化工原理61传热.pptx

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1、6.传热1、本章学习的知识点 傅立叶定律；平壁和圆筒壁定常热传导的计算；传热推动力与热阻的概念；对流给热方程及对流给热系数；传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；平均温差；传热效率与传热单元数；强制对流、自然对流、冷凝和沸腾给热系数的计算；热辐射基本概念；波尔兹曼定律；克希霍夫定律；固体间热辐射；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；壁温的计算；列管换热器的结构、特点、工艺计算与选型；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；其他各种类型传热器的结构与特点。第1页/共169页6.传热2、本章学习的重 点 傅立叶定律；对流给热方程及对流给热系数；传热速率方程；热量衡算方程；总

2、传热系数；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；列管换热器结构、工艺计算与选型。3、本章学习的难 点 总传热系数；传热操作型问题的定量计算与定性分析；强化传热过程的途径。4、本章学习的新知识点 传热操作型问题的定性分析；换热器优化设计概念。第2页/共169页6.1 概述6.1.1 概述概述6.1.2 传热传热6.传热返回第3页/共169页6.1.1 概述一、传热的定义一、传热的定义 传热是传热是指由温度差引起的能量传递指由温度差引起的能量传递。传热即热量传。传热即热量传递，热力学第二定律，当无外加功时，热总是从高温向递，热力学第二定律

3、，当无外加功时，热总是从高温向低温自动传递。低温自动传递。二、几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作二、几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作1、聚氯乙烯生产：乳液聚合、聚氯乙烯生产：乳液聚合8atm，552、合成氨：、合成氨：300atm，500，放热反应，放热反应3、锅炉烟道气温度、锅炉烟道气温度800，如何利用？，如何利用？4、暖气管道的保温，暖气片的散热。、暖气管道的保温，暖气片的散热。三、传热目的三、传热目的1、加热或冷却，使物料达到指定的温度；、加热或冷却，使物料达到指定的温度；6.传热第4页/共169页6.1.1 概述2、换热，以回收利用热量或冷量；、换热，以回收利用热量或冷量；3、

4、保温，以减少热量或冷量的损失。如高温设备的保温，、保温，以减少热量或冷量的损失。如高温设备的保温，低温设备的保冷低温设备的保冷。需要解决的问题：需要解决的问题：1、如何使传热速率快，使设备紧凑？、如何使传热速率快，使设备紧凑？2、如何使传热速率慢，以保温（冷）？、如何使传热速率慢，以保温（冷）？四、传热的基本方式四、传热的基本方式1、直接接触式、直接接触式 冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。不常用，如凉水塔、热水塔。其传热面积大，设备简单。不常用，如凉水塔、热水塔。其传热面积大，设备简单。伴有传质。伴有传质。6.传热第5页/共169页6

5、.1.1 概述2、间壁式、间壁式 参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量的交换。的交换。6.传热套管式换热器 冷溶液进 冷溶液出 热溶液进热溶液出第6页/共169页6.1.1 概述6.传热列管式换热器 单程列管式换热器 双程列管式换热器 1 2 3 3 6 6 5 445 7翅片（板）第7页/共169页6.1.1 概述传热分三步：热流体传热分三步：热流体壁壁冷流体冷流体3、蓄热式、蓄热式 冷热流体交替流过蓄热室的壁面，达冷热流体交替流过蓄热室的壁

6、面，达到传热目的。到传热目的。6.传热给热给热五、传热过程的经济性及载热体的选择五、传热过程的经济性及载热体的选择1、载热体：供给或取走热量的流体。起加热作用的：、载热体：供给或取走热量的流体。起加热作用的：加加热剂热剂；起冷却作用：；起冷却作用：冷却剂冷却剂。加热剂：热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐、加热剂：热水、饱和蒸汽、矿物油、联苯混合物、熔盐、烟道气等烟道气等冷却剂：水、空气及各种冷冻剂。冷却剂：水、空气及各种冷冻剂。2、载热体选择、载热体选择第8页/共169页t不很低时，最适宜加热剂水6.1.1 概述在选择载热体时应考虑的几个方面：在选择载热体时应考虑的几个方面：载热体的温度

