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1、关于传热过程分析与换热器的热计算2022/9/25第一页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 基基 本本 要要 求求1掌握传热过程的概念及宏观规律掌握传热过程的概念及宏观规律2掌握传热系数的概念及影响因素，并能计算掌握传热系数的概念及影响因素，并能计算 常见传热过程的传热系数常见传热过程的传热系数3了解换热器的分类及主要型式了解换热器的分类及主要型式4能计算不同型式换热器的平均温差，并进行能计算不同型式换热器的平均温差，并进行 换热器内冷、热流体的温度变化规律分析换热器内冷、热流体的温度变化规律分析5熟记换热器热设计的基本公式，了解换热器熟记换热器热设计的基本公式，了解换热器 热设计的类型及计
2、算方法，并能用平均温差热设计的类型及计算方法，并能用平均温差 法进行换热器的设计计算法进行换热器的设计计算6掌握热量传递过程的控制原理与方法掌握热量传递过程的控制原理与方法第二页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 主主 要要 内内 容容传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算换热器的类型换热器的类型传热过程的平均温差及计算传热过程的平均温差及计算间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计热量传递过程的控制热量传递过程的控制(强化和削弱强化和削弱)第三页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 传热过程的定义传热过程的定义 热量由壁面一侧的
3、热流体通过壁面传到热量由壁面一侧的热流体通过壁面传到 另一侧的冷流体中的过程另一侧的冷流体中的过程,称为传热过程称为传热过程传热过程的宏观规律传热过程的宏观规律传热方程传热方程式中：式中：k 为传热系数为传热系数(W/m2.K),反映传热过程的强弱反映传热过程的强弱为传热热阻为传热热阻第四页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.1.1 通过平壁的传热过程计算通过平壁的传热过程计算等效电路图等效电路图(共三个环节串联共三个环节串联):10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第五页，讲稿共七十四页哦2022/9/25影响传热系数影响传热系数k的数值的主要因素：的数值的主要因
4、素：冷热流体的物性；冷热流体的物性；流速；流速；物体表面的形状和布置；物体表面的形状和布置；壁面材料导热系数壁面材料导热系数 通过平壁的传热量：通过平壁的传热量：当流过壁面的是辐射性气体当流过壁面的是辐射性气体(二氧华碳、水蒸二氧华碳、水蒸汽、烟气等汽、烟气等),或壁面与周围表面间存在较大温差时或壁面与周围表面间存在较大温差时,则该侧应按复合换热考虑则该侧应按复合换热考虑.10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第六页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.1.2 通过圆筒壁的传热过程计算通过圆筒壁的传热过程计算10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算
5、等效电路图等效电路图(共三个环节串联共三个环节串联):第七页，讲稿共七十四页哦定义定义：(1)以以圆圆管外侧面积为基准的传热系数管外侧面积为基准的传热系数 k(2)以以圆管内侧圆管内侧面积为基准面积为基准的传热系数的传热系数 ki通过圆筒壁的传热量：通过圆筒壁的传热量：(10-2)10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第八页，讲稿共七十四页哦2022/9/25总传热热阻总传热热阻=管内热阻管内热阻 +管壁热阻管壁热阻 +管外热阻管外热阻注意：注意：因因AiA 0，故不采用单位面积热阻的概念；故不采用单位面积热阻的概念；管子内、外侧有污垢或包有保温层时，只要增加相管子内、外
6、侧有污垢或包有保温层时，只要增加相 应的热阻项即可；应的热阻项即可；要强化或削弱传热过程，应从热阻最大的环节入手要强化或削弱传热过程，应从热阻最大的环节入手(10-5)10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第九页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.1.3 通过肋壁的传热过程计算通过肋壁的传热过程计算 (以平壁一侧装肋的以平壁一侧装肋的 情况为例情况为例)基础：基础：肋壁肋壁(或肋面或肋面)总效率的概念总效率的概念10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十页，讲稿共七十四页哦2022/9/25(1)(1)肋壁总效率肋壁总效率0式中：式中：10.1
