第十章 传热和换热器.ppt

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1、第十章 传热和换热器研究内容研究内容1.在以前知识的基础上，对几种综合传热问题进行分析在以前知识的基础上，对几种综合传热问题进行分析2.对传热强化和削弱的各种方法进行归纳总结对传热强化和削弱的各种方法进行归纳总结3.换热器的构造原理和设计、校核方法换热器的构造原理和设计、校核方法第一节 通过肋壁的传热无肋侧换热：壁的导热：肋侧换热：肋间面积肋片面积肋片平均温度肋片效率：将肋片效率表达式代入肋侧散热量计算式：肋壁总效率：肋壁总效率：肋壁传热量计算式：以光壁面面积为基准：肋化系数肋化系数以肋壁面面积为基准：肋片强化传热方法的分析：肋片强化传热方法的分析：1.1.提高肋高提高肋高l l，则则K K提

2、高，但提高，但f f下降。下降。2.2.可适当减小肋片间距使可适当减小肋片间距使提高，但不应小于两个边界层厚度。提高，但不应小于两个边界层厚度。3.3.采用柱形、齿形等断续肋破坏边界层。采用柱形、齿形等断续肋破坏边界层。4.4.肋片应加装于表面传热系数较低的一侧。肋片应加装于表面传热系数较低的一侧。第二节 复合换热时的传热计算复合换热复合换热指流体为气体时，壁面上对流和辐射并存的传热方式。指流体为气体时，壁面上对流和辐射并存的传热方式。复合换热问题的处理方法将辐射换热改写成对流换热计算式的形式，得出辐射换热表面传热系数。对流换热热流密度：辐射换热热流密度：辐射换热表面传热系数：辐射换热表面传热

3、系数：复合换热热流密度：复合换热表面传热系数：复合换热表面传热系数：复合换热的两种情况：复合换热的两种情况：第一种情况：第二种情况：物体处在对流与辐射热平衡状态：冬季地面结霜过程的热平衡第三节 传热的增强和削弱增强或削弱传热的三种途径增强或削弱传热的三种途径增加（降低）传热系数增加（降低）传热系数增加（降低）传热面积增加（降低）传热面积增加（降低）传热温差增加（降低）传热温差传热量计算式：传热量计算式：增强传热的目的节约能源，减少动力消耗。节省金属材料，使设备趋于紧凑，重量轻。控制设备或其零部件的温度，使之安全运行。削弱传热的目的节约能源，降低能量损失。安全防护。环境保护。满足工艺要求。一、增

4、强传热的原则1.1.扩展传热面：扩展传热面：肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面波纹管2.2.改变流动状况：改变流动状况：（1）增加流速：管壳式换热器中增加管程和壳程数（2）流道中加进插入物增强扰动：（3）采用旋转流动装置：涡流发生器（4）采用射流方法喷射传热表面：3.3.改变流体物性：改变流体物性：流体内加添加剂、珠状凝结促进剂涡流发生器5.5.改变换热面形状和大小改变换热面形状和大小：（1）采用小直径管、椭圆管：（2）凝结换热中采用水平管：（3）自然对流换热中采用竖管代替竖壁：6.6.改变能量传递方式改变能量传递方式：对流辐射板对流辐射板7.7.靠外力产生振荡，强化传热：靠外力产生振荡，强化

5、传热：4.4.改变表面状况：改变表面状况：（1）增加粗糙度：（2）改变表面结构：多孔金属层增强沸腾换热，沟槽、螺纹结构增强凝结换热（3）表面涂层：降低表面张力促成珠状凝结，提高发射率增强辐射换热多孔金属板二、削弱传热的原则1.1.覆盖热绝缘材料覆盖热绝缘材料：（1）泡沫热绝缘材料：（2）超细粉末热绝缘材料：（3）真空热绝缘层：2.2.改变表面状况和材料结构改变表面状况和材料结构：（1）采用选择性涂层增强对投入辐射的吸收，同时削弱本身对环境的辐射换热损失：（2）附加抑制对流的元件：（3）在保温材料表面或内部添加憎水剂：（4）利用空气夹层隔热：保温瓶中的真空热绝缘层太阳能平板集热器第四节 换热器的

