传热学第八章.ppt

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1、第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程高温流体通过固体壁把热量传给另一侧低温流体的 热量传递过程称为总传热过程总传热过程，简称传热过程传热过程。在工程技术中存在大量的传热过程，柴油机气缸内的高温燃气柴油机气缸内的高温燃气通过气缸套壁把热量传给外侧的冷 却介质（如冷却水）;增压柴油机增压后的空气增压柴油机增压后的空气在中间冷却器中被器壁另一侧的介 质所冷却；制冷系统冷凝器中的制冷剂制冷系统冷凝器中的制冷剂的热量通过管壁传给冷却水等。例如：例如：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程热量通过固体壁纯属导热导热，基本公式（传

2、热方程式）基本公式（传热方程式）K K-总传热系数总传热系数，简称传热系数传热系数，W/(m2K)；总传热系数总传热系数是表征传热过程强弱的非物性参数非物性参数，也是衡量换热器性能优劣的重要指标。而流体与固体壁面之间则是对流传热对流传热（对于液体），或者或者是对流与辐射的复合表面传热表面传热（对于气体），因此，传热过程通常包括两种或三种热传递的基本方式传热过程通常包括两种或三种热传递的基本方式。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程包括串联着的包括串联着的3 3个环节个环节包括包括2 2种或种或3 3种热传递基本方式种热传递基本方式一维稳态总传热过程通常包

3、括串联着的三个环节：一维稳态总传热过程通常包括串联着的三个环节：（1 1）热流体把热量传给壁面高温侧）热流体把热量传给壁面高温侧:（2 2）壁面高温侧把热量传给壁面低温侧）壁面高温侧把热量传给壁面低温侧:（3 3）壁面低温侧把热量传给冷流体）壁面低温侧把热量传给冷流体:对流传热或表面传热对流传热或表面传热纯导热纯导热对流传热或表面传热对流传热或表面传热第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程K/WK/Wm m2 2K/WK/W因此，总传热过程的总热阻总热阻即为三个串联环节分热阻之和：即为三个串联环节分热阻之和：若流体与壁面之间既要考虑对流传热，又要计及辐射传

4、热，h1、h2为表面传热系数表面传热系数，等于对流传热系数hc与辐射传热系数hr之和，即 若流体与壁面之间以对流传热为主，则h1、h2为对流传热系数对流传热系数；h=hh=hc c+h+hr r第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器 如图8-1所示为通过单层大平壁的一维稳态传热过程，它包括串联着的三个环节。第一节第一节 传热过程传热过程一、通过平壁的传热图8-1 通过单层大平壁的传热1 1、热阻、热阻R RK K或或r rK K：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器2 2、热流量、热流量或热流密度或热流密度q q：第一节第一节 传热过程传热过程一、通过平壁的传热第八章第八章

5、传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程一、通过平壁的传热3 3、传热系数、传热系数K K：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程一、通过平壁的传热4 4、壁面温度、壁面温度t tw1w1或或t tw2w2：一维稳态传热时，在热流方向上任一段的温差大小与相应热阻成正比，比值即为热流量或热流密度，显然有：则壁面温度tw1和tw2可按下式计算：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器同样的，多层平壁传热多层平壁传热的热流量热流量和传热系数传热系数为第一节第一节 传热过程传热过程一、通过平壁的传热第八章第八章 传热过程与换热器传热过程

6、与换热器二、通过圆筒壁的传热 如图8-2所示为通过单层长圆筒壁的一维径向稳态传热过程。第一节第一节 传热过程传热过程图8-2 通过圆筒壁的传热1 1、热阻、热阻R Rk k：A Almlm为对数平均面积对数平均面积，详见后述。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器2 2、热流量、热流量：二、通过圆筒壁的传热第一节第一节 传热过程传热过程第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器上式中，为圆筒壁厚圆筒壁厚；二、通过圆筒壁的传热第一节第一节 传热过程传热过程2 2、热流量、热流量：注意，注意，圆筒壁侧面积A=2rl是个变量，故稳态条件下，热流稳态条件下，热流量量是个常量是个常量，而热流

7、密度热流密度q=/A却是变量是变量，因此，工程计算中一般采用热流量一般采用热流量。称为对数平均面积对数平均面积。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器以内表面面积以内表面面积A A1 1为基准的传热系数为为基准的传热系数为二、通过圆筒壁的传热第一节第一节 传热过程传热过程3 3、传热系数、传热系数K K：由于圆筒壁内外侧的表面积不相等，所以对内侧和对外侧而言的传热系数在数值上是不同的：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器工程应用上，通常以管外侧面积工程应用上，通常以管外侧面积A A2 2为基准，相应传热系数为：为基准，相应传热系数为：二、通过圆筒壁的传热第一节第一节 传热过程