7、 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/25(2)(2)肋壁传热过程分析肋壁传热过程分析解得：解得：10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/25肋壁的传热系数：肋壁的传热系数：(a)a)以肋侧总表面积以肋侧总表面积A A0 0为基准的肋壁传热系数为：为基准的肋壁传热系数为：(10-7a)(b)b)以以光侧表面积光侧表面积Ai为基准的肋壁传热系数为：为基准的肋壁传热系数为：(10-7b)(c)c)未未加肋时平壁的传热系数为：加肋时平壁的传热系数为：(10-1)10.1 10.1 传热过
8、程的分析和计算传热过程的分析和计算第十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25注意：注意：b.不同的传热系数，在定义时所采用的计算面积不同不同的传热系数，在定义时所采用的计算面积不同c.复杂肋管的传热系数应依靠专门的实验来确定复杂肋管的传热系数应依靠专门的实验来确定10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十四页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.1.4 临界热绝缘直径临界热绝缘直径问题：问题：在圆管外加肋是否一定能增强传热？在圆管外加肋是否一定能增强传热？在圆管外敷设保温层是否一定能削弱传热？在圆管外敷设保温层是否一定能削弱传热？(2)加保温层后，导热热阻增大，对流
9、热阻不变，加保温层后，导热热阻增大，对流热阻不变，故总热阻增大，传热系数减小，故总热阻增大，传热系数减小，换热削弱换热削弱(10-7b)(10-1)10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十五页，讲稿共七十四页哦2022/9/252、圆筒壁：、圆筒壁：(1)加肋时，肋侧对流热阻加肋时，肋侧对流热阻Rh的下降远远超过导热热的下降远远超过导热热 阻阻 R的增大幅度，故总热阻下降，换热增强的增大幅度，故总热阻下降，换热增强(2)加保温层后，导热热阻加保温层后，导热热阻R增大，外侧对流热阻增大，外侧对流热阻 Rh减小。传热量的变化应视两者的变化幅度而定。减小。传热量的变化应视两者
10、的变化幅度而定。一般情况下，一般情况下，R的增加幅度超过的增加幅度超过Rh的减小幅的减小幅 度度,故总热阻增大故总热阻增大,传热系数减小传热系数减小,换热削弱换热削弱.特殊情况：当特殊情况：当R的增加幅度小于的增加幅度小于Rh的减小幅的减小幅 度时度时,总热阻减小总热阻减小,传热系数反而增大传热系数反而增大,热损失增加热损失增加(10-2)10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十六页，讲稿共七十四页哦2022/9/25临界热绝缘直径临界热绝缘直径:即即:d0dcr(Bidcr(Bi2)时时,d0.10.1 10.1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算第十七页，讲稿
11、共七十四页哦2022/9/2510.2.1 换热器的分类换热器的分类1.按操作过程分按操作过程分:间壁式间壁式也称表面式，在工程中最常用也称表面式，在工程中最常用混合式混合式适用于冷热流体为同类介质的场合适用于冷热流体为同类介质的场合回热式回热式(蓄热式蓄热式)适用于气体与气体间的换热适用于气体与气体间的换热,为非稳态过程为非稳态过程换热器换热器使热量从热流体传递到冷流体使热量从热流体传递到冷流体,以满足规以满足规 定的工艺要求的装置定的工艺要求的装置10-2 换热器的类型换热器的类型10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第十八页，讲稿共七十四页哦2022/9/252.按表面的紧凑程度分
12、按表面的紧凑程度分:紧凑式与非紧凑式紧凑式与非紧凑式紧凑式紧凑式700m2/m3,或或dh6mm层流换热器层流换热器3000m2/m3,或或100m dh1mm微型换热器微型换热器15000m2/m3,或或100mdh1mm 紧凑程度用当量直径紧凑程度用当量直径d e(d h)或传热面积密度或传热面积密度 来衡量来衡量(-单位体积中的传热面积单位体积中的传热面积)(详见详见P467图图10-5)10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第十九页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.2.2 间壁式换热器的主要型式间壁式换热器的主要型式 套管式套管式管式管式 壳管式壳管式*(列管式列管式.最
