化工原理 传热 课件.ppt

传传 热热第一节第一节 概述概述一、传热过程在化工生产中的应用加热或冷却加热或冷却换热换热/能量回用能量回用 保温保温 强化传热过程强化传热过程 削弱传热过程削弱传热过程 能量回收：节能减排、资源回用！同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。例如：钢铁行业烟气余热回收对比例如：钢铁行业烟气余热回收对比余热没有回收余热没有回收热交换器进行余热回收热交换器进行余热回收二、传热的三种基本方式二、传热的三种基本方式 1、热传导、热传导热热量量从从物物体体内内温温度度较较高高的的部部分分传传递递到到温温度度较较低低的的部部分分，或或传传递递到到与与之之接接触触的的另另一一物物体体的的过过程程称称为为热热传传导导，又又称导热。称导热。特点：特点：没有物质的宏观位移没有物质的宏观位移 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的 液体 机理复杂2、对流、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。3、热辐射、热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。自然对流强制对流p 能量转移、能量形式的转化p 不需要任何物质作媒介p EaT4三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式1 1、间壁式换热器、间壁式换热器外传热面积：外传热面积：内传热面积：内传热面积：平均传热面积：平均传热面积：2 2、热载体及其选择、热载体及其选择 加热剂加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热直接热源直接热源间接热源间接热源加加热热剂剂烟道气烟道气电加热电加热温度高、经济、温度不易控制、温度高、经济、温度不易控制、加热不均匀、带有明火及灰尘加热不均匀、带有明火及灰尘温度高、加热均匀、易控制、温度高、加热均匀、易控制、清洁卫生、成本高清洁卫生、成本高高温载热体高温载热体熔盐混合物熔盐混合物水蒸汽水蒸汽最广的热源、加热均匀、最广的热源、加热均匀、温度高时压力过大、不安全温度高时压力过大、不安全冷却剂冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等空气、水空气、水盐水溶液盐水溶液常常用用冷冷却却剂剂冷却温度冷却温度5oCNaCl、CaCl2等；冷却温度等；冷却温度0-45oC有机物有机物乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低3 3、传热速率与热流密度、传热速率与热流密度传传热热速速率率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s或W热热流流密密度度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/(s.m2)或W/m2式中，A总传热面积，m2。4 4、稳态传热与非稳态传热、稳态传热与非稳态传热非稳态传热非稳态传热 稳态传热稳态传热 5 5、两流体通过间壁的传热过程、两流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流对流对流导热导热冷流体Q热流体间壁稳态传热：稳态传热：流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程称为对流传热。6 6、传热速率方程式、传热速率方程式传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算时使用平均温度差，以 表示。经验指出，在稳态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体的温度差 成正比。即得传热速率方程式为：式中 K 总传热系数，W/(m2)或W/(m2K)；Q 传热速率，W或J/s；A 总传热面积，m2；tm 两流体的平均温差，或K。