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1、第四章第四章 传热传热2 2 传热的目的传热的目的：1）加热或冷却，使物料达到指定的温度；加热或冷却，使物料达到指定的温度；2）通过换热，回收利用热量；通过换热，回收利用热量；3）保温，以减少热损失。保温，以减少热损失。问题：提高或降低温度的方法问题：提高或降低温度的方法 明火或电加热、通风、水冷、两流体换热等明火或电加热、通风、水冷、两流体换热等典型换热设备：典型换热设备：间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备）间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备）例：列管式换热器例：列管式换热器3、本章研究的主要问题本章研究的主要问题1 1）三种传热机理）三种传热机理（传热速率计算）（传热速率计算）2 2）
2、换热器计算）换热器计算3 3）换热设备简介）换热设备简介4.1.14.1.1传热的基本方式传热的基本方式 根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：热传导、热对流和热辐射。热传导、热对流和热辐射。1 1热传导热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。起的热量传递。热热传传导导的的条条件件：当当物物体体内内部部或或两两个个直直接接接接触触的的物物体体之之间间存存在在着着温温度差。度差。热能从
3、物体的温度较高部分传到温度较低部分。热能从物体的温度较高部分传到温度较低部分。热传导存在于静止物质内或垂直于热流方向的层流底层中。热传导存在于静止物质内或垂直于热流方向的层流底层中。金金属属固固体体：依依靠靠自自由由电电子子的的运运动动。不不良良导导体体的的固固体体和和大大部部分分液液体体：依依靠靠原原子子、分分子子碰碰撞撞传传递递热热量量。气气体体：分分子子的的不不规规则则运运动动而而引引起起的。的。2 2热对流热对流 热对流：由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处的热对流：由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处的 传递热量的方式。传递热量的方式。热对流过程中往往伴有热传
4、导。热对流过程中往往伴有热传导。对流类型：对流类型：强制对流强制对流：流体的运动是由于受到外力的作用：流体的运动是由于受到外力的作用 (如风机、水泵或其它外界压力等如风机、水泵或其它外界压力等)所引起；所引起；自然对流：自然对流：流体的运动是由于流体内部冷、热部分的流体的运动是由于流体内部冷、热部分的 密度不同而引起密度不同而引起工程中通常将流体和固体壁面之工程中通常将流体和固体壁面之间间的的传热传热称称为对为对流流传热传热。3 3热辐射热辐射热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。辐射传热：物体间相互辐射和吸收能量的总结果。辐射传热：物体间
5、相互辐射和吸收能量的总结果。方向：高温方向：高温 低温低温热辐射的电磁波波长范围热辐射的电磁波波长范围0.380.38100m100m，可见光和红外线范围。，可见光和红外线范围。特点：两物体不相接触，也不需任何介质。特点：两物体不相接触，也不需任何介质。4.1.2 传热过程中热冷流体（接触）热交换的方式传热过程中热冷流体（接触）热交换的方式1 直接接触式换热和混合换热器直接接触式换热和混合换热器 P207 图图4-1直接接触式换热方式优点：传热效果好，设备结构简单。直接接触式换热方式优点：传热效果好，设备结构简单。采用该换热方式的前提是：工艺上允许两种流体相互混合。采用该换热方式的前提是：工艺
6、上允许两种流体相互混合。2 蓄热式换热和蓄热器蓄热式换热和蓄热器 P207 图图4-2蓄热器内装有固体填充物（如耐火砖）蓄热器内装有固体填充物（如耐火砖）换热的方式：热、冷流体交替地流过蓄热器。换热的方式：热、冷流体交替地流过蓄热器。特点：结构简单，可耐高温，但设备体积大，两种流体有一定特点：结构简单，可耐高温，但设备体积大，两种流体有一定的混合。的混合。3 3间壁式换热和间壁式换热器间壁式换热和间壁式换热器特点：冷热两流体不直接接触，由管壁隔开。特点：冷热两流体不直接接触，由管壁隔开。热量传递热量传递：(1)(1)热热流流体体以以对对流流方方式式将将热热量量传传递递到间壁的左侧到间壁的左侧Q