13、简单最简单,最典型最典型)管束式管束式 蛇管式蛇管式 板式板式板式板式 螺旋板式螺旋板式 板翅式板翅式 夹套式夹套式热管换热器热管换热器见见P467-471图图10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十页，讲稿共七十四页哦2022/9/25特点特点:耐压抗震耐压抗震,不易变形不易变形;耐脏耐垢耐脏耐垢,不易堵塞不易堵塞;回油顺畅回油顺畅,安全性高安全性高;结构灵活结构灵活,布置方便布置方便 适用适用:传热量不大或流体流量不大的情形传热量不大或流体流量不大的情形 1.套管换热器套管换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/252.壳管式换
14、热器壳管式换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25列管式冷凝器实例列管式冷凝器实例 10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十四页，讲稿共七十四页哦2022/9/25波纹管换热器波纹管换热器波纹换热管波纹换热管 10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十五页，讲稿共七十四页哦2022/9/253.交叉流换热器交叉流换热器例：板翅式换热器例：板翅式换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十六页，讲稿共七十四页哦2022/9
15、/25直片形直片形 U形形 L形形方形方形10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十七页，讲稿共七十四页哦2022/9/254.板式换热器板式换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第二十八页，讲稿共七十四页哦2022/9/25特点：特点：结构紧凑结构紧凑,占用空间小；传热系数高占用空间小；传热系数高；端部温差小端部温差小(可达可达1);热损失小热损失小，热效率高，热效率高(98%);适应性好，易调整适应性好，易调整;不易结垢不易结垢1,2 介质介质3 环行孔道环行孔道 垫圈垫圈4 板片密封板片密封 垫圈垫圈5 激光切焊激光切焊 焊缝焊缝6 焊接密封焊接密封 流道流道 第二十
16、九页，讲稿共七十四页哦2022/9/255.螺旋板式换热器螺旋板式换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第三十页，讲稿共七十四页哦2022/9/25螺旋板换热器的特点螺旋板换热器的特点:传热效率高传热效率高(总传热系数最高可达总传热系数最高可达3300Kcal/m2.h.，传热效率为列管式换热器的传热效率为列管式换热器的13倍。倍。)，节能效果好，节能效果好，体积小、价格便宜，使用可靠等。适用气气、液体积小、价格便宜，使用可靠等。适用气气、液液、气液对流传热，以及用于蒸气冷凝和液体蒸发液、气液对流传热，以及用于蒸气冷凝和液体蒸发传热。但密封较困难传热。但密封较困难.10.2 10.
17、2 换热器的类型换热器的类型第三十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/256.管束式换热器管束式换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第三十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/257.热管换热器热管换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第三十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25第三十四页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 换热器中流体的流程及流向换热器中流体的流程及流向 流程流程:用用 i j 表示表示 i 壳程数壳程数；j 管程数管程数 流向：流向：顺流顺流冷热两种流体平行而同向流动冷热两种流体平行而同向流动 逆流逆流冷热两种流体平行而反向流动冷热两种流体平行而