第二节第二节 热传导热传导1 1、有关热传导的基本概念、有关热传导的基本概念式中 t某点的温度，；x,y,z某点的坐标；时间。温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布。(1)(1)温度场和等温面温度场和等温面不稳定温度场不稳定温度场 稳定温度场稳定温度场 等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。t1t2t1t2等温面Q等温面互不相交等温面互不相交等温面上没有热量传递等温面上没有热量传递 (2)(2)温度梯度温度梯度 t+tt-ttnQdA 温度梯度是一个点点的概念。温度梯度是一个向量。方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正一维稳定热传导2 2、傅立叶定律、傅立叶定律式中 Q 热传导速率，W或J/s；A 导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；dt/dx 为沿x方向的温度梯度，/m或K/m；热导率或导热系数，W/(m)或W/(mK)。3 3、热导率、热导率(2)是分子微观运动的宏观表现(1)为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义物理意义)物质的越大，导热性能越好=f(结构,组成,密度,温度,压力）(3)各种物质的导热系数金属固体 非金属固体 液体 气体 在热传导过程中，因物质各处温度不同，也就不同，所以在计算时应取最高温度t1下的1与最低温度t2下的2的算术平均值，或由平均温度t=(t1+t2)/2求出值。1、固体热导率、固体热导率 金属材料金属材料 10102 W/(mK)建筑材料建筑材料 10-110 W/(mK)绝热材料绝热材料 10-210-1 W/(mK)在一定温度范围内：在一定温度范围内：对大多数金属材料对大多数金属材料a 0 ，t 2、液体热导率、液体热导率0.090.6 W/(mK)金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体 低；低；非金属液体水的非金属液体水的 最大；最大；水和甘油：水和甘油：t ，其它液体：其它液体：t ，3、气体热导率、气体热导率 t ，一般情况下，一般情况下，随随p的变化可忽略；的变化可忽略；气体不利于导热，有利于保温或隔热。气体不利于导热，有利于保温或隔热。0.0060.4 W/(mK)4 4、平壁的稳态热传导、平壁的稳态热传导(1)(1)单层平壁的稳态热传导单层平壁的稳态热传导t1t2btxdxQxQx+dxA假设：假设：材料均匀，材料均匀，为常数；为常数；一维温度场，一维温度场，t沿沿x变化；变化；A/b很大，忽略端损失。很大，忽略端损失。边界条件：边界条件：x=0时，时，t=t1;x=b时，时，t=t2由假设可知：为稳态一维热传导，根据傅里叶定律分离变量后积分得导热速率方程式或例例:平壁平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料导热系，材料导热系数数=0.815+0.00076t(t:oC，:W/(m oC)。试求试求平壁平壁Q和和q。解解:(2)(2)多层平壁的稳态热传导多层平壁的稳态热传导t1t2b1txb2b3t2t4t3假设：假设：(1)A/b很大，忽略端效应；(2)材料均匀；(3)温度仅沿x变化，且不随时间变化。(4)各层接触良好，接触面两侧温度相同。推广至推广至n层：层：各层的温差：各层的温差：例例：燃燃烧烧炉炉最最内内层层耐耐火火砖砖b1=150mm,中中间间层层绝绝热热砖砖b2=290mm,最最 外外 层层 普普 通通 砖砖b3=228mm。已已 知知t1=1016oC,t4=34oC，求，求t2和和t3。设各层接触良好。设各层接触良好。1=1.05W/(m oC),2=0.15W/(m oC),3=0.81W/(m oC)解解:材料材料，W/moCR，m2 oC/W t，oC耐火砖耐火砖1.050.142959.5绝热砖绝热砖0.151.933805.1普通砖普通砖0.810.2815117.4热热阻阻大大的的绝绝热热层层(保保温温层层)，分分配配于于该该层层的的温温差差亦亦大大，即温度差与热阻成正比。