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1、第十一章 传热过程,第二篇 传热学,2,本章主要内容,基本概念 通过平壁、圆筒壁的传热 传热的增强与削弱,3,11-1 基本概念,概念：同一表面上同时存在着对流换热和辐射换热的综合热传递现象。,一、复合换热,如：凝汽器内蒸汽与管壁的换热：,对,4,二、传热过程,定义：指高温（热）流体通过固体壁面将热量传给低温（冷）流体的过程。实例：电厂中，大多数换热设备中发生的就是传热过程，如过热器中的传热，水冷壁中的传热，省煤器中的传热，凝汽器中的传热等。,特点： 传热过程中，放热和吸热同时进行； 传热过程中同时存在三种基本热传递方式； 一个传热过程至少由三个环节组成：,热流体复合换热 + 壁内导热 + 冷
2、流体复合换热,5,6,思 考 题,分析下列电厂换热设备的传热过程： 水冷壁、冷油器、凝汽器,7,8,三、传热方程式,式中：-传热量，W； K-传热系数，W/( m2.) ； A-传热面积，m2； t-热流体与冷流体间的传热温差，.,9,传热系数和传热热阻,传热系数：传热系数K是一个表征传热过程强烈程度的物理量。传热过程越强，传热系数越大。传热热阻： 整个面积的传热热阻： 单位面积的传热热阻：不同的传热过程，其传热系数和传热热阻的具体表达式不同。,10,传热系数K的大致数值范围,11,11-2 通过平壁和圆筒壁的传热,传热过程的分析计算包括： （1）传热过程的温度分布情况； （2）传热量的计算；
3、 （3）固体壁面壁温的计算。,12,一、通过平壁的传热,13,14,由串联热阻叠加原理得平壁传热热阻及传热系数：,未知壁温计算：,平壁传热量：,15,多层平壁传热,如电厂中，锅炉炉墙散热、汽轮机汽缸壁散热等属多层平壁传热问题。,16,例题分析,例11-1 已知：钢板厚=8mm，=46.52W/(m.). 烟气侧：1 =35W/(m2.)，tf1=1500. 沸水侧：2 =5815W/(m2.)，tf2=310. 求：（1）传热量q及烟气侧钢板壁温tw1； （2）若钢板两侧各生了1mm厚的烟垢和水垢，其热导率分别为0.1163W/(m.)和1.163W/(m.).问此时（1）题中的量变成了多少？
4、,解：（1）钢板表面没有结垢时，为单层平壁传热.,17,（2）钢板表面结垢后，相当于三层平壁传热.,烟气侧烟垢表面温度：,烟气侧钢板壁温：,18,二、通过圆筒壁的传热,19,单层圆筒壁传热,由串联热阻叠加原理得单层圆筒壁传热总热阻：,20,包有保温材料的蒸汽管道的散热过程：蒸汽管内壁管外壁(保温层内层)保温外层空气,对流换热,复合换热,导热,导热,其热路图为：,多层圆筒壁传热,21,薄圆筒壁传热的简化计算,当管壁较薄（d2/d12)或计算精确度要求不高时，可将圆筒壁简化为平壁来计算。,K-按平壁计算的传热系数；Am-按计算直径计算的传热面积；dm-计算直径，当12时，取dm=1/2(d2+d1
5、)； 当12时，取dm=d1.,22,11-3 传热的增强与削弱,一、增强传热：,增强传热的目的： 提高换热设备出力，节能省材。,增强传热的途径：,23,1、减小导热热阻：减小各种污垢（如水垢、油垢、灰垢等）热阻。 （如：及时清洗换热管壁面，锅炉排污，吹灰打焦等）2、增强对流换热：增大流速（需考虑对流动阻力的影响）；增强扰动（如采用内螺纹管、增装扰流子、机械振动等）；相变换热时及时排出不凝结气体等。3、增强辐射换热：增加表面黑度、增加相互间角系数等。,（一）增大传热系数（即减小传热热阻）,以平壁传热为例：,24,（二）扩展传热表面在传热壁上加装肋片,肋片的安装位置：通常在热阻大的一侧（气体侧）
6、加装肋片，即1和2中较小的一侧。,肋片的作用：增强传热，降低壁温。,25,（三）加大传热温差,提高热流体温度；降低冷流体温度；通过合理布置流体的流动方式来实现加大传热温差。（如换热器中采用逆流布置）,26,11-3 传热的增强与削弱,增强传热的原则：,应抓住局部热阻最大的环节进行强化，才能使增强传热的效果明显，即减小最大的局部热阻（多集中在气侧、油侧及污垢层上）。,27,例题分析,例11-2 教材P171.习题11-9,解：（1）按平壁计算，省煤器的传热系数为：,（2）计算各局部热阻：,烟气侧：r1=1/1=1/81=0.0123(m2.K)/W 管壁：r=/=0.004/52=0.0001(