18、反向流动 交叉流交叉流冷热两种流体空中垂直相交流动冷热两种流体空中垂直相交流动 混合流混合流上述几种流向的混合上述几种流向的混合10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第三十五页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.2.3 提高换热器紧凑性的途径提高换热器紧凑性的途径减小管径减小管径;采用板式结构采用板式结构(减小当量直径减小当量直径);采用肋化表面采用肋化表面;采用丝网状材料采用丝网状材料10.2.4 壳管式换热器的近期发展壳管式换热器的近期发展螺旋折流板换热器螺旋折流板换热器,折流杆换热器折流杆换热器10.2 10.2 换热器的类型换热器的类型第三十六页，讲稿共七十四页哦2022/
19、9/2510.3.1、简单顺、逆流换热器平均温差的计算、简单顺、逆流换热器平均温差的计算 简化假定简化假定:a.冷、热流体的质量流量冷、热流体的质量流量qm2、qm1及比热容及比热容c2、c1在整个换热面上都是常量；在整个换热面上都是常量；b.传热系数传热系数 k 在整个换热面上不变；在整个换热面上不变；c.换热器无散热损失；换热器无散热损失；d.换热面沿流动方向的导热量可忽略不计。换热面沿流动方向的导热量可忽略不计。10.3 换热器中传热过程平均温差的计算换热器中传热过程平均温差的计算传热方程：传热方程：t tm m（对数）平均温压（对数）平均温压10.3 10.3 换热器的平均温差换热器的
20、平均温差第三十七页，讲稿共七十四页哦2022/9/251.顺流换热器顺流换热器在在dA中中:10.3 10.3 换热器的平均温差换热器的平均温差第三十八页，讲稿共七十四页哦2022/9/25或：或：=将式将式(h)沿全换热面积分平均，即可得整个换热沿全换热面积分平均，即可得整个换热面的平均温差面的平均温差tm:得截面得截面Ax处的温差处的温差t tx x与与Ax的关系为的关系为:(h)(h)10.3 10.3 换热器的平均温差换热器的平均温差第三十九页，讲稿共七十四页哦2022/9/252.逆流换热器逆流换热器在微元面在微元面dA中中:其他均同顺流其他均同顺流第四十页，讲稿共七十四页哦2022
21、/9/25 3.平均温压的平均温压的简化计算简化计算用算术平均温差代替对数平均温差用算术平均温差代替对数平均温差条件：条件：10.3 10.3 换热器的平均温差换热器的平均温差第四十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.3.2 其他复杂布置时平均温差的计算其他复杂布置时平均温差的计算 采用修正系数线算图求解采用修正系数线算图求解具体计算步骤见具体计算步骤见P478:(1)以给定的冷热流体的进出口温度以给定的冷热流体的进出口温度,计算按逆流计算按逆流 布置时的对数平均温差布置时的对数平均温差(t tm m)ctfctf(2)根据流动型式根据流动型式,根据根据P、R从相应的线算图中查从相应
22、的线算图中查 得修正系数得修正系数,则则:(10-12)各种流动型式换热器的修正系数线算图见各种流动型式换热器的修正系数线算图见P479-48010.3 10.3 换热器的平均温差换热器的平均温差第四十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.3.3 不同流动布置型式平均温差的比较不同流动布置型式平均温差的比较(1)在冷热流体进出口温度一定的条件下在冷热流体进出口温度一定的条件下,(tm)顺顺 最小最小,(tm)逆逆最大最大;且逆流布置时热损失对且逆流布置时热损失对(tm)的影响最小的影响最小(2)其他流动型式的其他流动型式的(tm)介于顺流与逆流之间介于顺流与逆流之间,设计中设计中 一般
23、要求修正系数一般要求修正系数大于大于0.9,至少不能小于至少不能小于0.8;(3)当其中一种流体有相变时当其中一种流体有相变时,无顺逆流之分无顺逆流之分;(4)蛇形管束当蛇形管束当 曲折次数超曲折次数超 过四次时过四次时,可可 作纯顺流或作纯顺流或 纯逆流处理纯逆流处理第四十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计换热器的热设计类型换热器的热设计类型 1.1.设计计算设计计算 2.2.校核计算校核计算换热器热设计的基本方法换热器热设计的基本方法 1.1.平均温压法平均温压法*2.2.传热传热单元数法单元数法换热器的污垢热阻及对传热的
24、影响换热器的污垢热阻及对传热的影响换热器的综合设计换热器的综合设计10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第四十四页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 换热器热设计的基本公式换热器热设计的基本公式热平衡方程热平衡方程:(10-14)10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第四十五页，讲稿共七十四页哦2022/9/251.两种类型的设计两种类型的设计 设计计算与校核计算设计计算与校核计算 已知：两个水当量已知：两个水当量qm1c1和和qm2c2、四个进出口温、四个进出口温 度中的三个度中的三个 求：求：另一温度值、另一温度值、kA、传热量、传热量 已知：