即温度差与热阻成正比。5 5、圆筒壁的稳态热传导、圆筒壁的稳态热传导特点：特点：(1)传热面积随半径变化传热面积随半径变化(2)A=2 rl(3)(2)一维温度场，一维温度场，t沿沿r变变化。化。(1)(1)单层圆筒壁的稳态热传导单层圆筒壁的稳态热传导傅立叶定律 边界条件 得：设不随t而变 注：在稳态下通过圆筒壁的导热速率Q与坐标r无关，但热流密度q却随坐标r变化，因此，工程上为了计算方便，按单位圆筒壁长度计算导热速率，记为ql与单层平壁类似形式的计算式：对数平均值：算术平均值：几何平均值：例例：有有外外径径为为426mm的的水水蒸蒸气气管管路路，管管外外覆覆盖盖一一层层厚厚为为400mm的的保保温温层层。保保温温层层材材料料的的热热导导率率=0.5+0.0009t W/(m K)。水水蒸蒸气气管管路路外外表表面面温温度度为为150oC,保保温温层层外外表表面面温温度为度为40oC。试计算该管路每米长的散热量。试计算该管路每米长的散热量。水蒸气管水蒸气管保温层保温层t1=150oCt2=40oC0.4mr1=0.213mr2=0.613m解解:(2)(2)多层圆筒壁的稳态热传导多层圆筒壁的稳态热传导例例：在在一一 的的钢钢管管外外包包有有两两层层绝绝热热材材料料，里里层层为为40mm的的氧氧化化镁镁粉粉，平平均均导导热热率率为为=0.07W/(m oC)，外外层层为为20mm的的石石棉棉层层，平平均均导导热热率率为为=0.15W/(m oC)。测测得得管管内内壁壁温温度度为为500oC,最最外外层层表表面面温温度度为为80oC，管管壁壁的的热热导导率率=45W/(m oC)。试试求求每每米米管管长长的的热热损损失失及及两两层层保保温温层层界界面面的的温度。温度。解解:(1):(1)每米管厂的热损失每米管厂的热损失此处，此处，r1=0.03-0.0035=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09m(2)保温层界面温度t3第三节第三节 对流传热对流传热1 1、对流传热过程与对流传热系数、对流传热过程与对流传热系数各层传热方式各层传热方式 ttWTWTA2A1传热壁传热壁冷流体冷流体热流体热流体 T t 湍流主体温度梯度小，热对流为主 层流内层温度梯度大，热传导为主 过渡区域热传导、热对流均起作用式中式中 Q 对流传热速率，对流传热速率，W；1、2 热、冷流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数，W/(m2K)；T、TW、t、tW 热、冷流体的热、冷流体的平均温度平均温度及及 平均壁温平均壁温，。冷流体：冷流体：热流体：热流体：牛顿冷却定律牛顿冷却定律2 2、影响对流传热系数、影响对流传热系数 的因素的因素(1)流动状态 湍流 层流 (2)引起流动的原因 自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强制 自然 自然对流的产生：自然对流的产生：设热处：设热处：t2，2；冷处冷处：t1，1 体积膨胀系数，体积膨胀系数，1/C。或或而而得：得：或或由由温度差而产生的单位体积的浮升力：温度差而产生的单位体积的浮升力：(3)(3)流体的物性流体的物性 ，cp，(5)(5)是否发生相变是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变(4)(4)传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。3 3、对流传热的特征数关系式、对流传热的特征数关系式 固固体体表表面面与与不不发发生生相相变变化化的的流流体体间间的的对对流流传传热热过过程，影响此过程的因素有：程，影响此过程的因素有：液体的物理性质：液体的物理性质：，cp 固体表面的特征尺寸：固体表面的特征尺寸：l 强制对流的流速：强制对流的流速：u 自然对流的特征速度：自然对流的特征速度：在在对对流流传传热热中中，获获得得传传热热系系数数的的最最常常用用的的方方法法是是用用因因次次分分析析将将影影响响对对流流传传热热的的因因素素无无因因次次化化，通通过实验决定无因次准数之间的关系。