7、 Q1 1 (2)(2)热热量量从从间间壁壁的的左左侧侧以以热热传传导导的的方式方式 传递到右侧传递到右侧Q Q2 2 (3)(3)以以对对流流方方式式将将热热量量从从右右侧侧壁壁面面传递给冷流体传递给冷流体Q Q3 3稳态传热：稳态传热：Q Q1 1=Q=Q2 2=Q=Q3 34.1.3 典型的间壁式换热器典型的间壁式换热器1 套管式换热器套管式换热器2 列管式换热器列管式换热器4.1.4 4.1.4 传热速率与热通量传热速率与热通量传传热热速速率率（热热流流量量）Q Q：单单位位时时间间内内通通过过传传热热面面的的热热量量。表表示示换热器传热的快慢。换热器传热的快慢。热热流流密密度度（热热
8、通通量量）q q：是是指指单单位位时时间间内内通通过过单单位位传传热热面面积积的的热量。热量。单位传热面积的传热速率，单位为单位传热面积的传热速率，单位为W/mW/m2 2。4.1.5 4.1.5 稳态传热与非稳态传热稳态传热与非稳态传热稳态传热：在传热过程中物系各点温度不随时间变化。稳态传热：在传热过程中物系各点温度不随时间变化。连续的化工生产过程大都属于稳态传热。连续的化工生产过程大都属于稳态传热。非稳态传热：在传热过程中物系各点温度随时间变化。非稳态传热：在传热过程中物系各点温度随时间变化。间间歇歇操操作作传传热热过过程程和和开开、停停车车或或改改变变操操作作参参数数时的传热过程属于非稳
9、态传热。时的传热过程属于非稳态传热。4.2 热 传 导4.2.1 4.2.1 基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律 1.1.温度场和温度梯度温度场和温度梯度 温度场：在某一瞬间，物系内所有各点温度分布的总和。温度场：在某一瞬间，物系内所有各点温度分布的总和。t=f(xt=f(x，y y，z z，)t)t温度，温度，；x x，y y，zz空间坐标；空间坐标；时间时间,s,s一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。t=f(x t=f(x，)非稳态温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。非稳态温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。
10、t=f(x t=f(x，y y，z z，)稳态温度场：若温度不随时间而改变。稳态温度场：若温度不随时间而改变。t=f(xt=f(x，y y，z)z)一维稳定温度场：若温度仅沿一个坐标方向发生变化。一维稳定温度场：若温度仅沿一个坐标方向发生变化。t=f(x)t=f(x)等温面等温面 指指：具有相同温度的点组成的面具有相同温度的点组成的面 特点：等温面上各点温度相等，等温面不会相交。特点：等温面上各点温度相等，等温面不会相交。温度梯度温度梯度 指指：沿等温面法线方向的温度变化率沿等温面法线方向的温度变化率 方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直一维的温度场
11、，温度梯度可表示为一维的温度场，温度梯度可表示为 2.2.傅立叶定律傅立叶定律傅傅立立叶叶定定律律是是热热传传导导的的基基本本定定律律，它它表表示示热热传传导导的的速速率率与与温温度度梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。Q Q传热速率，传热速率，W W；导热系数，导热系数，W/W/（mKmK）或或W/W/（mm）；）；S S导热面积，垂直于热流方向的截面积，导热面积，垂直于热流方向的截面积，m m2 2；负号表示热流方向与温度梯度方向相反负号表示热流方向与温度梯度方向相反 4.2.2 4.2.2 导热系数导热系数 物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯
12、度下的热通量。物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。：表征物质的导热能力的大小，是物质的物性参数：表征物质的导热能力的大小，是物质的物性参数，W/W/（mKmK）或）或W/W/（mm）。）。，导热能力，导热能力。=f(=f(种类种类(固、液、气固、液、气)、组成、结构、温度、压力）、组成、结构、温度、压力）：实验测定。：实验测定。金属金属非金属非金属 液体液体 溶液溶液 气体气体1.1.固体的固体的 金属是最好的导热体。金属是最好的导热体。纯金属纯金属 合金合金 t t ,非金属：非金属：t t ,2.2.液体的液体的 金属液体：金属液体：t t ,非金属液体：非金属液体：t
