传热学第九章-传热过程分析与换热器热计算-1课件.ppt

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1、第九章第九章 传热过程分析与换热器热计算传热过程分析与换热器热计算本章的学习目的本章的学习目的(1)分析实际传热问题的能力分析实际传热问题的能力(2)综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力(3)了解换热器的基本知识和设计过程了解换热器的基本知识和设计过程 9-1 9-1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 传热过程传热过程？基本计算式基本计算式(传热方程式传热方程式)？式中：式中：K K是传热系数是传热系数(总传热系数总传热系数)。对于。对于不同的传热过不同的传热过 程程，K K的计算公式也不同。的计算公式也不同。1 1 通过平壁的传热通过平

2、壁的传热K的计算的计算公式？公式？说明说明：(1)h(1)h1 1和和h h2 2的计算；（的计算；（2 2）如果计及辐射时对流）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数总表面传热系数)单相对流：单相对流：膜态沸腾：膜态沸腾：(8-24)(6-23)2 2 通过圆管的传热通过圆管的传热hiho内部对流：内部对流：圆柱面导热：圆柱面导热：外部对流：外部对流：其中：其中：定义肋化系数：定义肋化系数：则传热系数为则传热系数为所以，只要所以，只要 就可以起到强化换热的效果。就可以起到强化换热的效果。4 4 带保温层的圆管传热带保温层的圆管传热临界热绝缘

3、直径临界热绝缘直径圆管外敷保温层后：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？这要看增强还是削弱呢？这要看d d/dd/ddo2 o2 和和d d2 2/dd/ddo2o22 2的值的值可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是可见，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

4、，就是说，d do2o2在在d do1o1 d dcrcr之间，之间，是增加的，当是增加的，当d do2o2大于大于d dcrcr时，时，降低。降低。or3 3 间壁式换热器的主要型式间壁式换热器的主要型式(1)(1)套管式换热器：套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺最简单的一种间壁式换热器，流体有顺(2)(2)流和逆流两种，适用于传热量不大或流和逆流两种，适用于传热量不大或流流(3)(3)体流量不大的情形体流量不大的情形顺流顺流逆流逆流(2)2)管壳式换热器：管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由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

5、板再封装在外管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分壳内。两种流体分管程管程和和壳程。壳程。进一步增加管程和壳程进一步增加管程和壳程(4)(4)板式换热器：板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所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。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，一般将大于量指标，一般将大于700m2/m3

6、700m2/m3的换热器称为的换热器称为紧凑式换热器紧凑式换热器，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。(5)5)螺旋板式换热器：螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，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。有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。以以顺流顺流情况为例，并作如下假设情况为例，并作如下假设：（：（1 1）冷热流体的质）冷热流体的质量流量量流量qm2qm2、qm1qm1以及比热容以及比热容c2,c1c2,c1是常数；是常数；(2)(2)传热系传热系数是常数；（数是常数；（3 3）换热器无散热损失

7、；（）换热器无散热损失；（4 4）换热面沿流）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。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，即温差随换热面积的变化，即 ，然后再沿整，然后再沿整个换热面积进行平均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，现在来看图在来看图9-139-13中微元换热面中微元换热面dAdA一段的传热。温差为：一段的传热。温差为：在固体微元面在固体微元面dAdA内，两种流体的换热量为内，两种流体的换热量为:

8、对于热流体和冷流体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：均温差为：(1)(1)(2)(2)(3)(3)(1)+(2)+(3(1)+(2)+(3)对数平对数平均温差均温差顺流：顺流：逆流时：逆流时：顺流和逆流的区别在于：顺流和逆流的区别在于：顺流：顺流：逆流：逆流：或者我们也可以将或者我们也可以将对数平均温差写成对数平均温差写成如下统一形式如下统一形式(顺顺流和逆流都适用流和逆流都适用)5 5 算术平均温差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，即平均温差的另一种更为简单的形式是算术

9、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，当同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差时，两者的差别小于别小于4 4；当；当 时，两者的差别小于时，两者的差别小于2.32.3。6 6 其他复杂布置时换热器平均温差的计算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以上所讨论的对数平均温差(LMTD)(LMTD)只是针对纯顺流和纯逆流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

10、流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流。对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，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。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是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTDLMTD，是小于是小于1 1的修正系数。图的修正系数。图9-15

11、 9-189-15 9-18分别给出了管壳式分别给出了管壳式换热器和交叉流式换热器的换热器和交叉流式换热器的 。7 7 各种流动形式的比较各种流动形式的比较(1)(1)顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的逆流的 最大，顺流则最小；最大，顺流则最小；(2)(2)顺流时顺流时 ，而逆流时，而逆流时，则可能大于则可能大于 ，可见，逆流布置时的换热最强。可见，逆流布置时的换热最强。InOutInOut(3)(3)那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好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

12、虑很多因素，而不呢？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设计成顺流(4)(4)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变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。的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。xTIn OutxTIn Out冷凝冷凝蒸发蒸发