热交换原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第十八章 传热过程与热交换器,第一节 传热过程的分析与计算,第二节 热交换器的类型和平均温差,第三节 换热器的热计算,第四节 增强传热的方法和热绝缘的应用,第五节 热管,第一节 传热过程的分析与计算,一、通过平壁的传热,t,t,f1,t,f2,t,w1,t,w2,1,2,x,若为多层平壁，则式中的导热分热阻应为,二、通过圆筒壁的传热,每米管长的传热量：,对于多层圆管,每米管长的传热量：,三、通过肋壁的传热,加肋侧的面积,A,2,肋片表面积,A,2,两肋片之间壁的表面积,A,2,”,A,2,A,1,肋化系数：,肋片越高，肋距越小，肋化系数就越大。,肋片与流体的换热量,f,为肋片效率,加肋侧与流体的换热量,肋壁总效率,肋壁的导热热量,加肋侧流体的换热量,不加肋侧与流体的换热量,肋壁的传热公式,以,A,1,为基准的肋壁的传热系数,对于蒸汽加热的暖气包，由于蒸汽凝结换热系数,1,远远大于暖气包对室内空气自然对流时的,2,，使这一传热过程中的总热阻完全决定于,2,一侧的换热热阻。因此在,2,一侧加导热热阻较小的肋片是最有效的改进措施。,在冷热介质温度一定时，要增强传热可以加大,1,、,2,、,、,A,1,、,A,2,以及减小,。,最有效的措施是改变上列某些值后，可减小各项分热阻中最大的那一个热阻值,。,例,一平壁一侧加肋，加肋后面积为,A,2,，肋化系数,=13,，肋壁总效率,tot,=0.9,。壁的厚度,=10mm,，材料的导热系数,=50W/(m,K),，相对应的换热系数为,1,=200W/(m,2,K),和,2,=10W/(m,2,K),，流体温度,t,f1,=75C,和,t,f2,=15 C,。求以,A,1,为基准，其单位面积的传热量,q,1,，并与不加肋时的传热量,q,比较。,解：,第二节 热交换器的类型和平均温差,一、热交换器：,把热量从热流体传递给冷流体的热力设备。,间壁式热交换器,管式热交换器,板式热交换器,壳管式热交换器,肋片管式热交换器,套管式热交换器,板翅式热交换器,平行板式热交换器,螺旋板式热交换器,1,）间壁式：冷、热流体被间壁隔开，通过间壁换热。,2,）混合式：冷、热流体通过直接接触换热。,3,）回热式：冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。,壳管式热交换器,肋片管式热交换器,套管式热交换器,板翅式热交换器,平行板式热交换器,螺旋板式热交换器,按流动方向分类：,1,、顺流式,2,、逆流式,3,、叉流式,4,、混合流式（杂流式）,按流程分类：,单流程：,双流程：,多流程：,二、热交换器的热计算公式和污垢系数,1.,热计算公式,设,t,1,，,t,1,，,q,m1,和,c,1,分别表示热流体的进出口温度、流量和比热容；,t,2,，,t,2,，,q,m2,和,c,2,分别表示冷流体的进出口温度、流量和比热容。,热流体放出的热量,冷流体吸收的热量,2.,污垢热阻（,thermal resistance of fouling),（污垢系数）,三、平均温差,1,、换热器中流体的温度分布,t,A,t,A,t,A,t,A,2,、对数平均温差,对微元面积,dA,，传热方程为,对数平均温差,对逆流换热过程,t,A,对数平均温差,t,A,t”,t,叉流和混合流,逆流时的对数平均温差,第三节换热器的计算,利用平均温差进行换热器的设计计算和校核计算,利用传热单元数法进行换热器的设计计算和校核计算,第四节,增强传热的方法和热绝缘的应用,一、,增强传热的方法,1,、,增加传热面积,2,、加大传热温差,3,、提高传热系数,a,、减少导热热阻,b,、改变流体的流动状态,c,、改变流体的物性,d,、改变换热面的表面状况,二、,用热绝缘层的目的,1,、节约燃料。,2,、满足工程技术条件的要求。,3,、改善劳动条件。,三,、对热绝缘材料的要求,凡导热性低的材料都可以被用作热绝缘层。不过，通常将导热系数,值小于,0.14W/,（,mK,）,的材料称为隔热材料。热绝缘材料具有下述性能：,（,1,）导热性。,（,2,）机械性能，如抗压和抗拉强度等。,（,3,）不吸水性和耐高热的能力。,四、临界热绝缘直径与热绝缘层经济厚度,圆管覆盖热绝缘材料时每米管长的总热阻为：,(1)+(2),(4),(3),R,总,l,d,R,O,d,2,d,cr,d,3,d,q,l,即当 时，热阻值为最小。单位管长传热量,q,l,为最大值。此时的,d,x,称为“,临界热绝缘直径,”，用,d,cr,表示。,热绝缘层经济厚度,:,每年的热损失与热绝缘投资最少时对应的热绝缘厚度称为热绝缘层经济厚度。,O,d,2,d,cr,d,3,d,q,l,绝缘层厚度,R,总,l,费用,经济厚度,