8、传热过程3 3、传热系数、传热系数K K：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器显然，在上述圆筒壁计算公式中，若取A1=A2=Alm=A，则完全适用于平壁的传热。对于一般的薄壁圆筒，即r2/r1=A2/A1较小时，为便于计算，可用算数平均面积（A1+A2)/2代替对数平均面积Alm。当当r r2 2/r/r1 122时，计算误差小于时，计算误差小于4%4%。二、通过圆筒壁的传热第一节第一节 传热过程传热过程第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器4 4、壁面温度、壁面温度t tw1w1或或t tw2w2：二、通过圆筒壁的传热第一节第一节 传热过程传热过程与平壁传热相仿，显然有：则

9、壁面温度tw1和tw2可按下式计算：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器例例8-1 8-1 机舱内有一蒸汽管道，外径为80mm，壁厚3mm，管道外侧包有厚50mm的石棉绳保温层。蒸汽温度tf1=150,舱内环境温度tf2=20。若管内蒸汽的表面传热系数h1=120W/(m2K)，管外保温层与环境间的表面传热系数h2=12W/(m2K)，钢管热导率1=53.6 W/(mK)，保温材料热导率2=0.15W/(mK)，试求以管外侧面积为基准的传热系数以及每米长的热损失。第一节第一节 传热过程传热过程解：解：由题意，tf1=150,tf2=20，d1=0.08-0.0032=0.074m d

10、2=0.08+0.052=0.18m，h1=120W/(m2K)，h2=12W/(m2K)1=53.6W/(mK)，2=0.15W/(mK)第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第一节第一节 传热过程传热过程以管外侧面积为基准的传热系数为：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器每米管长的热损失为：第一节第一节 传热过程传热过程第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器三、通过肋壁的传热为简单起见，下面以一侧为肋壁的平壁为例进行分析为简单起见，下面以一侧为肋壁的平壁为例进行分析第一节第一节 传热过程传热过程 第三章第二节第三章第二节已经指出，所谓肋壁肋壁就是在基础壁面上敷设了

11、肋片。增大传热面积增大传热面积减小传热热阻减小传热热阻增强传热增强传热或降低壁温降低壁温等目的实现第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器三、通过肋壁的传热 如图8-3所示为大平壁右侧加装肋片后的一部分，无肋一侧表面积为A1，肋侧总面积A2为肋片之间的基础面积基础面积A A0 0与肋片面积肋片面积A Af f之和，即A A2 2=A=A0 0+A+Af f第一节第一节 传热过程传热过程图8-3 通过肋壁的传热 相应，肋侧壁面和流体之间的传热量也可分为两部分，即肋基面积A0的传热量和肋片面积Af的传热量。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器当肋壁传热处于稳态时，两侧流体之间的传热

12、量可表示为：三、通过肋壁的传热第一节第一节 传热过程传热过程上式中的 ，称为肋壁效率肋壁效率。对于高肋高肋，因为A0hh空气空气，空气侧的热阻比水侧大得多，在空气侧加装肋片能减小主要热阻，增强散热。在空气侧加装肋片能减小主要热阻，增强散热。3 3、按结构分、按结构分二、间壁式换热器的分类第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 肋管式换热器中，管子有圆管圆管和扁管扁管之分，肋片形式则有多种多样，如图8-11所示，制作或安装时要注意保证肋片与管子外壁接触良好，以免增加热阻，降低传热效果。肋管式换热器在船上大多用于柴柴油机增压器后的中间冷却器油机增压器后

13、的中间冷却器、制冷与制冷与空调装置的中冷器空调装置的中冷器等。图8-11 肋管式换热器示意图3 3、按结构分、按结构分（3 3）肋管式换热器（）肋管式换热器（P P157157）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型（4 4）板式换热器）板式换热器板式换热器板式换热器通常以板作为间壁通常以板作为间壁，其单位体积和单位质量的传 热面积较大，结构紧凑，换热效率高，具有广阔的发展前景结构紧凑，换热效率高，具有广阔的发展前景板式换热器常见形式有三种三种：板翅式板翅式、平行板式平行板式和螺旋板式螺旋板式3 3、按结构分、按结构分二、间壁式换热器的分类但是，它