25、已知：kA、两个水当量、两个进口温度、两个水当量、两个进口温度t1、t2 求：求：两个出口温度两个出口温度t1”、t2”、及传热量、及传热量 设计计算设计计算 校核计算校核计算10.4.1 两种类型的设计和两种设计方法两种类型的设计和两种设计方法10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第四十六页，讲稿共七十四页哦2022/9/252.换热器的两种热计算方法换热器的两种热计算方法平均温压法平均温压法(LMTD法法)传热单元数法传热单元数法效能效能传热单元数法传热单元数法(-NTU-NTU法法)平均温压法用于校核计算的步骤见平均温压法用于校核计算的步骤见P485(需试算需试算)
26、常用于设计计算常用于设计计算(可直接进行计算可直接进行计算)具体步骤见具体步骤见常用于校核计算常用于校核计算计算步骤与平均温压法大致相似计算步骤与平均温压法大致相似10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第四十七页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 10.4.2 换热器热设计的平均温差法换热器热设计的平均温差法(LMTD法法)1.平均温压法用于设计计算的步骤平均温压法用于设计计算的步骤 P485:(1)初步布置换热面初步布置换热面,并计算传热系数并计算传热系数k;(2)由热平衡式求出第由热平衡式求出第4个温度个温度;(3)计算平均温差计算平均温差(注意保持修正系数具有合适
27、的注意保持修正系数具有合适的 数值数值;(4)由传热方程求出所需传热面积由传热方程求出所需传热面积A,并核算流动并核算流动 阻力阻力;(5)如流动阻力过大如流动阻力过大,改变方安重新设计改变方安重新设计.10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第四十八页，讲稿共七十四页哦2022/9/252.平均温压法用于校核计算的步骤平均温压法用于校核计算的步骤(迭代法迭代法):P485(1)假定假定1 个出口温度个出口温度,按热平衡方程求出另一出口按热平衡方程求出另一出口 温度温度;(2)计算平均温差计算平均温差;(3)根据换热器的结构根据换热器的结构,计算传热系数计算传热系数k;(4
28、)已知已知kA,tm,由传热方程求出传热量由传热方程求出传热量htht;(5)根据根据4个温度个温度,由热平衡方程求出另一传热量由热平衡方程求出另一传热量hb;(6)比较比较ht与与hb(要求两者之差小于要求两者之差小于2%5%).10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第四十九页，讲稿共七十四页哦2022/9/251.换热器效能换热器效能的定义的定义(效能效能的概念与计算是传热单元数法的关键的概念与计算是传热单元数法的关键)10.4.3 换热器热设计的效能换热器热设计的效能传热单元数法传热单元数法 (-NTU法法),简称传热单元数法简称传热单元数法 10.4 10.4 间
29、壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十页，讲稿共七十四页哦2022/9/252.效能效能的计算的计算式式(10-19)式式(10-23)10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/25(3)简化计算式简化计算式其中任一流体发生相变时，其中任一流体发生相变时，(qmc)max顺、逆流换热器均有：顺、逆流换热器均有：两种流体的水当量相等，即两种流体的水当量相等，即(qmc)max=(qmc)min顺流：顺流：逆流：逆流：不同流动形式换热器的不同流动形式换热器的NTUNTU关系图关系图详见详见P488、489图图10.4 10.4 间壁
30、式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/25三个无因次量：三个无因次量：换热器的效能换热器的效能及其计算及其计算计算计算式式(10-18)式式(10-23)、线算图、线算图 水当量比水当量比:10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25第五十四页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 (1)计算传热单元数计算传热单元数 (2)计算两个水当量之比计算两个水当量之比 (3)根据换热器型从相应线算图中查得效能根据换热器型从相应线算图中查得效能 值值.(4)由热班程计算传热量由热班程计算传热量 (2)计算