过实验决定无因次准数之间的关系。变量总数：变量总数：8个个基本因次基本因次4个：长度个：长度L，时间时间T，质量质量M，温度温度 根据根据定律，定律，无量纲特征数无量纲特征数（8-48-4）=4=4无相变时无相变时定律定律对对于于u u个个基基本本单单位位给给出出的的q q 个个物物理理量量，它它们们之之间间的的关关系系可可以以通通过过 q qu u 个个无无量量纲纲单单位位组组合合数数组组成成一一个个函函数数式式来来进行表达。进行表达。Reynolds，流动型态对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响Nusselt，对流传热系数的特征数Prandtl，流体物性对对流传热的影响一般形式：一般形式：Nu=f(Re,Pr,Gr)简化：强制对流简化：强制对流 Nu=f(Re,Pr)使用准数关联式时注意：使用准数关联式时注意：定性温度的取法：2特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。管内强制对流传热，如为 圆管，特征尺寸取管径d；如非圆形管，通常取当量直径dede=4(流动截面)/润湿周边3准数关联式的适用范围。1确定物性参数数值的温度称为定性温度。4.4.无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式(1)(1)流体在管内强制对流传热流体在管内强制对流传热 圆形直管强制湍流时的对流传热系数圆形直管强制湍流时的对流传热系数适用范围：Re104，0.7Pr160，60 特征尺寸为管内径di 流体被加热时，n0.4；被冷却时，n0.3。注意事项：定性温度取强化措施：强化措施：u,u0.8 d,1/d0.2 流体物性的影响，选大的流体 以下是对上面的公式进行修正：以下是对上面的公式进行修正：高粘度高粘度 Re10000，0.7Pr60定性温度取tm；特征尺寸为dil/d60 过渡流过渡流（2000Re 膜膜 冷凝过程的热阻冷凝过程的热阻冷凝液膜冷凝液膜2.2.膜状冷凝时的对流传热系数膜状冷凝时的对流传热系数（1 1）水平管束外）水平管束外定性温度：定性温度：t tS Sr r，其它其它膜温膜温 n n水平管束在垂直列上的管数水平管束在垂直列上的管数r r比汽化热比汽化热特征尺寸：取管外径特征尺寸：取管外径d do o t=ts-tw，饱和温度与壁面温度之差，饱和温度与壁面温度之差（2）蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝）蒸汽在垂直管外（或垂直板上）冷凝层流层流Re1800湍流湍流特性尺寸特性尺寸：管长或板高管长或板高定性温度：膜温定性温度：膜温 3.影响因素和强化措施影响因素和强化措施(1)液体物性液体物性 ，r (2)不凝气体不凝气体 不凝气体存在，导致不凝气体存在，导致 ，需定期排放。，需定期排放。(3)蒸汽流速与流向蒸汽流速与流向（u10m/s）同向时，同向时，t，；反向时，反向时，t，；u ，(4)蒸汽过热蒸汽过热 r=r+cp(tv-ts)影响较小影响较小(5)强化措施：强化措施：目的：减少冷凝液膜的厚度目的：减少冷凝液膜的厚度 水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。液体沸腾时的对流传热液体沸腾时的对流传热沸腾沸腾管内沸腾管内沸腾大容器内沸腾大容器内沸腾沸腾必要条件沸腾必要条件：过热度过热度 t=（tts）0 存在汽化核心存在汽化核心1 1、大容器饱和沸腾现象、大容器饱和沸腾现象 推动力推动力（twts）沸腾三个阶段：沸腾三个阶段：自然对流、核状沸腾、自然对流、核状沸腾、膜状沸腾膜状沸腾水沸腾曲线水沸腾曲线ABCD 液体轻微过热液体轻微过热自然对流自然对流无气泡无气泡 很小很小AB段段 自然对流自然对流 局部产生气泡局部产生气泡气泡上升气泡上升 液体扰动液体扰动 BC段段 核状沸腾核状沸腾 气泡增多气泡增多 气泡产生速度气泡产生速度脱离表面的速度脱离表面的速度 不稳定的气膜不稳定的气膜 CD段段 膜状沸腾膜状沸腾 C点：临界点点：临界点 工业上采用工业上采用核状沸腾：核状沸腾：大，大，tW小小2.