7、应易于调节；载热体的温度应易于调节；载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解；载热体的饱和蒸气压宜低，加热时不会分解；载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没载热体毒性要小，使用安全，对设备应基本上没有腐蚀；有腐蚀；载热体应价格低廉而且容易得到。载热体应价格低廉而且容易得到。6.传热综合而言t180，最适宜加热剂饱和蒸汽第9页/共169页6.1.1 概述3、经济性、经济性 设备费和操作费综合考虑。设备费和操作费综合考虑。6.传热冷却：温位下降价值上升载热体温位加热：温位升高价值上升六、传热计算通式六、传热计算通式 返回第10页/共169页6.1.2 间壁式传热过程一、传热速率一、传热速率1、热

8、流量、热流量Q 单位时间内热流体通过整个换热器的传热面单位时间内热流体通过整个换热器的传热面A传递给传递给冷流体的热量（冷流体的热量（W=J/s），称为热流量），称为热流量Q。因此与。因此与传热面传热面有关。有关。2、热流密度（热通量）、热流密度（热通量）q 单位时间通过单位传热面积所传递的热量（单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）6.传热 热流密度与传热面积A大小无关，完全取决于冷、热流体之间的热量传递过程，是反映具体传热过程速率大小的特征量。第11页/共169页6.1.2 间壁式传热过程二、换热器的热流量及热负荷二、换热器的热流量及热负荷1、传热量：、传热量：6.传热定态下，但

9、q沿管长是变化的。2、热负荷：由工艺条件决定(1)无相变传热比热法：热焓法：第12页/共169页6.1.2 间壁式传热过程(2)有相变传热有相变传热6.传热三、非定态传热过程三、非定态传热过程 工业上，多是间歇过程：工业上，多是间歇过程：T和和t随时间变化。即：随时间变化。即：第13页/共169页6.1.2 间壁式传热过程四、传热机理四、传热机理1、热传导（又称导热）、热传导（又称导热）依靠物体中依靠物体中微观粒子的热运动微观粒子的热运动，如固体中的传热。，如固体中的传热。2、对流给热、对流给热 流体质点（微团）发生流体质点（微团）发生宏观相对位移宏观相对位移而引起的传热现而引起的传热现象，对

10、流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流传热。触流体的传热也称为对流传热。3、辐射传热、辐射传热 高高温温物物体体以以电电磁磁波波的的形形式式进进行行的的一一种种传传热热现现象象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。在在高高温温情情况况下下，辐辐射射传传热热成成为为主要传热方式。主要传热方式。6.传热返回第14页/共169页6.2 热传导6.2.1 傅立叶定律和导热系数傅立叶定律和导热系数6.2.2 通过平壁的定态导热过程通过平壁的定态导热过程6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程通过圆筒壁的定态导热过程6.

11、2.4 通过多层壁的定态导热过程通过多层壁的定态导热过程6.传热返回第15页/共169页6.2.1 傅立叶定律和导热系数一、傅立叶定律和导热系数一、傅立叶定律和导热系数6.传热说明：说明：1、2、“-”表示热流方向与温度梯度方向相反，即热量从高表示热流方向与温度梯度方向相反，即热量从高温传至低温。温传至低温。2、导热系数，是表征材料导热性能的一个参数，导热系数，是表征材料导热性能的一个参数，导热性能增加。导热性能增加。第16页/共169页6.2.1 傅立叶定律和导热系数二、导热系数二、导热系数6.传热1、导热系数、导热系数 的定义的定义 导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热流密度导热系数在数

