按常常量量和和变变量量计计算算，试试求求导热热通量和平壁内的温度分布导热热通量和平壁内的温度分布例题：某平壁厚度为.m，平壁内表面温度为10，外24设壁厚设壁厚x处的温度为处的温度为t温度和距离呈直线关系温度和距离呈直线关系（）导热系数按常量计算设壁厚x处的温度为t温度和距离呈直线关系（）导热系数按常量25设壁厚设壁厚x处的温度为处的温度为t温度分布为曲线温度分布为曲线（）导热系数按变量计算将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的，而温度分布不同工程中计算热通量时，可取平均温度下导热系数，将导热系数按常量处理设壁厚x处的温度为t温度分布为曲线（）导热系数按变量计算26二、多层平壁的稳态热传导第一层第一层第二层第二层第三层第三层t1t2t3t4b1b2b3假设层与层间接触良好，相接触的两表面温度相同假设层与层间接触良好，相接触的两表面温度相同二、多层平壁的稳态热传导第一层第二层第三层t1t2t3t4b27n层平壁n层平壁28例4-2结论：热传导中温度差与热阻成正比例4-2结论：热传导中温度差与热阻成正比294.2.4 通过圆筒壁的定态热传导一、单层圆筒壁的热传导4.2.4通过圆筒壁的定态热传导一、单层圆筒壁的热传导30圆圆筒筒壁壁热热传传导导速速率率方方程程式式写写成成与与平平壁壁热热传传导导速率方程速率方程相类似的形式相类似的形式平均面积圆筒壁热传导速率方程式写成与平壁热传导速率方程相类似的形式平31对数平均半径对数平均面积对数平均半径对数平均面积32化工生产传热过程及常见换热器课件33二、多层圆筒壁的热传导二、多层圆筒壁的热传导34对于n层圆筒壁例43即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线对于n层圆筒壁例43即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布35S S1 1S S2 2，Q Q 相同，相同，q q 不相同不相同多层平壁和多层圆筒壁热传导的比较平面壁平面壁S S1 1=S S2 2，Q Q 相同，相同，q q 相同相同圆筒壁圆筒壁S1S2，Q相同，q不相同多层平壁和多层圆筒壁热传导的36可以求各层交界面上的温度可以求各层交界面上的温度37化工生产传热过程及常见换热器课件38化工生产传热过程及常见换热器课件39好的绝热材料应包在管的内层好的绝热材料应包在管的内层（2 2）石棉和软木互换后损失的冷量）石棉和软木互换后损失的冷量（1 1）每米管长上损失的冷量）每米管长上损失的冷量好的绝热材料应包在管的内层（2）石棉和软木互换后损失的冷量（404.3.1 4.3.1 对流传热速率方程和系数对流传热速率方程和系数4.3.2 4.3.2 对流传热机理简介对流传热机理简介4.3.3 4.3.3 保温层的临界厚度保温层的临界厚度 4.3 4.3 对对 流流 传传 热热4.3.1对流传热速率方程和系数4.3对流传热41对流传热问题的分类对流传热问题的分类根据流体在传热过程中的状态可分为两类：根据流体在传热过程中的状态可分为两类：流体无相变的对流传热流体无相变的对流传热流体在传热过程中不发生相变化，分为两种情况：流体在传热过程中不发生相变化，分为两种情况：强制对流传热：外力作用强制对流传热：外力作用流动流动 自然对流传热：温度差自然对流传热：温度差密度差密度差流动流动 流体有相变的对流传热流体有相变的对流传热流体在传热过程中发生相变化，分为两种情况：流体在传热过程中发生相变化，分为两种情况：蒸气冷凝：气体在传热过程中冷凝为液体蒸气冷凝：气体在传热过程中冷凝为液体液体沸腾：液体在传热过程中沸腾气化变成气体液体沸腾：液体在传热过程中沸腾气化变成气体概概 述述对流传热问题的分类概述424.3.1 对流传热速率方程和系数1.对流传热速率方程牛顿冷却定律，给热方程牛顿冷却定律，给热方程局部对流传热系数，局部对流传热系数，W m-2-14.3.1对流传热速率方程和系数1.对流传热速率方程牛顿冷43对流传热热阻对流传热热阻工程中使用平均对流传热系数热流体在管内流动，冷流体在管外流动热流体在管内流动，冷流体在管外流动对流传热系数必须和传热面积以及温度差相对应套管式换热器中对流传热速率方程表达式温度差的平均值温度差的平均值对流传热热阻工程中使用平均对流传热系数热流体在管内流动，冷流442.