31、两个出口温度计算两个出口温度 已知：已知：kA、两个水当量、两个进口温度、两个水当量、两个进口温度t1、t2 求：求：两个出口温度两个出口温度t1”、t2”、及传热量、及传热量3.采用传热单元数法计算换热器的步骤采用传热单元数法计算换热器的步骤(需试算需试算)参见参见 P48910.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十五页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.4.4 换热器的污垢热阻换热器的污垢热阻2.污垢对传热的影响污垢对传热的影响 污垢的存在将使传热系数下降，换热削弱污垢的存在将使传热系数下降，换热削弱.1.污垢热阻污垢热阻 换热器运行一段时间后换热器运行一段时
32、间后,由于在换热面上由于在换热面上 积起水垢、污泥、烟灰等覆盖物垢层积起水垢、污泥、烟灰等覆盖物垢层,或由于或由于 换热面与流体的相互作用发生腐蚀而引起的换热面与流体的相互作用发生腐蚀而引起的 覆盖物垢层所产生的附加热阻覆盖物垢层所产生的附加热阻.10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十六页，讲稿共七十四页哦2022/9/253、处理方法、处理方法注意注意：当换热壁面面积不是常量时，应考虑面：当换热壁面面积不是常量时，应考虑面 积变化的影响，即引用总热阻的概念。积变化的影响，即引用总热阻的概念。污垢热阻的参考值见污垢热阻的参考值见P340表表9-1（与水文地质条件等有
33、关（与水文地质条件等有关,由实验测得）由实验测得）(1)使用中，对冷却水进行预处理，并应使用中，对冷却水进行预处理，并应定期清洗定期清洗(2)计算中，在计算式中附加一项经验的热阻，即计算中，在计算式中附加一项经验的热阻，即 污垢热阻（污垢系数）污垢热阻（污垢系数）Rf(m2./W)10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第五十七页，讲稿共七十四页哦2022/9/25第五十八页，讲稿共七十四页哦2022/9/25第五十九页，讲稿共七十四页哦2022/9/254.有污垢时的传热系数有污垢时的传热系数P495.例例10-6 换热器的设计计算换热器的设计计算 例例10-7 换热器的
34、校核计算换热器的校核计算 当管壁两侧均结垢时当管壁两侧均结垢时,以管子外表面积为计算以管子外表面积为计算依据的传热系数为依据的传热系数为:(10-25)式中式中:10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第六十页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.4.5 换热器的综合设计换热器的综合设计 应将初投资、运行费用、安全可靠等因素进行应将初投资、运行费用、安全可靠等因素进行综合考虑，以达到最佳的综合技术经济指标为目标综合考虑，以达到最佳的综合技术经济指标为目标基本原则基本原则：1、应以最恶劣的运行条件为设计依据；、应以最恶劣的运行条件为设计依据；2、设计时应采用一定的安全系数
35、（减小传热系数、设计时应采用一定的安全系数（减小传热系数、表面传热系数或增大换热面积表面传热系数或增大换热面积)；3、考虑一些技术经济问题、考虑一些技术经济问题最优化设计；最优化设计；4、考虑运行中的一些实际问题，如管壳程的安排、考虑运行中的一些实际问题，如管壳程的安排、管距管径的选择、各换热面间的相互影响、结垢管距管径的选择、各换热面间的相互影响、结垢 后的清洗问题，后的清洗问题，等等10.4 10.4 间壁式换热器的热设计间壁式换热器的热设计第六十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/2510.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制(强化与削弱强化与削弱)n概说概说-强化传热的原则和手段强
36、化传热的原则和手段n强化传热技术及机理强化传热技术及机理n热阻分离法热阻分离法 -确定传热过程分热阻的的威尔逊图解法确定传热过程分热阻的的威尔逊图解法n隔热保温技术隔热保温技术（以自学为主）（以自学为主）10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/25问问 题题：n强化传热过程的基本原则是什么？强化传热过程的基本原则是什么？n传热的强化主要集中在什么领域？各可采取哪些手段传热的强化主要集中在什么领域？各可采取哪些手段？n强化传热的手段可分为哪几类？它们之间的差别强化传热的手段可分为哪几类？它们之间的差别何在？具体有哪些手段？何在？具体有哪些