13、t ,。金属液体金属液体 非金属液体非金属液体 纯液体纯液体 溶液溶液 溶液的溶液的：经验公式，查手册。：经验公式，查手册。3.3.气体的导热系数气体的导热系数 =f(T =f(T），），t t ,气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。4.2.3 4.2.3 通过平壁的稳态热传导通过平壁的稳态热传导1.1.单层平壁的稳态热传导单层平壁的稳态热传导 导热系数导热系数=const;=const;温度只沿着垂直于壁面的温度只沿着垂直于壁面的x x轴方向变化，轴方向变化，等温面皆为垂直于等温面皆为垂直于x x轴的平行平面。轴的平行平面。一维稳态
14、的热传导一维稳态的热传导当当x=0 x=0时时，t=tt=t1 1；x=bx=b时时，t=t=t t2 2，且且t t1 1 t t2 2，分离变量积分分离变量积分 R R导热的热阻，导热的热阻，K/WK/W；rr单单 位位 传传 热热 面面 积积 的的 导导 热热 的的 热热 阻阻，(m(m2 2K)/WK)/W（重点）（重点）结论：结论：Q Q正比于正比于tt，反比于热阻，反比于热阻 R R R=b/S b R=b/S b，R;,RR;,R 例例4-1 4-1 现现有有一一平平壁壁厚厚度度为为400mm400mm，内内壁壁温温度度为为500500，外外壁壁温温度度为为100100。试试求求
15、：（1 1）通通过过平平壁壁的的导导热热热热量量，W/mW/m2 2；（2 2）平平壁壁内内距距内内壁壁150mm150mm处处的的温温度度。已已知知该该温温度度范范围围内内砖砖壁壁的的平平均均导导热热系系数数=0.6W/=0.6W/（mm）。）。解解 （1 1）（2 2）2.2.多层平壁的稳态热传导多层平壁的稳态热传导 三层平壁，层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等三层平壁，层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等 厚度分别为厚度分别为b b1 1、b b2 2、b b3 3，导热系数为，导热系数为1 1、2 2、3 3，对于稳态热传导过程对于稳态热传导过程P216 例例4-2例
16、例4-2 4-2 有有一一锅锅炉炉的的墙墙壁壁由由三三种种保保温温材材料料组组成成。最最内内层层是是耐耐火火砖砖，厚厚度度b b1 1=150mm=150mm，导导热热系系数数1 1=1.06W/=1.06W/（mm）；中中间间为为保保温温砖砖，厚厚度度b b2 2=310mm=310mm，导导热热系系数数2 2=0.15W/=0.15W/（mm）；最最 外外 层层 为为 建建 筑筑 砖砖，厚厚 度度 b b3 3=240mm=240mm，导导 热热 系系 数数3 3=0.69W/=0.69W/（mm）。测测得得炉炉的的内内壁壁温温度度为为10001000，耐耐火火砖砖与与保保温温砖砖之之间间
17、界界面面处的温度为处的温度为946946。试求：。试求：(1)(1)单位面积的热损失；单位面积的热损失；(2)(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；保温砖与建筑砖之间界面的温度；(3)(3)建筑砖外侧温度。建筑砖外侧温度。解解 t t3 3为保温砖与建筑砖的界面温度，为保温砖与建筑砖的界面温度，t t4 4为建筑砖的外侧温度。为建筑砖的外侧温度。（1 1）热损失）热损失q q (2)(2)保温砖与建筑砖的界面温度保温砖与建筑砖的界面温度t t3 3 由于是稳态热传导，所以由于是稳态热传导，所以 q q1 1=q=q2 2=q=q3 3=q=q 解得解得 t3=157.3 (3)(3)建筑砖外侧温