影响因素及强化措施影响因素及强化措施（1）液体的性质）液体的性质 （2）温度差）温度差 核状沸腾阶段核状沸腾阶段:t2.5，t （3）操作压力操作压力（4）加热面）加热面 新的、洁净的、粗糙的加热面，新的、洁净的、粗糙的加热面，大大（5）强化措施）强化措施 表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；加表面活性剂（乙醇、丙酮等）加表面活性剂（乙醇、丙酮等）第四节第四节 两流体间传热过程的计算两流体间传热过程的计算总传热速率方程总传热速率方程式中式中 Q传热速率，传热速率，W；tm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，；A传热面积，传热面积，m2；K总总 传传 热热 系系 数数，W/(m2)。1 1、热量衡算、热量衡算 热负荷热负荷Q Q：单位时间冷、热流体间交换的热量。：单位时间冷、热流体间交换的热量。无热损失：热流体qm1,T1,cp1,H1T2,H2冷流体qm2,t2,cp2,h1T2,h2无相变时无相变时 热量衡算：比热法和热焓法比热法和热焓法式中 Q 热冷流体放出或吸收的热量，J/s；qm1,qm2热冷流体的质量流量，kg/s；cp1,cp2 热冷流体的比热容，J/(kg.)；h1,h2 冷流体的进出口焓，J/kg；H1,H2 热流体的进出口焓，J/kg。比热法比热法热焓法热焓法相变时相变时 热量衡算：式中 r 热流体的汽化潜热，kJ/kg；TS 热流体的饱和温度，。传热计算的出发点和核心：相变热/潜热显热变化2 2、传热平均温度差、传热平均温度差(tm)的计算的计算(1)(1)恒温传热恒温传热(2)(2)变温传热变温传热tm与流体流向有关逆流并流错流折流逆流与并流逆流与并流t2t1T1T2 t2tAt1T2T1逆流逆流 t2tAt1T2T1并流并流t1t2T1T2以冷、热流体均无相变、逆流流动为例推导 tm：假设：（假设：（1）稳态流动，）稳态流动，qm1、qm2为常数；为常数；（2）cp1、cp2为常数；为常数；（3）K沿管长不变化；沿管长不变化；（4）热损失忽略不计。）热损失忽略不计。对于微元：对于微元：对数平均温度差对数平均温度差 ttAT2T1 t2tAt1T讨论：讨论：(2)同一端处冷热流体的温度差同一端处冷热流体的温度差(1)并流：并流：亦适用亦适用(3)若若(4)也适用于间壁一侧恒温，一侧变温的情况也适用于间壁一侧恒温，一侧变温的情况 逆逆流流：并并流流：折流与错流的平均温度差折流与错流的平均温度差查图查图流向的选择：流向的选择：逆流与并流的比较逆流与并流的比较(1)所需传热面积所需传热面积 逆流优于并流。逆流优于并流。(2)载热体消耗量载热体消耗量t1t2T1T1T2并并T2逆逆加热任务：加热任务：t1t2(T2并并)min=t2(T2逆逆)min=t1逆流优于并流。逆流优于并流。(3)温度差分布温度差分布逆流时的温度差分布更均匀。逆流时的温度差分布更均匀。T2并流并流T1t1t2t1t2T1T2逆流逆流(4)并并流流操操作作适适用用于于热热敏敏性性物物料料、粘粘稠稠物物料料等等的的加加 热，或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。热，或生产工艺要求温度不能过高或过低的场合。3 3、总传热、总传热K的计算的计算冷流体冷流体热流体热流体间壁间壁Q热流体一侧的对流传热速率热流体一侧的对流传热速率间壁的热导速率间壁的热导速率冷流体一侧的对流传热速率冷流体一侧的对流传热速率稳态传热稳态传热 总热阻总热阻表达式表达式(1)(1)若传热面为平壁若传热面为平壁讨论：讨论：dA=dA1=dA2=dAm(2)(2)若传热面为圆筒壁，管内径为若传热面为圆筒壁，管内径为d d1 1，外径为，外径为d d2 2以圆筒内表面为基准：以圆筒内表面为基准：以圆筒外表面为基准：以圆筒外表面为基准：以间壁为基准：以间壁为基准：(3)(3)工程上习惯以外表面为基准，工程上习惯以外表面为基准，K2=K 对于薄管壁：对于薄管壁：(4)(4)污垢热阻的影响：污垢热阻的影响：(5)(5)当传热壁为平壁或薄的圆筒时：当传热壁为平壁或薄的圆筒时：(6)(6)当间壁热阻很小，可忽略，且流体清洁，污垢当间壁热阻很小，可忽略，且流体清洁，污垢热阻也可忽略。