1、山东大学 期末考试知识点复习第三章 传热蒸发一、重要公式二、主要内容联系图山东大学 期末考试知识点复习山东大学 期末考试知识点复习山东大学 期末考试知识点复习三、本章要点指导本章内容较多，在学习中要特别注意弄清楚以下三方面的问题：山东大学 期末考试知识点复习(1)各种情况下的对流传热系数 的计算，包括流动状态的划分(要注意与用于流体流动阻力计算流动状态的划分有所不同)、特征尺寸、定性温度等。(2)各种直径的应用 在本章中用到的直径有管外径、管内径、管子的平均直径、计算雷诺准数的当量直径(对于非圆管通道)等，在使用中要弄清楚各自使用的场合及计算的方法。(3)各项热阻的意义及计算 传热热阻可分为三
2、类：导热热阻、对流传热热阻和污垢热阻，三类热阻构成间壁两侧流体进行对流传热的总热阻(一般由五项组成)。下面就计算解题中的几个具体问题作一下说明。1热传导的计算(1)在进行多层平壁或多层圆筒壁的导热计算时，要注意传热温差t 与热阻 R 的起端与终端，即温差与热阻要对应一致。(2)在进行多层壁导热计算时，如两层固体壁之间存在静止的流体层(如有空气层)，则该流体层也要看做一层导热壁来计算。(3)在圆筒壁多层保温层设计计算中，由于保温层的导热面积沿径向变化，影响热阻，所以不同导热系数的保温层，内、外交换会改变导热量，即影响保温效果。(4)在进行圆筒壁或管道保温层厚度设计计算时，因热阻等于 (A m)，
3、所以增加保温层厚度 使热阻增加，有利于保温，但导热面积 Am同时增加又使得热阻减小不利于保温。因此，在设计保温层厚度时，应使保温层直径大于临界保温直径 dc (dc=2)。即当保温层直径小于 dc时，随保温层厚度的增加，热阻减小，导热量增加；当保温层直径大于 dc时，随保温层厚度的增加，热阻增加，导热量减少，有利于保温。2对流传热系数的计算(1)在进行管内强制对流传热系数的计算时，减小管内径 di及提高流体流速 u 均可使 i增加。但在保持流体流量不变时，减小管径 di会使流体流速 u山东大学 期末考试知识点复习增加，这样会使得 i增加得更多，即流速不变时 i1d i0.2管径不变时 iu 0
4、.8流量不变时 i1/d i1.8 。(2)管束的垂直方向上管子数越多， 越小。因此需增加冷凝传热面积时，最好增加管长或增加同一水平面上的管子数。(3)在计算对流传热系数时，要弄清各公式的使用条件、定性温度及特征尺寸。3提高传热膜系数 的措施强化对流传热的方法是减薄滞流底层的厚度，增强边界层的湍动程度。(1)提高流体速度 u 0.8如列管式换热器，可增加管程数来提高流速；增加折流挡板数来提高壳程流速。但pu 2用增加流速的方法来强化传热，是以增大泵耗为代价的，强化具有局限性。(2)改变流动状态 通过特殊设计的传热壁面不断改变流体的流动速度和方向，从而增强边界层的扰动，如令换热表面粗糙，管内表面
5、上加工螺纹槽，制成螺纹管或螺旋槽管，管内安装插入物(麻花纽带)等。(3)引入机械振动使传热表面振动，或使流体振动，或是施加电场作用，目的是加强滞流底层的湍动。(4)有相变的沸腾和冷凝传热的强化 这两种传热过程的给热系数已经相当高，强化传热的要求并不十分迫切。液体沸腾：保持核状沸腾，制造人工表面，增加汽化核心数。蒸汽冷凝：保持滴状冷凝，排放不凝气体，保持气液流向一致，合理布置冷凝面，利用表面张力(沟槽，金属丝)。4传热计算要区分热平衡方程式 Q=qm1Cp1t 1=q m2C p2t 2，传热速率方程式Q=KAt m和牛顿冷却定律方程式 Q=At 中几个t 的差别。t 1、t 2是同一种流体吸热
6、或放热前后的温度变化，它反映传热静力学问题；而t m是指间壁两侧冷热流体间的温差(或平均温差)，用对数平均传热温差表示，是传热的山东大学 期末考试知识点复习总推动力；t 是指壁温与一侧流体之间的温度差，是传热的局部推动力。注意t 1、t 2在概念上与t m、t 不同。(1)几个温度差的区别 在热量平衡计算公式 Q=q m1C p1t 1=q m2Cp2t 2中，t 是同一种流体换热前后的温度变化，对热流体而言t=T 1T2，对冷流体而言t=t 2-t1。在牛顿冷却定律方程式 Q=At 中，t 是指流体主体温度与传热面壁温的温度差。对热流体而言t=T-T W，对冷流体而言t=t w-t。在总传热
