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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,*,*,*,第九章 传热过程分析与换热器热计算,本章的学习目的,分析实际传热问题的能力,综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力,了解换热器的基本知识和设计过程,9-1 传热过程的分析和计算,传热过程,？,基本计算式(传热方程式),？,式中：K是传热系数(总传热系数)。对于,不同的传热过,程,，K的计算公式也不同。,1 通过平壁的传热,K的计算公式？,说明,：(1)h,1,和h,2,的计算；（2）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数),单相对流：,膜态沸腾：,(8-24),(6-23),2 通过圆管的传热,h,i,h,o,内部对流：,圆柱面导热：,外部对流：,其中：,定义肋化系数：,则传热系数为,所以，只要 就可以起到强化换热的效果。,4 带保温层的圆管传热临界热绝缘直径,圆管外敷保温层后：,可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是增强还是削弱呢？这要看d,/dd,o2,和,d,2,/dd,o2,2,的值,可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也就是说，d,o2,在d,o1,d,cr,之间，,是增加的，当d,o2,大于,d,cr,时，,降低。,or,3 间壁式换热器的主要型式,套管式换热器：,最简单的一种间壁式换热器，流体有顺,流和逆流两种，适用于传热量不大或流,体流量不大的情形,顺流,逆流,(,2)管壳式换热器：,最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分,管程,和,壳程。,进一步增加管程和壳程,(4)板式换热器：,由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。,单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为,紧凑式换热器,，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。,(,5)螺旋板式换热器：,换热表面由两块金属板卷制而成，有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。,以,顺流,情况为例，并作如下假设,：（1）冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2,c1是常数；(2)传热系数是常数；（3）换热器无散热损失；（4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。,要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温差随换热面积的变化，即 ，然后再沿整个换热面积进行平均,在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现在来看图9-13中微元换热面dA一段的传热。温差为：,在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:,对于热流体和冷流体:,可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为：,(1),(2),(3),(1)+(2)+(3),对数平均温差,顺流：,逆流时：,顺流和逆流的区别在于：,顺流：,逆流：,或者我们也可以将对数平均温差写成如下统一形式(顺流和逆流都适用),5 算术平均温差,平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即,算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于4；当 时，两者的差别小于2.3。,6 其他复杂布置时换热器平均温差的计算,以上所讨论的对数平均温差(LMTD)只是针对纯顺流和纯逆流情况，而这种情况的出现是比较少的，实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流。对于这种复杂情况，我们当然也可以采用前面的方法进行分析，但数学推导将非常复杂，实际上，逆流的平均温差最大，因此，人们想到对纯逆流的对数平均温差进行修正以获得其他情况下的平均温差。,是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTD，,是小于1的修正系数。图9-15 9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的 。,7 各种流动形式的比较,顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的 最大，顺流则最小；,顺流时 ，而逆流时，则可能大于 ，可见，逆流布置时的换热最强。,In,Out,In,Out,(3)那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流,(4)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。,x,T,In Out,x,T,In Out,冷凝,蒸发,
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