对流传热系数定义：单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率W/（m2.）反映对流传热的快慢，反映对流传热的快慢，不是物性，是参数不是物性，是参数强制强制 自然自然；相变相变 无相变无相变；液液 气气影响因素2.对流传热系数定义：单位温度差下，单位传热面积的对流传热速454.3.2 对流传热机理4.3.2对流传热机理464.3.3 保温层的临界直径保温层内表面温度保温层内表面温度t t1,1,环境温度环境温度t tf,f,保温层内外半径保温层内外半径r ri i,r,ro o假设：传热过程：保温层的热传导；保温层的热传导；保温层外壁与环境空气的对流传热保温层外壁与环境空气的对流传热条件：对流传热热阻对流传热热阻1/S；传热面积传热面积2roL；对流传热系数对流传热系数；4.3.3保温层的临界直径保温层内表面温度t1,假设：传热47热损失：对ro求导，解得一个Q为最大值时的临界半径保温层热传导热阻保温层热传导热阻R1；外壁与空气的对流传热热阻；外壁与空气的对流传热热阻R2热损失：对ro求导，解得一个Q为最大值时的临界半径保温层热传48习惯上以rc表示Q最大时的临界半径Qdodc习惯上以rc表示Q最大时的临界半径Qdodc49 4.4 传热过程计算4.4.1 热量衡算4.4.2 总传热速率方程和总传热系数4.4.3 平均温度差法和总传热速率方程4.4.4 总传热速率方程的应用4.4传热过程计算4.4.1热量衡算50传热过程的计算：设计计算：设计计算：校核计算：校核计算：根据生产要求的热负荷（换热器的传热量），确定换热器的传热面积计算给定换热器的传热量、流体的流量或温度传热过程的计算：设计计算：校核计算：根据生产要求的热负荷（换51若换热器中两种流体无相变，且若换热器中两种流体无相变，且c cp p不随温度变化时不随温度变化时:若换热器中的热流体有相变化，如饱和蒸气冷凝时：若换热器中的热流体有相变化，如饱和蒸气冷凝时：4.4.1热量衡算热流体放出的热量=冷流体吸收的热量饱和蒸气的的冷凝热饱和蒸气的的冷凝热若换热器中两种流体无相变，且cp不随温度变化时:若换热521.总传热速率微分方程T：热流体的平均温度；：热流体的平均温度；t：冷流体的平均温度；：冷流体的平均温度；工程上用外表面积作为基准，Ko应用较多4.4.2 总传热速率微分方程和总传热系数1.总传热速率微分方程T：热流体的平均温度；t：冷流体的平53单位传热面积、单位温度差下的传热速率。衡衡量量换换热热器器性性能能的的重重要要参参数数，也也是是对对换换热热器器进进行行计计算算和和评评价价的的依依据据。取取决决于于流流体体的的物物性性、传热过程的操作条件及换热器的类型传热过程的操作条件及换热器的类型2.总传热系数Wm-2-1单位传热面积、单位温度差下的传热速率。衡量换热器性能的重要参54Q1）总传热系数的计算（1）总传热系数的计算式Q1）总传热系数的计算（1）总传热系数的计算式55化工生产传热过程及常见换热器课件56化工生产传热过程及常见换热器课件57污垢系数污垢系数（2）污垢热阻总传热系数表示成热阻的形式污垢系数（2）污垢热阻总传热系数表示成热阻的形式58（3）提高总传热系数的途径传热面为平面或薄管壁时，传热面为平面或薄管壁时，dodidm 忽略管壁热阻和污垢热阻忽略管壁热阻和污垢热阻（3）提高总传热系数的途径传热面为平面或薄管壁时，dod59讨论：当当io，影响，影响K的主要因素是的主要因素是o 当当oi，影响，影响K的主要因素是的主要因素是i 结论：1）当两个对流传热系数相差较大时，欲提高K，关键在于提高对流传热系数较小一侧的讨论：当io，影响K的主要因素是o当o602）当两个对流传热系数相差不大时，欲提高K，必须同时提高两侧的为提高K，必须减小起决定作用的热阻3）若污垢热阻为控制因素，欲提高K，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。