7、m2.K)/W水侧：r2=1/2=1/5011=0.0002(m2.K)/W,由计算可知：r1 r2 r，即烟气侧的热阻最大。因此，提高传热系数必须首先从烟气侧入手。具体办法可采用增大烟气侧流速或在烟气侧管壁上加肋等。,28,（3）如果水侧换热系数增加一倍，则传热系数变为：,可见，强化水侧换热所得的效果不明显。,（4）如果管外壁积了一层灰垢，则传热系数变为：,管外壁积灰后，传热系数明显下降，此时省煤器传热过程的最大局部热阻为灰垢层的导热热阻，所以此时减少总热阻的最有效方法为清除管壁上的灰垢层。,29,二、削弱传热在传热壁面上加装保温材料,1.保温隔热的目的：（1）减少热损失；（2）保证流体温度
8、，满足工业要求；（3）保证设备正常运行；（4）减小环境热污染；（5）保证工作人员安全。2.对保温材料的要求：（1）热导率小； （2）温度稳定性好；（3）有一定机械强度；（4）吸水吸湿性好。3.保温经济厚度的确定：,30,三、传热实例分析,烟气与灰垢层外表面的复合换热热阻较大（主要热阻），而管壁导热热阻及管内沸腾换热热阻很小。虽然火焰温度很高，而管壁温度却不高，它只比管内水温高1020。所以水冷壁可以采用最高允许工作温度为480的碳素钢作为管材。,1.锅炉水冷壁传热分析,水冷壁工作在烟温1000以上的炉膛中，为什么可用允许工作温度为480的碳钢作管材？,31,主要热阻在保温层；汽缸壁本身导热热阻
9、很小，温差小，不必担心热变形；但保温层损坏或脱落时，汽缸内、外壁温差明显加大，会产生热变形和热损失。,2.汽缸壁传热分析,32,主要热阻在烟气侧（或管外的灰垢层导热热阻）；,省煤器,3、省煤器传热分析,增强传热的措施： 增加烟气流速； 在烟气侧加肋； 及时清除灰垢。,33,4、凝汽器传热分析,34,凝汽器传热热阻为：,增强凝汽器传热的措施：（1）减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/2；（如提高流速等）（2）减小污垢热阻Rf；（如定期清洗等）,污垢热阻,为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著。试分析原因。,35,课堂思考,教材P170.思考题11-6、11-7,36
10、,本章小结,复合换热及传热过程的概念；传热方程式，传热系数和传热热阻；通过平壁和圆筒壁的传热计算及热阻表达式；增强传热的目的及措施；电厂中换热设备的传热分析,37,课外作业,教材P171.习题11-1、11-2,38,炉内结构,省煤器,39,冷油器和回热加热器图示,40,安装中的膜式水冷壁,41,42,传热学练习题（第8-11章）,一、填空题：1.反映对流换热过程强弱的物理量是_，反映复合换热过程强弱的物理量是_，反映传热过程强弱的物理量是_。2.付里叶定律在一维稳定温度场中的表达式为_，其中负号的含义是_。3.试对下列几种物质（常温下）的导热能力大小排序： 空气、水、润滑油、石棉、碳素钢、紫
11、铜 _。4.根据传热方程式可知，增强传热的主要途径是_ _、_ _和_ _。,43,5.紊流换热的主要热阻在_，为减小其热阻，可采取的方法有_。6.角系数纯属几何因子，与物体的_无关，角系数的相对性表示为_。7.固体和液体对热辐射的吸收和反射几乎都在_进行，即_=0。8.通过双层圆筒壁的导热热阻为_，通过锅炉炉墙（三层平壁）单位面积上的传热热阻为_。,44,二、简答题：1.为什么凝汽器上要装设高效能的抽气器？2.热辐射与导热和对流换热相比有何本质区别？3.加遮热板为什么可以减少辐射换热？4.画出包有一层保温材料的蒸汽管道散热过程的热路图，并标明各热阻的数学表达式及相应的热传递方式。5.试结合省煤器的传热过程说明增强传热的具体措施。,