7、速率方程式 Q=KAt m中，tm是指换热两端冷、热流体温度差的平均值。(2)在传热速率方程式 Q=KAt m中，Q 的计算基准与传热方向有关，当无热损失时，Q 等于热流体放出的热量，也等于冷流体吸收的热量。当考虑热损失时，如果冷流体在换热器的管内(管程)流动、热流体在换热器的管间(壳程)流动，则 Q 以冷流体吸收的热量为基准；如果热流体在管程流动，冷流体在壳程流动，则 Q 以热流体放出的热量为基准，即均以传热面传递的热量为基准计算。(3)在传热速率方程 Q=KAt m中，总传热系数_K 应与传热面积 A 相对应使用。如以传热管的内表面积 A1进行计算，则总传热系数 K 应使用以内表面积为基准
8、的 K1进行计算；如以传热管的外表面积 A2进行计算，则总传热系数应使用以外表面积为基准的 K2进行计算。5强化传热过程在强化传热过程中，依据 Q=KAt m可采用提高传热系数 K，增加传热面积A 及提高传热温差t m等方法达到强化传热之目的。(1)提高传热系数 K 提高 K，必须设法提高冷热流体的两个给热系数 1、 2，降低间壁热阻 和污垢热阻 R1、R 2，但应分清矛盾的主次，重点放在薄弱环节上。对于金属壁面，导热一般不构成主要热阻；垢层热阻随使用时间的延长而变大，防止结垢和除垢是保证换热器正常工作的重要措施；当忽略污垢热阻及管壁热阻时，间壁两侧的对流传热热阻构成问题的主要方面，山东大学
9、期末考试知识点复习热阻主要集中 较小的一侧，提高 小的一侧有效。如 1 2，则K 2，此时欲提高 K，则应提高 2；如 1 2，则 K 1，此时欲提高K，则应提高 1。(2)增大传热面积 A 从提高传热面积 A 的角度考虑强化传热时，也应从控制热阻的分析着手，如 1 2，则应增加 A2；如 1 2，则应增加A1。关于 A 的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的尺寸来加大传热面积A，而是通过对传热面的改造来加大传热面积以强化传热过程，如：用螺纹管或螺旋槽管代替光管；在圆管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加轴向肋片。(3)增大传热温差t m在冷热流体进出口温度固定不变时，可采用逆流操作以增加传热温
10、差t m饱和水蒸气加热时，蒸汽压力增加，蒸汽温度上升；用水冷却时，水温下降，温差增加；多数情况下，物料温度一般由工艺条件给定，而加热剂(或冷却剂)的进口温度往往也不能改动，如冷却水的初温决定于环境气候，而出口温度虽可通过增大水流量而降低，但会导致流动阻力的迅速增大，操作费用升高。6关于换热器的选用在选用换热器时应注意以下几个问题：(1)当冷、热两流体传热温差大于 50时，应选用具有热补偿结构的换热器。(2)当选用多台换热器时，对流程安排应考虑传热系数及流动阻力两方面的因素。如采用并联操作，流动阻力小，但流速降低会使传热系数 K 下降；采用串联操作时，流动阻力大，但传热系数 K 提高了，所以应以
11、总费用最少为原则确定流程。四、本章注意点(1)要区分热平衡方程式 Q=qm1Cp1t 1=qm2Cp2t 2，传热速率方程式 Q=KAtm和牛顿冷却定律方程式 Q=At 中几个t 的差别。山东大学 期末考试知识点复习(2)热导率 与对流传热系数 不同。 是物性参数，单位为 W(m)；而 不是物性参数，是一个随物性和流体流动状态的改变而改变的十分复杂的系数。(3)在湍流情况下，若视物性近似为常数，可按圆管内湍流公式把物性参数合并为一常数 A，即得 =Au 0.8d 0.2。可见， 与流速的 08 次方成正比，与管径 d 的 O2 次方成反比。由流体力学计算可知，其流动阻力p 与 u1.752成正比。因此，提高流速 u，一方面可使对流传热系数增大，但同时阻力也将随之增大，并且增大得更快。所以，不可任意提高流速，只有在压力降允许的条件下，才可能增加流速来提高对流传热系数。(4)强化传热时，若进行换热的两种流体 相差较大，可设法提高 小的一侧的对流传热系数来提高 K。(5)换热器中多为金属传热壁面，而金属的热导率较大，所以管壁热阻通常很小，故壁阻往往不计。但污垢热阻一般不能忽略，因随着换热器使用时间的增长，垢层厚度增加，而垢阻增大必导致传热速率下降。另一方面也要注意到，设计计算时选用过大的污垢热阻会使传热面积增大，其结果可能使流速变小，壁温升高，反而促使污垢沉积增多，传热过程恶化。