18、度建筑砖外侧温度t t4 4 解得解得 t4=24.6 各层温度差与热阻的数值：各层温度差与热阻的数值：温度差温度差 t/t/热阻热阻 R/W R/W耐火砖耐火砖tt1 1=1000-946=54=1000-946=54 0.1420.142保温砖保温砖tt2 2=946-157.3=788.7=946-157.3=788.7 2.072.07建筑砖建筑砖tt3 3=157.3-24.6=132.7 =157.3-24.6=132.7 0.3480.348结论：多层平壁的稳态热传导中，热阻大的保温层，分配于该结论：多层平壁的稳态热传导中，热阻大的保温层，分配于该层的温度差亦大，层的温度差亦大，
19、即温度差与热阻成正比。即温度差与热阻成正比。4.2.4 4.2.4 通过圆筒壁的稳态热传导通过圆筒壁的稳态热传导 1.1.单层圆筒壁的稳态热传导单层圆筒壁的稳态热传导 问题：与平壁稳态导热的异同点问题：与平壁稳态导热的异同点相同点：一维稳态导热，相同点：一维稳态导热，Q=Q=常数常数不同点：不同点：1 1、热流方向不同、热流方向不同 2 2、传热面积沿径向不同、传热面积沿径向不同 bb圆筒壁的厚度，圆筒壁的厚度，b=rb=r2 2-r-r1 1，m m；S Sm m称为对数平均面积，称为对数平均面积，m m2 2。当当S S2 2/S/S1 122时，可用算术平均值近似计算。时，可用算术平均值
20、近似计算。2.2.多层圆筒壁的稳态热传导多层圆筒壁的稳态热传导以三层圆筒壁为例。以三层圆筒壁为例。各层壁厚分别为各层壁厚分别为b1=r2-r1，b2=r3-r2，b3=r4-r3；各层材料的导热系数各层材料的导热系数1、2、3皆视为常数，皆视为常数，321例例4-3 4-3 为为了了减减少少热热损损失失，在在1334mm1334mm的的蒸蒸汽汽管管道道外外层层包包扎扎 一一 层层 厚厚 度度 50mm50mm的的 石石 棉棉 层层，其其 平平 均均 导导 热热 系系 数数=0.2W/=0.2W/（mm）。蒸蒸汽汽管管道道内内壁壁温温度度为为180180，要要求求石石棉棉层层外外侧侧温温度度为为
21、5050，管管壁壁的的导导热热系系数数=45W/m=45W/m。试求每米管长的热损失及蒸汽管道外壁的温度。试求每米管长的热损失及蒸汽管道外壁的温度。4.3 对 流 传 热 概 述1、对流对流机理机理：流动中，流体质点碰撞、混合，传递热量。流动中，流体质点碰撞、混合，传递热量。是流体的主要传热方式。是流体的主要传热方式。问题：与流体流动状况是否相关问题：与流体流动状况是否相关 对流与流体流动状况密切相关对流与流体流动状况密切相关湍动程度越高，对流的传热速率越大。湍动程度越高，对流的传热速率越大。层流流体层流流体：热传导为主；热传导为主；湍流流体：对流为主湍流流体：对流为主 2、分类、分类自然对流
22、：自然对流：强制对流强制对流：温差引起密度差，造成流体流动。温差引起密度差，造成流体流动。流体靠外加动力流动，造成对流。流体靠外加动力流动，造成对流。4.3.1 4.3.1 对对流流传传热热方方程程与与对对流流传传热热系数系数湍湍流流流流动动时时:层层流流底底层层，以以热热传传导导方式为主。方式为主。由由于于流流体体较较小小，热热阻阻较较大大。温温度度差也主要集中在该层中。差也主要集中在该层中。简简化化：传传热热边边界界层层，t t又又难难以以测测定，以定，以代替代替/t t牛顿冷却定律：牛顿冷却定律：t对流传热温度差，对流传热温度差，；牛顿冷却定律牛顿冷却定律说明说明：1、实验定律；2、对壁
23、面两侧流体（冷、热），均适用；热流体：热流体：冷流体冷流体：是计算关键，一般是计算关键，一般由实验测定由实验测定4.3.2 对流传热机理简介对流传热机理简介热边界层的概念热边界层的概念 1、热边界层、热边界层近壁处，流体温度近壁处，流体温度 显著变化的区域显著变化的区域2、热边界层的厚度、热边界层的厚度3、热边界层内（近壁处）、热边界层内（近壁处）认为认为：集中全部的温差和热阻热边界层外（流体主体）热边界层外（流体主体）认为：认为：等温区，无温差和热阻4.4 传热过程计算传热过程计算两类计算两类计算设计型计算操作型计算；基本理论：基本理论：热量衡算方程热量衡算方程和和传热速率方程传热速率方程4
24、.4.1 热量衡算热量衡算稳态传热，忽略热损失时，冷流体吸收热量冷流体吸收热量=热流体放出热量热流体放出热量 1、无相变传热、无相变传热T1T2t1t2 2、有相变传热、有相变传热 例例4-4 4-4 试试计计算算压压力力为为147.1kPa147.1kPa，流流量量为为1500kg/h1500kg/h的的饱饱和和水蒸汽冷凝后并降温至水蒸汽冷凝后并降温至5050时所放出的热量。时所放出的热量。4.4.2 总传热速率方程和总传热系数总传热速率方程和总传热系数1 总传热速率方程总传热速率方程K：总传热系数，W/m2K注意注意：K与S相对应，同选Si、Sm或So2总传热系数总传热系数获取方法：获取方