2）当两个对流传热系数相差不大时，欲提高K，必须同时提高两侧61(1)恒温传热的平均温度差如一侧液体恒温沸腾，另一侧饱和水蒸气冷凝如一侧液体恒温沸腾，另一侧饱和水蒸气冷凝4.4.3 平均温度差法和总传热速率方程(1)恒温传热的平均温度差如一侧液体恒温沸腾，另一侧饱和水蒸62ab(2)变温传热的平均温度差 1）逆流和并流时的平均温度差 ab(2)变温传热的平均温度差1）逆流和并流时的平均温度差632）两侧都没有相变的平均温度差2）两侧都没有相变的平均温度差64若若 t1/t22，若若t1/t22，若t1/t22，若t1/t22，652）错流和折流时的平均温度差 错流错流折流折流2）错流和折流时的平均温度差错流折流66某管壳式环热器由252.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆流 流 动。已 知 管 内 侧 空 气 的i 为50W/(m2.)，管外侧水的o为1000W/(m2.),钢的为45W/(m.).求基于管外表面积的总传热系数Ko及按平壁计的总传热系数。某管壳式环热器由252.5mm的钢管组成。热空气流经管程67空气侧的污垢热阻m2./W 水侧的污垢热阻m2./W若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即（1）将i提高一倍；（2）将o提高一倍试分别计算Ko值空气侧的污垢热阻m2./W水侧的污垢热阻m2./W68在一单壳程、单管程的管壳式换热器中，热流体由90冷却至70，冷流体由20加热到60，试求做逆流和并流时的对数平均温度差在一单壳程、单管程的管壳式换热器中，热流体由90冷却至7069硫酸生产中SO2的转化系统，用转化气在外部列管换热器中预热SO2气体，若转化气温度由440降到320，SO2由220被加热到280。试求并流传热和逆流传热的平均温度差硫酸生产中SO2的转化系统，用转化气在外部列管换热器中预热S70 流体流动方向对传热平均温度差的影响变温传热，逆流操作的平均温度差大于并流变温传热，逆流操作的平均温度差大于并流恒温传热，流体的流动方向对其无影响恒温传热，流体的流动方向对其无影响流体流动方向对传热的影响流体流动方向对传热平均温度差的影响变温传热，逆流操作的平71满足相同工艺换热能力要求，采用逆流传热要比并流传热相应减少传热面积或载热体使用量。满足相同工艺换热能力要求，采用逆流传热要比并流传热相应减少传72 流体流动方向对传热面积的影响在在传传递递等等量量的的热热量量时时，相相同同条条件件下下，逆逆流流所所需需的的传传热热面面积积比比并并流流的的小小，也也就就是是说说明明采采用用逆流操作可以逆流操作可以节省换热器材料节省换热器材料。流体流动方向对传热面积的影响在传递等量的热量时，相同条件73流体流动方向对载热体用量的影响恒温传热：流向对载热体的量无影响恒温传热：流向对载热体的量无影响变变温温传传热热：假假设设在在传传热热面面积积相相等等的的情情况况下下，当当热热流流体体入口端温度都是入口端温度都是T1时时逆流所需载热体的用量比并流小逆流所需载热体的用量比并流小流体流动方向对载热体用量的影响恒温传热：流向对载热体的量无74当物料是热敏性的，须采用并流 热敏性物料对出口温度是有限制的。热敏性物料对出口温度是有限制的。由于并流时由于并流时t2一定小于一定小于T2，采用并流容易控制；，采用并流容易控制；逆流时逆流时t2可能大于可能大于T2，易失控。，易失控。对于粘性大的物料，须采用并流粘度随温度粘度随温度而而，阻力，阻力，推动力，推动力，传热速率，传热速率并流进口温度差并流进口温度差T1t1可以很大，可以很大，可使物料粘性降低可使物料粘性降低生产中，什么情况用并流生产中，什么情况用并流？当物料是热敏性的，须采用并流热敏性物料对出口温度是有754.4.4 总传热速率方程的应用1.传热面积的计算2.实验测定总传热系数4.4.4总传热速率方程的应用1.传热面积的计算2.实验测76在一传热外表面积So为300m2的单程管壳式换热器中，300的某种气体流过壳程并被加热到430，另一种560的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1104kg/h,平均比热容均为1.05kJ/(kg.)。试求总。假设换热器的热损失为壳程气体传热量的10%。在一传热外表面积So为300m2的单程管壳式换热器中，300773.换热器的操作型计算对现有的换热器，判断其对指定的传热任务是否适用，或预测在生产中某些参数变化对传热的影响3.