12、值上等于单位温度梯度下的热流密度q。2、的数量级（的数量级（w/m.）金属：金属：10102；建筑材料：；建筑材料：10-110；绝热材料：绝热材料：10-210-1；液体：；液体：10-110；气体：；气体：10-210-1第17页/共169页6.2.1 傅立叶定律和导热系数一般：一般：6.传热3、温度对、温度对 的影响的影响固体多数均质固体金非金液体气体返回第18页/共169页6.2.2 热传导过程的数学描述假定：一维定态假定：一维定态6.传热一、单层平壁的定态热传导一、单层平壁的定态热传导 设：平壁无限大，稳定传热导，一维，设：平壁无限大，稳定传热导，一维，导热系数导热系数=const，

13、t线性分布线性分布 平壁内取薄层，对单位面积作热量衡平壁内取薄层，对单位面积作热量衡算可得：算可得：对定态导热 又因为薄层内无热量累积，q=q1=q2则 第19页/共169页6.2.2 热传导过程的数学描述注：当注：当 ，平壁内温度呈线性分布，平壁内温度呈线性分布6.传热二、热流量二、热流量Q 对于平壁定态热传导，热流密度对于平壁定态热传导，热流密度 不随不随 变化，将变化，将 积分得积分得第20页/共169页6.2.2 热传导过程的数学描述6.传热说明：说明：1、热流量、热流量Q正比于推动力正比于推动力 ，反比于热阻，反比于热阻2、由、由 可得，可得，3、当、当 ，的导热系数。即：的导热系数

14、。即：返回第21页/共169页6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程 设有内、外半径分别为设有内、外半径分别为r1，r2的圆筒，内、外表面维的圆筒，内、外表面维持持恒定恒定的温度的温度 、，管长，管长 足够大，则圆筒壁内的传热足够大，则圆筒壁内的传热可以看作可以看作一维一维热传导。如右图热传导。如右图6.传热一、温度分布，由傅立叶定律得对式(6-1)进行不定积分，可得：(6-1)rdrdt第22页/共169页6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程6.传热由上式可以看出，圆筒壁内的温度按对数曲线变化。二、热流量Q t1t2对式(6-1)在边界条件下即r=r1,t=t1;r=r2,t=t2进行积分，可

15、得：第23页/共169页6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程6.传热第24页/共169页6.2.3 通过圆筒壁的定态导热过程即：即：6.传热式中：式中：说明：说明：1、当、当 的圆筒壁，的圆筒壁，误误差差10000在0.7和160之间第58页/共169页6.3.3 无相变对流给热系数的经验式若忽略定性温度的变化，当笨的流量增加一倍，则给热若忽略定性温度的变化，当笨的流量增加一倍，则给热系数为系数为6.传热二、圆形直管强制层流的给热系数二、圆形直管强制层流的给热系数 管内强制层流的给热过程由于下列因管内强制层流的给热过程由于下列因素而趋于复杂。素而趋于复杂。1、流体物性（特别是粘度）受到管内不、

16、流体物性（特别是粘度）受到管内不均匀温度分布的影响，使速度分布显著地均匀温度分布的影响，使速度分布显著地偏离等温流动时的抛物线偏离等温流动时的抛物线。第59页/共169页6.3.3 无相变对流给热系数的经验式2、自然对流造成了、自然对流造成了径向流动径向流动，强化了给热过程。（对于，强化了给热过程。（对于高度湍流而言，自然对流影响无足轻重）高度湍流而言，自然对流影响无足轻重）3、层流流动时达到定态速度分布的进口段距离一般较长、层流流动时达到定态速度分布的进口段距离一般较长（约（约100d），在实用的管长范围内，），在实用的管长范围内，加热管的相对长度加热管的相对长度l/d将对全管平均的给热系数

17、有明显影响。将对全管平均的给热系数有明显影响。6.传热适用于条件：第60页/共169页适用范围：5000Re2107时，时，a与与l无关无关称自动模化称自动模化区。区。5、设计时必须有充分湍流空间，否则是、设计时必须有充分湍流空间，否则是“有限有限空间的自然对流空间的自然对流”，a不同。不同。第63页/共169页6.3.3 无相变对流给热系数的经验式P237习题习题10：解：属于大容积自然对流解：属于大容积自然对流6.传热水平放置：水平放置：第64页/共169页6.3.3 无相变对流给热系数的经验式6.传热根据根据GrPr查书表查书表6-3得，得，A=0.54,b=1/4第65页/共169页6