6、形式和基本构造间壁式换热器间壁式换热器回热式换热器回热式换热器混合式换热器混合式换热器原理原理冷热流体被壁面隔开冷热流体被壁面隔开冷热流体交替流过由蓄热冷热流体交替流过由蓄热材料构成的换热器材料构成的换热器冷热流体直接接触冷热流体直接接触换热换热效果效果一般一般较好较好最好最好适用适用范围范围不可接触的两种流体不可接触的两种流体可以接触的可以接触的两种流体两种流体可以混合的可以混合的两种流体两种流体例子例子冷凝器、蒸发器、暖风机冷凝器、蒸发器、暖风机回转式空气预热器回转式空气预热器喷淋冷却塔喷淋冷却塔冷却塔回转式空气预热器电暖风机一、管壳式换热器2壳程4管程3壳程6管程优点：结构坚固，易于制造

7、，适应性强，处理能力大，高温、高压情况下亦可应用，换热表面清洗较方便。缺点：材料消耗大，不紧凑。管壳式换热器原理管壳式换热器二、肋片管式换热器优点：结构紧凑。缺点：肋片侧的流动阻力较大。肋片管式换热器原理肋片管式换热器锅炉省煤器三、板式换热器板式换热器原理板式换热器板式换热器的板片优点：传热系数高，阻力相对较小，结构紧凑，金属消耗量低，拆装清洗方便，传热面可以灵活变更和组合。缺点：易发生内漏，密封材料不能耐高温。四、板翅式换热器板翅式换热器原理板束体基本结构板翅式换热器翅片形式优点：翅片增加流体的扰动，传热系数很高，结构紧凑。缺点：容易堵塞，清洗困难，不易维修。五、螺旋板式换热器螺旋板式换热器

8、螺旋板式换热器内部结构优点：结构紧凑，流动阻力小，传热系数很高，流动冲刷效果好，不易结垢。缺点：不易清洗，清理困难，承压能力低。螺旋板式换热器原理第五节 平均温度差研究目标确定中的换热器传热计算的特点换热器传热计算的特点冷热流体两沿传热面进行换热，冷热流体两沿传热面进行换热，其温度沿流向不断变化，因而其温度沿流向不断变化，因而温度差亦不断变化。温度差亦不断变化。顺流逆流顺流和逆流时的对数平均温度差：顺流和逆流时的对数平均温度差：换热器温差较大一端的冷热流体温度差换热器温差较小一端的冷热流体温度差其他流动方式的平均温度差计算方法：按逆流方式计算计算出对数平均温差按逆流方式计算计算出对数平均温差

9、计算计算 查表得出温差修正系数查表得出温差修正系数 平均温差平均温差一侧流体混合，一侧流体不混合的一次交叉流两侧流体均不混合的一次交叉流单壳程2、4、6管程的壳管式换热器相同的进出口温度下，逆流换热器具有最大的平均温差。相同的进出口温度下，逆流换热器具有最大的平均温差。相变换热的平均温度差：饱和热流体凝结换热饱和冷流体沸腾换热饱和热流体凝结：饱和冷流体沸腾：第六节 换热器计算换热器计算基本公式换热器计算基本公式换热器传热量换热器传热量热流体失热量热流体失热量冷流体得热量冷流体得热量换热器计算类型换热器计算类型设计计算设计计算校核计算校核计算根据换热要求，计算根据换热要求，计算换热器换热面积换热

10、器换热面积对现有换热器计算其对现有换热器计算其能达到的出口温度能达到的出口温度一、平均温差法(LMTD法)1.计算步骤：见右图开始N结构设计tm和 假定tWK校核tW传热面积A管长lY阻力校核Y结束N2.特点：比较适合设计计算二、传热单元数法(NTU法)1.效能 换热器实际传热量与最大可能传热量之比当冷流体M2c2较小时：当热流体M1c1较小时：2.传热单元数NTU 无量纲传热系数3.计算步骤：NTU t1或 t2 查表4.特点比较适合校核计算第七节 换热器性能评价简述换热器选型和设计的要求：换热器选型和设计的要求：a.达到生产过程的换热要求（换热量、温度等）达到生产过程的换热要求（换热量、温

11、度等）b.强度可靠强度可靠c.便于制造、安装和检修便于制造、安装和检修d.经济合理经济合理换热器性能评价指标：换热器性能评价指标：热力学性能、传热性能、阻力性能、机械性能、可靠性、经济性等热力学性能、传热性能、阻力性能、机械性能、可靠性、经济性等换热器性能评价方法：换热器性能评价方法：a.单一性能评价单一性能评价b.传热量与功率消耗比的评价传热量与功率消耗比的评价c.传热面积与其他性能比的评价传热面积与其他性能比的评价d.能量转换和利用性能比的评价能量转换和利用性能比的评价第十章重点第十章重点：1.1.肋壁传热和复合传热的计算肋壁传热和复合传热的计算2.2.强化传热和削弱传热的手段强化传热和削弱传热的手段3.3.换热器及其计算换热器及其计算