换热器的操作型计算对现有的换热器，判断其对指定的传热任务78换热器的选择及传热过程的强化1.换热器的选择（1）了解换热任务，掌握基本数据及特点冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等；冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等；冷、热流体的物性参数；冷、热流体的物性参数；冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等；冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等；（2）确定选用换热器的型式，决定流体流动空间换热器的选择及传热过程的强化1.换热器的选择（1）了解换热79不不清清洁洁的的流流体体或或易易结结垢垢、沉沉淀淀、结结晶晶的的流流体体走走管管程程，因管程易清洗；因管程易清洗；需需通通过过提提高高流流速速来来增增大大对对流流传传热热系系数数的的流流体体走走管管程程（一般管程流速较高）；（一般管程流速较高）；腐蚀性流体走管程，以免对壳体和管束同时腐蚀；腐蚀性流体走管程，以免对壳体和管束同时腐蚀；压力高的流体走管程，管子耐压性好；压力高的流体走管程，管子耐压性好；饱和蒸汽宜走管程，便于排出冷凝液；饱和蒸汽宜走管程，便于排出冷凝液；粘度大或流量较小的流体宜走壳程；粘度大或流量较小的流体宜走壳程；需冷却的流体一般走壳程，便于散热。需冷却的流体一般走壳程，便于散热。不清洁的流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程，因管程易清洗802.传热过程的强化不不能能靠靠增增大大换换热热器器的的尺尺寸寸来来实实现现，从从设设备备的的结结构构入入手手，提提高高单单位位体体积积的的传传热热面面积积。用用螺螺旋旋管管、波波纹纹管管代替光滑管。代替光滑管。（2）增大平均温度差（3）增大总传热系数（1）增大传热面积2.传热过程的强化不能靠增大换热器的尺寸来实现，从设备的结81工程上提高K的具体办法尽量选择对流传热系数大的流体给热状态；尽量选择导热系数较大的载热体；防止或减缓垢层形成并及时清除。增加湍流程度、减小对流传热的热阻；a.a.提高流体流速，增加湍流程度，减小滞流底层厚度；提高流体流速，增加湍流程度，减小滞流底层厚度；b.b.改变流动条件，通过设计特殊传热壁面，使流体在改变流动条件，通过设计特殊传热壁面，使流体在流动过程中不断改变流动方向，提高湍流程度。流动过程中不断改变流动方向，提高湍流程度。工程上提高K的具体办法尽量选择对流传热系数大的流体给热状态82 间壁式换热器当当用用蒸蒸汽汽进进行行加加热热时时，蒸蒸汽汽上上部部接接管管进进入入夹夹套套，冷冷凝凝水水由由下下部部接接管管流流出出。作作为为冷冷却却器器时时，冷冷却却介介质质由由夹夹套套下下部部接接管管进进入入，由由上上部接管流出。部接管流出。一一.夹套式换热器夹套式换热器夹夹套套式式换换热热器器结结构构简简单单，但但由由于于其其加加热热面面受受容容器器壁壁面面限限制制，传传热热面面较较小小，且且传传热热系系数不高。数不高。间壁式换热器当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷83热热流流体体在在管管内内自自下下而而上上流流动动，冷冷水水由由最最上上面面淋淋水水管管流出，均匀地分布在蛇管上。流出，均匀地分布在蛇管上。二、喷淋式换热器二、喷淋式换热器换换热热器器常常置置于于室室外外空空气气流流通通处处。冷冷却却水水在在空空气气中中汽汽化化亦亦可可带带走走部部分分热热量量，增增强强冷冷却却效效果果。其其优优点点是是便便于于检检修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面淋水管流出，均匀地分布84三、套管式换热器三、套管式换热器优优点点是是构构造造简简单单，内内管管能能耐耐高高压压，传传热热面面积积可可根根据据需需要要增增减减。其其缺缺点点是是管管间间接接头头较较多多，接接头头处处易易泄泄漏漏，单单位位换换热热器器体体积积具具有有的的传传热热面面积积较较小小。