18、.3.3 无相变对流给热系数的经验式6.传热返回第66页/共169页6.4 沸腾给热与冷凝给热6.4.1 沸腾给热沸腾给热6.4.2 沸腾给热过程的强化沸腾给热过程的强化6.4.3 蒸汽冷凝给热蒸汽冷凝给热6.4.4 冷凝给热系数（略）冷凝给热系数（略）6.4.5 影响冷凝给热的因素及强化措施影响冷凝给热的因素及强化措施6.传热返回第67页/共169页6.4.1 沸腾给热 液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的流动，故沸腾液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的流动，故沸腾给热和冷凝给热同样属于给热和冷凝给热同样属于对流传热对流传热，同时这两种给热过，同时这两种给热过程伴有程伴有相变化相变化。沸腾给热沸腾给

19、热是液体的对流传热过程中，伴有由是液体的对流传热过程中，伴有由液相变液相变成气相成气相，即在液相内部产生，即在液相内部产生气泡或气膜气泡或气膜的过程。的过程。6.传热按设备尺寸、形状分(1)大容积沸腾：存在自然对流和液体运动。加热壁沉浸在无强制对流液体中所发生的沸腾现象。(2)管内沸腾：又称强制对流沸腾。液体在一定压差下，以一定u流经加热管时所发生的沸腾现象。第68页/共169页6.4.1 沸腾给热说明：工业上有说明：工业上有再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等都是通过等都是通过沸腾传热来产生蒸汽。沸腾传热来产生蒸汽。管内沸腾的传热机理比大容器沸管内沸腾的传热机理比大容器沸腾更为

20、复杂腾更为复杂。6.传热按液体主体温度分(1)过冷沸腾：T主 磨磨 非金属材料的黑度值都很高，一般在非金属材料的黑度值都很高，一般在0.850.95之间，之间，在缺乏资料时，可近似地取在缺乏资料时，可近似地取0.90。(2)实际物体的辐射能力实际物体的辐射能力第93页/共169页6.5.1 固体辐射说明：说明：表征物体的辐射能力接近黑体的程度；表征物体的辐射能力接近黑体的程度；6.传热 表征实际物体辐射能力，2、吸收能力、吸收能力 黑体可将投入其上的辐射能全部吸收，黑体可将投入其上的辐射能全部吸收，a=1。实际物体的吸收能力：实际物体的吸收能力：a1.所以，实际物体的吸收率a比黑度 更复杂。第

21、94页/共169页6.5.1 固体辐射三、灰体的辐射能力和吸收能力三、灰体的辐射能力和吸收能力克希霍夫定律克希霍夫定律 1、实际物体的特殊性、实际物体的特殊性 工业上大多材料的吸收率工业上大多材料的吸收率a在波长在波长0.7620um范围内无范围内无选择性。选择性。2、灰体、灰体 对各种波长的辐射能具有相同吸收率的理想化物体。对各种波长的辐射能具有相同吸收率的理想化物体。6.传热灰体自身特性。所以，灰体：辐射能力为 ；吸收能力为a13、克希霍夫定律、克希霍夫定律 克希霍夫从理论上证明，同一灰体的吸收率与其黑度克希霍夫从理论上证明，同一灰体的吸收率与其黑度在数值上必相等在数值上必相等。第95页/

22、共169页6.5.1 固体辐射6.传热说明说明：物体的辐射能力越大其吸收能力也越大，即善于：物体的辐射能力越大其吸收能力也越大，即善于辐射必善于吸收。辐射必善于吸收。注意注意：1、同一灰体的吸率与其黑体在数值上相等，但是、同一灰体的吸率与其黑体在数值上相等，但是a和和 物物理意义不同。理意义不同。表示灰体发射能力E占同温度下黑体发射能力Eb的分数。表示外界投射来的辐射能Q可被物体吸收的分数。2、第96页/共169页6.5.1 固体辐射 说明灰体在一定温度下辐射能力和吸收率的比值，说明灰体在一定温度下辐射能力和吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能力。恒等于同温度下黑体的辐射能力。问题问题：1