热阻也可忽略。内侧为控制热阻内侧为控制热阻外侧为控制热阻外侧为控制热阻4 4、壁温、壁温计算计算金属壁的热阻通常可以忽略，即：金属壁的热阻通常可以忽略，即：可见：可见：传热面两侧温差之比等于两侧热阻之比，壁温传热面两侧温差之比等于两侧热阻之比，壁温Tw必接近于热阻较小或对流传热系数较大一侧的流必接近于热阻较小或对流传热系数较大一侧的流体温度。体温度。5 5、传热、传热计算举例计算举例例例、在在一一由由252.5mm钢钢管管构构成成的的废废热热锅锅炉炉中中，管管内内通通入入高高温温气气体体，进进口口500,出出口口400。管管外外为为p=1000kN/m2压压力力（绝绝压压）的的水水沸沸腾腾。已已知知高高温温气气体体对对流流传传热热系系数数a1=250W/m2，水水沸沸腾腾的的对对流流传传热热系系数数a2=10000 W/m2，碳碳钢钢的的导导热热系系数数=45W/m。忽忽略略污污垢垢热热阻阻。试试求求管管内内壁壁平平均均温温度度Tw及及管管外外壁壁平均平均tw。解：解：(1)总传热系数总传热系数K，以管子内表面积，以管子内表面积A1为基准为基准d1=20mm,d2=25mm,dm=22.5mm,b=2.5mm(2)平均温度差平均温度差 tm的计算的计算p=1MPa时，水的饱和温度为时，水的饱和温度为t=180oCT1=500oC,T2=400oC t1=T1-t=500-180=320oC,t2=T2-t=400-180=220oC(3)计算单位面积传热量计算单位面积传热量(4)管壁温度管壁温度热流体的平均温度热流体的平均温度 T=(500+400)/2=450oC管内壁温度管内壁温度管外壁温度管外壁温度第六节第六节 换热器换热器1 1、换热器的分类、换热器的分类加热器加热器蒸发器蒸发器按按用用途途分分类类冷却器冷却器冷凝器冷凝器直接接触式直接接触式间壁式间壁式按按冷冷热热流流体体的的传传热热方方式式蓄热式蓄热式该类换热器使用的最多2 2、间壁式换热器、间壁式换热器(1)(1)夹套式换热器夹套式换热器优点：优点：结构简单结构简单缺点：缺点：A小小 釜内釜内 小小强化措施：强化措施：釜内加搅拌釜内加搅拌 釜内加蛇管釜内加蛇管 外循环外循环用途用途:反应过程的传热反应过程的传热结构结构:壁外设夹套壁外设夹套(2)(2)沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器强化措施：强化措施：容器内加搅拌器，提高容器内加搅拌器，提高K优点：优点：结构简单结构简单 管内能耐高压管内能耐高压缺点：缺点：管外管外 小小(3)(3)喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器优点：优点：结构简单结构简单 管内能耐高压管内能耐高压 管外管外 比沉浸式大比沉浸式大缺点：缺点：喷淋不易均匀喷淋不易均匀 占地面积大占地面积大(4)(4)套管式换热器套管式换热器优点：优点：结构简单结构简单 能耐高压能耐高压 K或或 tm大大缺点：缺点：结构不紧凑结构不紧凑A/V小小 接头多，易漏接头多，易漏(5)(5)螺旋板式换热器螺旋板式换热器优点：优点：结构紧凑结构紧凑 不易结垢不易结垢,堵塞堵塞 K大大 保持逆流保持逆流,tm大大缺点：缺点：压力压力,温度不能太高温度不能太高 难以维修难以维修(6)(6)板式换热器板式换热器优点：优点：结构紧凑结构紧凑 操作灵活操作灵活 K大大缺点：缺点：耐温、耐压差耐温、耐压差,易漏易漏 处理量小处理量小(7)(7)板翅式换热器板翅式换热器优点：优点：流体湍动程度高，流体湍动程度高，K大；大；结结构构紧紧凑凑，单单位位体体积积的的A较大；较大；缺点：缺点：易堵塞，清洗困难；易堵塞，清洗困难；构造复杂构造复杂(8)(8)翅片式换热器翅片式换热器增加增加A，增强管外流体的湍动来提高增强管外流体的湍动来提高(9)(9)热管式换热器热管式换热器特点：特点：传热高效且稳定；传热高效且稳定；结构简单结构简单；应用范围广。