37、手段？n传热的削弱主要集中在什么领域？常用的措施有传热的削弱主要集中在什么领域？常用的措施有哪些？哪些？n常用的保温材料有哪些？常用的保温材料有哪些？n保温技术包括哪些内容？保温技术包括哪些内容？10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25n强化对流传热的手段强化对流传热的手段 无源技术无源技术(被动式技术被动式技术)指除了输送传热介质的功率消耗外不再需要附指除了输送传热介质的功率消耗外不再需要附 加动力的强化技术加动力的强化技术 有源技术有源技术(主动式技术主动式技术)需要采用附加动力的强化技术需要采用附加动力的强化技术 对流传热的强
38、化对流传热的强化10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十四页，讲稿共七十四页哦2022/9/25具体措施有：具体措施有：提高流速；提高流速；采用短管；采用短管；增加扰动；增加扰动；采用大采用大流体；流体；采用肋管或特殊换热面；采用肋管或特殊换热面；采用小管径管子；采用小管径管子；等等等等单相流体对流传热的强化单相流体对流传热的强化 1.减薄边界层减薄边界层;2.增加扰动增加扰动,促使流体各部分混合促使流体各部分混合核态沸腾传热的强化核态沸腾传热的强化增加汽化核心增加汽化核心膜状凝结传热的强化膜状凝结传热的强化 1、减薄液膜厚度、减薄液膜厚度 2、加速凝结液膜的顺利排泄、加
39、速凝结液膜的顺利排泄10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十五页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 对于换热器，除了强化相应的辐射、对于换热器，除了强化相应的辐射、对流换热过程外，还应注意污垢热阻的影对流换热过程外，还应注意污垢热阻的影响。响。污垢热阻的测定方法污垢热阻的测定方法威尔逊图解法威尔逊图解法导热过程的削弱导热过程的削弱使用绝热材料使用绝热材料 辐射换热的强化辐射换热的强化10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十六页，讲稿共七十四页哦2022/9/25新型隔热保温材料的热设计新型隔热保温材料的热设计主要内容主要内容:最优保温材料的选择最优
40、保温材料的选择,最佳保温层厚度有最佳保温层厚度有确定确定,先进的保温结构及工艺先进的保温结构及工艺,检测技术及检测技术及保温的技术经济评价方法等保温的技术经济评价方法等.隔热保温技术隔热保温技术10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十七页，讲稿共七十四页哦2022/9/25方法方法:使用导热系数小的各种使用导热系数小的各种绝热材料绝热材料来削弱来削弱 导热过程导热过程1.高于环境温度的热力设备与管道的保温高于环境温度的热力设备与管道的保温 多采用无机的绝热材料多采用无机的绝热材料2.低于环境温度的工质和容器的保温低于环境温度的工质和容器的保温 一般性隔热一般性隔热:在大气
41、压下工作的疏松纤维或泡沫在大气压下工作的疏松纤维或泡沫 多孔材料多孔材料 效果较好的效果较好的:抽空至抽空至10Pa的粉末颗粒绝热材料的粉末颗粒绝热材料 效果更好的效果更好的:多层真空隔热材料多层真空隔热材料10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十八页，讲稿共七十四页哦2022/9/25 10.5.4 4 威尔逊图解法威尔逊图解法式中式中:以管内紊流的壳管式换热器为例以管内紊流的壳管式换热器为例:10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第六十九页，讲稿共七十四页哦2022/9/25(1)由由m即可求得即可求得Ci,进而求得管侧换热系数进而求得管侧换热系数h
42、i、管侧热阻管侧热阻;(2)已知已知Rw、Rf时时，可由可由b值求得值求得h0、壳侧热阻壳侧热阻;(3)保持壳侧工况不变，在清洁及结垢的换热器上各做一保持壳侧工况不变，在清洁及结垢的换热器上各做一 次试验，可由两直线的截距之差求得污垢热阻次试验，可由两直线的截距之差求得污垢热阻.10.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第七十页，讲稿共七十四页哦2022/9/251/k0第七十一页，讲稿共七十四页哦2022/9/25应用威尔逊图解法确定污垢热阻的条件应用威尔逊图解法确定污垢热阻的条件:-换热器一侧的热阻基本保持不变换热器一侧的热阻基本保持不变.改进改进-修正威尔逊法修正威尔逊法.参见文献参见文献39-4210.5 10.5 热量传递过程的控制热量传递过程的控制第七十二页，讲稿共七十四页哦2022/9/25作业一作业一:题题10-8 10-9 (104.9;96.5;89.2;63.4)第七十三页，讲稿共七十四页哦2022/9/25感感谢谢大大家家观观看看第七十四页，讲稿共七十四页哦