23、、冬天烤白衣、黑衣谁易干？太阳晒白衣、黑衣谁易干、冬天烤白衣、黑衣谁易干？太阳晒白衣、黑衣谁易干？2、夏天穿白衣凉爽，还是黑衣？、夏天穿白衣凉爽，还是黑衣？四、灰体间的辐射传热（略）四、灰体间的辐射传热（略）五、影响辐射传热的主要因素五、影响辐射传热的主要因素1、温度的影响、温度的影响 6.传热第97页/共169页6.5.1 固体辐射 由上式可知：辐射热流量由上式可知：辐射热流量正比于温度四次方之差，而正比于温度四次方之差，而不是正比于温差不是正比于温差。同样的温差在高温时的热流量将远大。同样的温差在高温时的热流量将远大于低温时的热流量。因此，在低温传热时，辐射的影响于低温时的热流量。因此，在

24、低温传热时，辐射的影响可以忽略；而在高温传热时，热辐射则不容忽视，有时可以忽略；而在高温传热时，热辐射则不容忽视，有时甚至占据主要地位。甚至占据主要地位。2、几何位置影响、几何位置影响 角系数角系数对两物体间的辐射传热有重要影响，角系数决对两物体间的辐射传热有重要影响，角系数决定于两辐射表面的方位和距离，实际上决定于一个表面定于两辐射表面的方位和距离，实际上决定于一个表面对另一个表面的投射角。对另一个表面的投射角。3、物体表面的黑度、物体表面的黑度(1)包围越大，总辐射系数越大包围越大，总辐射系数越大6.传热第98页/共169页6.5.1 固体辐射(2)6.传热例如例如：(1)强化辐射：电气设

25、备表面涂上黑度很大的油漆强化辐射：电气设备表面涂上黑度很大的油漆(1)减弱辐射减弱辐射保温桶、油罐：涂银白色（或铝或银）保温桶、油罐：涂银白色（或铝或银）热水瓶：镀镜热水瓶：镀镜高（低）温管道保温外包一层镀锌铁等高（低）温管道保温外包一层镀锌铁等4、辐射表面间介质的影响、辐射表面间介质的影响 空气：一般视为透明体，空气：一般视为透明体，d=1；而实际气体具有发射；而实际气体具有发射和吸收能力和吸收能力对辐射传热具有影响。对辐射传热具有影响。遮热板：阻挡辐射传热。遮热板：阻挡辐射传热。返回第99页/共169页6.6 传热过程的计算重点重点：传热基本方程的推导和应用：传热基本方程的推导和应用推导推

26、导：总的出发点是为了消除壁温，用总温差代替各部：总的出发点是为了消除壁温，用总温差代替各部分的温差。分的温差。应用应用：首先要确定衡算观点和速率观点，尤其是后者。：首先要确定衡算观点和速率观点，尤其是后者。再次，是速率的三大因素：传热系数、传热面积再次，是速率的三大因素：传热系数、传热面积和温差在不同场合的应用。和温差在不同场合的应用。工业上大量存在传热过程（指间壁式传热过程）都工业上大量存在传热过程（指间壁式传热过程）都是是固体内部的导热固体内部的导热及及各种流体与固体表面间的给热组合各种流体与固体表面间的给热组合而成的而成的。6.传热第100页/共169页6.6 传热过程的计算6.6.1

27、传热过程的数学描述传热过程的数学描述6.6.2 传热过程的基本方程式传热过程的基本方程式6.6.3 换热器的设计型计算换热器的设计型计算6.6.4 换热器的操作型计算换热器的操作型计算6.6.5 传热单元法传热单元法6.6.6 非定态传热过程的拟定处理（略）非定态传热过程的拟定处理（略）6.6.7 变系数的传热过程计算（略）变系数的传热过程计算（略）6.传热返回第101页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述一、间壁式传热过程一、间壁式传热过程 的速率方程式的速率方程式6.传热T1 T2 t1t2如图为一套管式换热如图为一套管式换热器，内管为传热管，器，内管为传热管，传热管外径传热管外径