25、法：选取经验值选取经验值P229P229 实验测定实验测定K K值；值；Q S tQ S tm mKK 计算。计算。1）总传热系数的计算总传热系数的计算两流体通过管壁的传热包括以下过程：两流体通过管壁的传热包括以下过程：热流体以对流传热的方式将热量传给管壁一侧；热流体以对流传热的方式将热量传给管壁一侧；通过管壁的热传导；通过管壁的热传导；由管壁另一侧以对流传热的方式将热量传给冷流体。由管壁另一侧以对流传热的方式将热量传给冷流体。T1T2t2t1Twtw各部分传热速率方程：各部分传热速率方程：管内侧流体：管壁导热：管外侧流体：对稳态传热对稳态传热，T1T2t2t1Twtw如果考虑污垢热阻如果考虑
26、污垢热阻 工程上规定，以传热管外表工程上规定，以传热管外表面积面积So为基准为基准若传热面为平壁或薄管壁时：若传热面为平壁或薄管壁时：（忽略管壁热阻和污垢热阻）（忽略管壁热阻和污垢热阻）结结论论：K值值总总是是接接近近热热阻阻大大的的一一侧侧流流体体的的a值值（a小小），总总热热阻阻由由热热阻阻较较大大一一侧侧流流体体控控制制，如如果果要要提提高高K，首首先先要提高要提高a小小。ai、ao相差不太大时，两者必须同时提高。相差不太大时，两者必须同时提高。圆筒壁：圆筒壁：SoSiSm，SO=dOL，Si=diL，Sm=dmL。例例4-5 一列管一列管换热换热器，列管由器，列管由 的无缝钢管组成，钢
27、管的的无缝钢管组成，钢管的导热系数为导热系数为45 ，管内为冷却水，对流传热系数为，管内为冷却水，对流传热系数为450 ，管外为饱和水蒸汽冷凝，对流传热系数为，管外为饱和水蒸汽冷凝，对流传热系数为 ，试求：（，试求：（1）总传热系数）总传热系数K；（；（2）若将水侧的）若将水侧的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。（对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。（3）若将蒸汽侧）若将蒸汽侧的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。4.4.3 4.4.3 传热平均温度差的计算传热平均温度差的计算 1.1.恒温传热恒温传热 恒温传热恒温传热:热交换时
28、，冷热流体在壁面两侧温度不变化热交换时，冷热流体在壁面两侧温度不变化间壁的一侧是饱和水蒸汽冷凝，另一侧液体沸腾间壁的一侧是饱和水蒸汽冷凝，另一侧液体沸腾 T-热流体的温度热流体的温度；t-冷流体的温度冷流体的温度。2.2.变温传热变温传热 流体变温流体变温thtc1tc2th1tcth2(a)(b)一侧流体变温时的温差变化一侧流体恒温另一侧流体变温一侧流体恒温另一侧流体变温(1)(1)流动型式流动型式并流：换热的两种流体以相同的方向流动。并流：换热的两种流体以相同的方向流动。逆流：换热的两种流体在以相对的方向流动。逆流：换热的两种流体在以相对的方向流动。错流：换热的两种流体呈垂直方向流动。错流
29、：换热的两种流体呈垂直方向流动。折流：即有逆流又有并流折流：即有逆流又有并流(2)(2)并并流流和和逆逆流流时时的的平平均均温温度差度差ttm m（非常重要）（非常重要）tm：对数平均温度差，进、出口处两种流体温度差的对数平对数平均温度差，进、出口处两种流体温度差的对数平均值。均值。当当t1/t22：算术平均值算术平均值 tm=(t1+t2)/2当一侧变温另一侧流体恒温：并流或逆流的平均温度差相等；当一侧变温另一侧流体恒温：并流或逆流的平均温度差相等；当两侧流体变温传热：并流和逆流时的平均温度差则不同。当两侧流体变温传热：并流和逆流时的平均温度差则不同。常常取取两两端端温温度度差差中中大大者者
30、作作为为t1，小小者者作作为为t2，以以使使式式中中分子与分母都是正数。分子与分母都是正数。进、出口条件相同时 例例4-6 4-6 现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为度为100,100,出口温度为出口温度为160160；某反应物在管内流动，进口温度为；某反应物在管内流动，进口温度为250250，出口温度为，出口温度为180180。分别计算并流与逆流时的平均温度差。分别计算并流与逆流时的平均温度差。解解 并流：并流：250180 250180 100160 100160 150 20 150 20 逆流：逆流：250180 2
