1、第十章 传热和换热器,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2.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,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：,肋壁传热量计算式：,以光壁面面积为基准：,肋化系数,以肋壁面面积为基准：,肋片强化传热方法的分析：1.提高肋高l，则K提高，但f下降。 2.可适当减小肋片间距使提高，但不应小于两个边界层厚度。 3.采用柱形、齿形等断续肋破坏边界层。 4.肋片应加装于表面传热系数较低的一侧。,第
2、二节 复合换热时的传热计算,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。,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：,复合换热热流密度：,复合换热表面传热系数：,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,增加（降低）传热系数,增加（降低）传热面积,增加（降低）传热温差,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
3、，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、增强传热的原则,1.扩展传热面： 肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面,波纹管,2.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.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.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.改变能量传递方式
4、：对流辐射板,对流辐射板,7.靠外力产生振荡，强化传热：,4.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.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.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
5、阳能平板集热器,第四节 换热器的形式和基本构造,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，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
6、。,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,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 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：,换热器温差较大一端的冷热流体温度差,换热器温差较小
7、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,计算,查表得出温差修正系数,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,换热器传热量,热流体失热量,冷流体得热量,换热器计算类型,设计计算,校核计算,根据换热要求，计算换热器换热面积,对现有换热器计算其能达到的出口温度,一、平均温差法(L
8、MTD法),1.计算步骤：见右图,开始,N,结构设计,tm和,假定tW,K,校核tW,传热面积A,管长l,Y,阻力校核,Y,结束,N,2.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： a.达到生产过程的换热要求（换热量、温度等） b.强度可靠 c.便于制造、安装和检修 d.经济合理,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,换热器性能评价方法： a.单一性能评价,b.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,d.能量转换和利用性能比的评价,第十章重点：1.肋壁传热和复合传热的计算2.强化传热和削弱传热的手段3.换热器及其计算,