28、，内径，内径 ，微元传热管外表面，微元传热管外表面积积dA1，管外侧，管外侧 ；内表面积内表面积dA2，内侧，内侧 ，平均面积，平均面积dAm，壁，壁面导热系数面导热系数 第102页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述热量由热流体热量由热流体管壁内侧管壁内侧管壁外管壁外侧侧冷流体。冷流体。在定态下：在定态下：6.传热dQ1dQ2dQ3第103页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述1、若以内表面、若以内表面dA1为基准（热流体在管内流动，为基准（热流体在管内流动，冷流体在管外流动）冷流体在管外流动）6.传热其中：第104页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述2、若以外表面、若以

29、外表面dA2为基准（热流体在管外流动，冷流体为基准（热流体在管外流动，冷流体在管内流动）在管内流动）6.传热其中：式中：当第105页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述3、管壁很薄，微元管段、管壁很薄，微元管段dA外外=dA内内,即即dA1=dA26.传热其中：第106页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述例例6-9 传热系数的计算传热系数的计算解解：(1)属于热流体在管外流，冷流体在管内流属于热流体在管外流，冷流体在管内流6.传热(2)管外传热系数增加管外传热系数增加1倍倍第107页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述6.传热所以，传热系数增加了所以，传热系数增加了82.4

30、%。(3)管内传热系数增加管内传热系数增加1倍倍第108页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述6.传热所以，传热系数增加了所以，传热系数增加了5.6%。结论：提高结论：提高K，应该，应该提高较小的给热系数提高较小的给热系数比较有效。比较有效。第109页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述二、污垢热阻二、污垢热阻 实践证明，表面污垢会产生相当大的热阻实践证明，表面污垢会产生相当大的热阻R。表。表6-6给出某些工业上常见的流体的污垢热阻的大致范围。给出某些工业上常见的流体的污垢热阻的大致范围。6.传热第110页/共169页6.6.1 传热过程的数学描述薄壁：薄壁：6.传热 式中：式中：

31、R1、R2分别为传热管外侧、内侧的污垢热阻。分别为传热管外侧、内侧的污垢热阻。三、壁温计算三、壁温计算 结论：壁温值接近结论：壁温值接近给热系数大或热阻较小的一侧流给热系数大或热阻较小的一侧流体温度。体温度。四、传热阻力和传热系数四、传热阻力和传热系数总热阻返回第111页/共169页6.6.2 传热过程的基本方程式一、方法：取一、方法：取微元体微元体6.传热热量衡算热量衡算过程特征方程过程特征方程联立积分联立积分基本方程基本方程假定：假定：1、沿传热面不变。沿传热面不变。2、无相变、无相变 3、4、轴向热传导可以忽略（轴向温度梯度很小）、轴向热传导可以忽略（轴向温度梯度很小）传热基本方程式传热

32、基本方程式第112页/共169页6.6.2 传热过程的基本方程式其中：其中：6.传热并流：并流：T1T2t1t2逆流：逆流：T1T2t1t2对数平均温对数平均温差，又称对差，又称对数平均推动数平均推动力力第113页/共169页6.6.2 传热过程的基本方程式二、对数平均温度二、对数平均温度 的特点的特点6.传热1、恒恒50时，应采用适当的温差补偿时，应采用适当的温差补偿措施，消除或减小热应力。措施，消除或减小热应力。第151页/共169页6.7.1 间壁式换热器的类型 根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为以根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为以下几个型式。下几个型式。1、固定管