应用范围广。(10)(10)列管式换热器列管式换热器管板、管束、封头、壳体管板、管束、封头、壳体(10)(10)列管式换热器列管式换热器 固定管板式换热器固定管板式换热器用途用途:壳方清洁壳方清洁,压力不高压力不高优点优点:成本低成本低缺点缺点:壳程难洗壳程难洗,结构结构:常备膨胀节常备膨胀节限制限制(10)(10)列管式换热器列管式换热器 浮头式换热器浮头式换热器l用途用途:较广泛较广泛l优点优点:热补偿好热补偿好,易洗易易洗易修修l缺点缺点:成本高成本高l结构结构:一管板自一管板自由由(10)(10)列管式换热器列管式换热器 U U形管式换热器形管式换热器l用途用途:管方清洁管方清洁l优点优点:适高温高压适高温高压l缺点缺点:管程难洗管程难洗,管板利用率管板利用率低低l结构结构:管子成管子成U型型3 3、列管式换热器选用计算中有关问题、列管式换热器选用计算中有关问题管程：管程：不清洁或易结垢、腐蚀性、压力高的流体；不清洁或易结垢、腐蚀性、压力高的流体；壳程：壳程：饱和蒸汽饱和蒸汽、需要冷却、粘度大或流量小的流体。需要冷却、粘度大或流量小的流体。原则：传热效果好，结构简单，清洗方便。原则：传热效果好，结构简单，清洗方便。(2)流体流速的选择流体流速的选择u选择是经济权衡，要避免层流流动！选择是经济权衡，要避免层流流动！u K，在同在同Q、tm下下A，节省设备节省设备费费uHf ，操作费用增加操作费用增加(1)流体流程选择流体流程选择(3)换热器中管子的规格和排列方式换热器中管子的规格和排列方式管子的规格：管子的规格：192mm和和 252.5mm 管管长：长：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：排列方式：正三角形正三角形正方形直列正方形直列正方形错列正方形错列圆缺形圆缺形圆盘形圆盘形多管程：多管程：管内流体管内流体u 加挡板：加挡板：增大壳程流体的湍动增大壳程流体的湍动壳程壳程 (4)折流挡板折流挡板4 4、传热过程的强化、传热过程的强化增大增大 tm 提高加热剂T1的温度或降低冷却剂t1的温度 两侧变温情况下，尽量采用逆流流动为了增强传热效率，可采取tm、A/V、K。增大增大A/V 直接接触传热，可增大A和湍动程度，使Q 采用高效新型换热器 改进传热面结构入手来增大A 和湍动程度，使Q(a)光直翅片 (b)锯齿翅片 (c)多孔翅片增大增大K尽可能利用有相变的热载体（大）；用大的热载体，如液体金属Na等；减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；提高较小一侧有效 提高提高 的方法的方法(无相变无相变)：增大流速 管内加扰流元件 改变传热面形状和增加粗糙度第四章第四章 小结小结一、概述了解传热在化工生产中的应用；了解传热在化工生产中的应用；理解传热的三种方式及特点；理解传热的三种方式及特点；理解间壁式换热器的传热过程；理解间壁式换热器的传热过程；掌握冷、热载体及其选择；掌握冷、热载体及其选择；掌握掌握Q与与q概念。概念。二、热传导掌握傅里叶定律，热导率掌握傅里叶定律，热导率 的物理意义及其影响因素；的物理意义及其影响因素；掌握平壁、圆筒的稳态热传导的计算。掌握平壁、圆筒的稳态热传导的计算。三、对流传热掌握牛顿冷却定律；掌握牛顿冷却定律；掌握掌握 的影响因素，了解因次分析法在传热中的应用的影响因素，了解因次分析法在传热中的应用；掌握四个准数的定义及物理意义；掌握四个准数的定义及物理意义；Nu、Re、Pr、Gr掌握圆形直管强制对流时掌握圆形直管强制对流时(低粘度流体低粘度流体)的计算；的计算；掌握蒸气冷凝和液体沸腾的特点、影响因素及强化措施。掌握蒸气冷凝和液体沸腾的特点、影响因素及强化措施。四、两流体间传热过程计算掌握掌握QKA tm；掌握掌握Q、K、tm 的计算；的计算；掌握壁温掌握壁温Tw和和tw的计算。的计算。五、换热器理解列管式换热器的结构和特点；理解列管式换热器的结构和特点；了解其它换热器类型；了解其它换热器类型；掌握传热过程的强化方法。掌握传热过程的强化方法。