故故适适用用于于流流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。三、套管式换热器优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据854.5 4.5 对流传热系数关联式对流传热系数关联式4.5.1 4.5.1 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.5.2 4.5.2 对流传热过程的量纲分析对流传热过程的量纲分析4.5.3 4.5.3 流体无相变时的对流传热系数流体无相变时的对流传热系数4.5.4 4.5.4 流体相变时的对流传热系数流体相变时的对流传热系数4.5对流传热系数关联式4.5.1影响对流传热系数的因864.5.1 影响对流传热系数的因素1.1.流体的种类和相变化的情况；流体的种类和相变化的情况；2.2.流体的物性：导热系数、黏度、比热容、密度流体的物性：导热系数、黏度、比热容、密度3.3.流体温度；流体温度；4.4.流体的流动状态；流体的流动状态；5.5.流体的流动原因流体的流动原因4.5.1影响对流传热系数的因素1.流体的种类和相变化的情87特征数群特征数群实验实验相互联系相互联系经验性的关联公式经验性的关联公式名称准数式意义努赛尔特准数表示对流传热系数的准数雷诺准数表示流体的流动状态和湍流程度对对流传热的影响普朗特准数表示流体物性对对流传热的影响格拉斯霍夫准数表示自然对流对对流传热的影响各准数之间的关系各准数之间的关系4.5.2 对流传热过程的量纲分析特征数群实验相互联系经验性的关联公式名称准数式意义88（1 1）流体在管内强制对流换热流体在管内强制对流换热流体被加热，流体被加热，m=0.4；流体被冷却，；流体被冷却，m=0.3各种情况下关联式由实验确定，使用时注意几点：各种情况下关联式由实验确定，使用时注意几点：（1 1）应用范围）应用范围（2 2）特性尺寸）特性尺寸（3 3）定性温度）定性温度一、流体无相变过程传热系数流体在圆形直管内作强制湍流流体在圆形直管内作强制湍流（1）流体在管内强制对流换热流体被加热，m=0.4；流体被冷89应用范围：低粘度液体低粘度液体管长与管径比：管长与管径比：特征尺寸：定性温度：流体进出口温度的平均值流体进出口温度的平均值应用范围：低粘度液体管长与管径比：特征尺寸：定性温度：流体进90应用范围：管长与管径比：管长与管径比：特征尺寸：定性温度：流体进出口温度的平均值流体进出口温度的平均值高粘度液体应用范围：管长与管径比：特征尺寸：定性温度：流体进出口温度的91二、流体有相变时的传热系数二、流体有相变时的传热系数液液体体通通过过固固体体壁壁面面被被加加热热的的对对流流传传热热过过程程中中，若若伴伴有有液液相相变变为为气气相相，即即在在液液相相内内部部产产生生气气泡泡或或气气膜膜过过程称为液体沸腾，又称沸腾传热。程称为液体沸腾，又称沸腾传热。工业上的液体沸腾：工业上的液体沸腾：将将加加热热壁壁面面浸浸没没在在液液体体中中，液液体体在在壁壁面面处处受受热沸腾，称为大容积沸腾；热沸腾，称为大容积沸腾；液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾（1）液体的沸腾：二、流体有相变时的传热系数液体通过固体壁面被加热的对流传热过92（t 25）膜状沸腾）膜状沸腾沸沸腾腾曲曲线线：沸沸腾腾随随加加热热面面温温度度与与液液体体饱饱和和温温度度差而变差而变C：临界点：临界点：临界温度差：临界温度差：临界沸腾传热系数：临界沸腾传热系数（t 膜状膜状饱和蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，蒸气放出热量并在壁面94温度为99的热水进入一个逆流式换热器，并将的冷水加热到32。冷水的 流 量 为 1.3kg/s，热 水 的 流 量 为2.6kg/s,总传热系数为830W/(m2.K),试计算所需的换热器面积。温度为99的热水进入一个逆流式换热器，并将的冷水加热到95化工生产传热过程及常见换热器课件96化工生产传热过程及常见换热器课件97化工生产传热过程及常见换热器课件98化工生产传热过程及常见换热器课件99化工生产传热过程及常见换热器课件100