33、板式固定管板式 壳体与传热管壁温度之差大于壳体与传热管壁温度之差大于50 C，加，加补偿圈，也补偿圈，也称膨胀节称膨胀节，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。6.传热 特点特点：结构简单，成：结构简单，成本低，壳程检修和清洗本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的不易产生垢层和腐蚀的介质。介质。第152页/共169页6.7.1 间壁式换热器的类型 优点优点：结构简单、紧凑、造价便宜；：结构简单、紧凑、造价便宜；缺点缺点：管外不能机械清

34、洗，管板、管子和壳体都是：管外不能机械清洗，管板、管子和壳体都是刚性连接，当管壁和壳壁的温度相差较大时，会产生很刚性连接，当管壁和壳壁的温度相差较大时，会产生很大的热应力，甚至将管子从管板上拉脱。解决方法补偿大的热应力，甚至将管子从管板上拉脱。解决方法补偿圈圈(或称膨胀节或称膨胀节)。2、浮头式浮头式 两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。力。6.

35、传热第153页/共169页6.7.1 间壁式换热器的类型 特点特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。是应用较多的一种结构形式。优点优点：有良好的热补偿性能，管束可从壳体中拔出：有良好的热补偿性能，管束可从壳体中拔出清洗；清洗；缺点缺点：结构复杂，造价较高。：结构复杂，造价较高。3、U型管式型管式 常用常用 把每根管子都弯成把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，：结构较

36、简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高压气体的换热。适用于高压气体的换热。6.传热第154页/共169页6.7.1 间壁式换热器的类型 优点优点：管子受热受冷可以自由伸缩，而与壳体无关。：管子受热受冷可以自由伸缩，而与壳体无关。结构比较简单，管束可以拔出清洗。结构比较简单，管束可以拔出清洗。缺点缺点：管内的机械清洗困难，只能走清洁流体。：管内的机械清洗困难，只能走清洁流体。6.传热第155页/共169页6.7.1 间壁式换热器的类型6.传热返回其他类型的换热器。其他类型的换热器。第156页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用一、设计和选用时应考虑的问题一、设计和选用时应考虑的问

37、题 1、冷热流体流动通道的选择、冷热流体流动通道的选择 管程（管内）管程（管内）不洁净或易结垢的流体不洁净或易结垢的流体腐蚀性流体腐蚀性流体有毒气体有毒气体压力高的流体压力高的流体对流给热系数小的流体（需增大给热系数的流体）对流给热系数小的流体（需增大给热系数的流体）壳程（管间）壳程（管间）饱和蒸汽饱和蒸汽被冷却的流体被冷却的流体流量小而粘度大的流体流量小而粘度大的流体对流给热系数大的流体对流给热系数大的流体6.传热第157页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用 以以上上各各点点往往往往不不可可能能同同时时满满足足，应应抓抓住住主主要要矛矛盾盾进进行行选择。选择。例例如如，首首先先

38、从从流流体体的的压压力力、腐腐蚀蚀性性及及清清洗洗等等方方面面的的要要求来考虑，然后再考虑满足其他方面的要求。求来考虑，然后再考虑满足其他方面的要求。2、流速的选择、流速的选择6.传热传热方面：流动方面：结构方面：第158页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用3、换热管规格和排列选择、换热管规格和排列选择 管径管径：d，单位体积设备内的，单位体积设备内的A，但更容易堵塞。，但更容易堵塞。目前我国系列标准规定采用目前我国系列标准规定采用 252.5mm,192mm两种规两种规格的管子。管长的选择以清洗方便和合理使用管材为准，格的管子。管长的选择以清洗方便和合理使用管材为准，我国生产的

39、钢管长度多为我国生产的钢管长度多为6米，国家标准规定采用的管长米，国家标准规定采用的管长有有1.5、2、3、6米四种规格，以米四种规格，以3米和米和6米米最为普遍。最为普遍。换热管的排列方式：换热管的排列方式：6.传热第159页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用6.传热4、折流挡板 挡板的形状和间距必须适当，方能取得良好效果。以弓形为例，缺口的高度一般取为壳体内径的10-40%，常见的是20-25%。缺口方向可水平和垂直排列。挡板间距过大，流速小，不能保证流体垂直流过管束，管外h ；间距过小，流动阻力增加，且不便于检修。第160页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用我