31、50180 160100 160100 90 80 90 80 逆流操作时，因逆流操作时，因tt1 1/t/t2 2=90/802=90/80100即可达到湍流。即可达到湍流。（6）)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。（7）需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。(二）流体流速的选择二）流体流速的选择列管换热器内常用的流速范围列管换热器内常用的流速范围(P280）（三）流体两端温度的确定（三）流体两端温度的确定(P280）
32、（四）管子的规格和排列方法（四）管子的规格和排列方法目前我国试行的系列标准规定采用目前我国试行的系列标准规定采用192 和和252.5 两种规格，对两种规格，对一般流体是适用的。此外，还有一般流体是适用的。此外，还有38 2.5，572.5的无缝钢管和的无缝钢管和252,38 2.5的耐酸不锈钢管。的耐酸不锈钢管。按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管子长度。系列标准中管长有子长度。系列标准中管长有1.5，2，3，4.5，6和和9m六种，其中以六种，其中以3m和和6m更为普遍。更为普遍。管子的排列方式有等边三角形和正
33、方形两种。与正方形相比，等边管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。如将正方形排列的管束斜转垢流体更为适用。如将正方形排列的管束斜转45安装，可在一定程安装，可在一定程度上提高表面传热系数。度上提高表面传热系数。（五）流动方式的选择（五）流动方式的选择*除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以除逆流和并流之外，在列管式换热
34、器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两方面的损失。方面的损失。当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式复当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式复杂，对数平均值的温差要加
35、以修正。杂，对数平均值的温差要加以修正。（六）折流挡板（六）折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图可以看出，弓形缺口太大或太小都会产况有重要影响。由图可以看出，弓形缺口太大或太小都会产生生死区死区，既不利于传热，又往往增加流体阻力。，既不利于传热，又往往增加流体阻力。a.切除过少切除过少 b.切除适当切除适当 c.切除过多切除过多挡
36、板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降；间能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的间距为壳体内径的0.21.0倍。倍。4-7-3 换热器的传热强化途径换热器的传热强化途径依总传热速率方程：依总传热速率方程：强化方法：提高强化方法：提高 K、S、均可强化传热。均可强化传热。（一）增大传热面积（一）增大传热面积S 关于传热面积关于传热面积A的改变，不以增加换热器台数，改
37、变换热器的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的尺寸来加大传热面积的尺寸来加大传热面积S，而是通过对传热面的改造，如开槽，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积及加翅片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。以强化传热过程。(二）增大传热平均温度差二）增大传热平均温度差（如采用逆流操作）（如采用逆流操作）（三）增大总传热系数（三）增大总传热系数K（设法减小对（设法减小对K值影响较大的热阻）值影响较大的热阻）减小热阻的主要方法有减小热阻的主要方法有(1)加大流速；（加大流速；（2）防止结垢和及时地）防止结垢和及时地清除垢层。清除垢层。