40、国系列标准规定的挡板间距我国系列标准规定的挡板间距：固定管板式：固定管板式：150、300 和和 600 mm 三种规格；三种规格；浮头式：浮头式：150、200、300、480 和和 600 mm 五种规格。五种规格。三、管壳式换热器的设计和选用步骤三、管壳式换热器的设计和选用步骤1、计算方程、计算方程 6.传热第161页/共169页 初步选定流体流动方式，由冷热流体的进出口温度初步选定流体流动方式，由冷热流体的进出口温度计算温差修正系数计算温差修正系数 ，应使，应使 0.8，否则应改变流动方，否则应改变流动方式，重新计算。式，重新计算。6.7.2 管壳式换热器的设计与选用6.传热计算方法：

41、由已知条件计算方法：由已知条件Q，而而 是由传热面积是由传热面积A和换热器结构决定和换热器结构决定所以进行试差。所以进行试差。2、初选换热器的尺寸与规格、初选换热器的尺寸与规格第162页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用根据根据P、R值由图值由图6-57，查出各种情况的，查出各种情况的 值。值。6.传热 确定流体的定性温度物性数据，并选择列管换热器确定流体的定性温度物性数据，并选择列管换热器的型式的型式 估算传热系数估算传热系数K值，并计算值，并计算A值。值。根据根据A估估设计：参照系列标准选定设计：参照系列标准选定d，L及排列及排列选用：在系列标准中选择适当型号，将选用：在系列

42、标准中选择适当型号，将相关参数列表相关参数列表第163页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用3、计算管程的压降和给热系数、计算管程的压降和给热系数6.传热根据经验（参根据经验（参考书表考书表6-9、表、表6-10）选定）选定u1前述公式计算计算 和和要求：要求：4、计算壳程压降和给热系数、计算壳程压降和给热系数根据经验（参根据经验（参考书表考书表6-9）u1范围范围前述公式计算计算选定档选定档板间距板间距若：若：可增大挡板间距。可增大挡板间距。第164页/共169页6.7.2 管壳式换热器的设计与选用5、计算传热系数，校核传热面积、计算传热系数，校核传热面积6.传热若不满足，则重新

43、选若不满足，则重新选K估估，重复以上计算。，重复以上计算。第165页/共169页6.7.3 传热过程的强化措施由由 ，要增大热量，要增大热量Q，可通过提高，可通过提高K，A，6.传热一、增大传热平均温度差一、增大传热平均温度差 1、两侧变温情况下，尽量采用逆流流动、两侧变温情况下，尽量采用逆流流动 2、提高加热剂、提高加热剂T1的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的压力来达到提高其饱和温度的目的）；降低冷却剂压力来达到提高其饱和温度的目的）；降低冷却剂t1的温的温度。度。二、增大二、增大K 第166页/共169页6.7.3 传热过程的强化措施1、尽可能利用有相变的

44、热载体（尽可能利用有相变的热载体（大）大）2、用、用 大的热载体，如液体金属大的热载体，如液体金属Na等等 3、减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；、减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；4、提高提高较小一侧有效较小一侧有效提高提高的方法：的方法：无相变传热：无相变传热：1）增大流速；）增大流速；2）管内加扰流元件；）管内加扰流元件；3）改变传热面形状和增加粗糙度。）改变传热面形状和增加粗糙度。三、增大单位体积的传热面积三、增大单位体积的传热面积A/V1、直接接触传热：可增大、直接接触传热：可增大A和湍动程度，使和湍动程度，使Q；2、采用高效新型换热器、采用高效新型换热器几种强化传热管和板翅式换热器的翅片几种强化传热管和板翅式换热器的翅片：6.传热第167页/共169页6.7.3 传热过程的强化措施6.传热光直翅片 锯齿翅片 多孔翅片 返回第168页/共169页感谢您的观看！第169页/共169页