14、对制造、维修和清洗等要求较高。但是，它对制造、维修和清洗等要求较高。目前，板式换热器已在轮机工程中应用。目前，板式换热器已在轮机工程中应用。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型板翅式换热器板翅式换热器（P P157157）图8-12 板翅式换热器结构示意图3 3、按结构分、按结构分（4 4）板式换热器）板式换热器第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 如图8-12所示为板翅式换热器的结构示意图，它由由隔板隔板、翅片翅片和和封条封条等组成的多层基本传热单元叠加而成，常做成逆流等组成的多层基本传热单元叠加

15、而成，常做成逆流式或叉流式。式或叉流式。不同的场合可以采用不同的翅片形式。高效紧凑，轻巧牢固，承压能力可达高效紧凑，轻巧牢固，承压能力可达9.8MPa9.8MPa。3 3、按结构分、按结构分（4 4）板式换热器）板式换热器板翅式换热器板翅式换热器（P P157157）其缺点是容易堵塞，检修不易，容易堵塞，检修不易，故常用于清洁和腐蚀性低的气气型换热。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型图8-13 平行板式换热器示意图3 3、按结构分、按结构分（4 4）板式换热器）板式换热器平行板式换热器（平行板式换热器（P P157-158157-158）第八章

16、第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型平行板式换热器（平行板式换热器（P P157-158157-158）如图8-13所示，平行板式换热器由一组几何形状、结构相由一组几何形状、结构相同的平行薄平板叠加而成，平板角上开有流体通道孔；同的平行薄平板叠加而成，平板角上开有流体通道孔；3 3、按结构分、按结构分（4 4）板式换热器）板式换热器但密封垫片损坏时容易泄露，流道狭窄，不适合大流量传热密封垫片损坏时容易泄露，流道狭窄，不适合大流量传热；不耐高温，不耐高温，一般只适用于150以下的流体。拆装、清洗方便，适用于含有污垢物的流体传热拆装、清洗方便，适用于含有污

17、垢物的流体传热 相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，冷、热流体间隔地在每个通道中流过；冷、热流体间隔地在每个通道中流过；为强化传热并增加板片的刚度，常在平板上压制出各种波纹第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 如图8-14所示，螺旋板式换热器由两块金由两块金属薄板卷成的等距离螺属薄板卷成的等距离螺旋通道、旋通道、上下盖板和连上下盖板和连接管等构成。接管等构成。一种流体从中心流入，螺旋流动至周边流出，另一种流体则从周边流入，螺旋流动至中心流出，故为逆流式逆流式。图8-14 螺旋板式

18、换热器3 3、按结构分、按结构分（4 4）板式换热器）板式换热器螺旋板式换热器螺旋板式换热器（P P158158）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型螺旋板式换热器流道中污垢的形成速度仅为壳管式的污垢的形成速度仅为壳管式的1/101/10，每立方米体积的传热面积约为壳管式的传热面积约为壳管式的3 3倍倍，且制造方便。螺旋板式换热器（螺旋板式换热器（P P158158）3 3、按结构分、按结构分（4 4）板式换热器）板式换热器缺点是清洗和检修困难，承压能力低清洗和检修困难，承压能力低，一般适用于0.98MPa压力以下的流体。目前，各类换热器都朝着既

19、保证必需的传热面积，又具有最小体积的紧凑式换热器的方向发展。板式换热器、肋管式换热器都属板式换热器、肋管式换热器都属于于紧凑式换热器紧凑式换热器。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型三、对数平均温差 流体流经换热器时，无论流动形式如何，热流体在换热器内沿程放热而温度不断下降，冷流体在换热器内沿程吸热而温度不断上升，并且冷、热流体间的温差沿程是不断变化的冷、热流体间的温差沿程是不断变化的。因此，传热方程式传热方程式中的温差必须采用整个传热面积上的平平均温差均温差t tm m其一般形式为：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换

20、热器的类型换热器的类型1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差下面以套管式换热器为例推导顺流和逆流时的平均温差计算式简化假定：（简化假定：（P P159159）稳态传热，传热系数K在整个传热面上保持不变；冷热流体的质量流量qm2、qm1和比热容c2、c1都是常量；三、对数平均温差换热器无散热损失，即换热器与环境间绝热；传热面沿流动方向（即管子轴向）的导热可忽略不计；流体都不能既有相变的对流传热，又有单相介质的对流传热第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 如图8-15所示为逆流换热器流体温度的沿程变化曲线。图中热流体进出口温度

21、分别为t1和t1，冷流体进出口温度分别为t2和t2。现在讨论通过图中微元传热面dA一段的传热。1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差三、对数平均温差图8-15 逆流时平均温差的推导 在dA的两侧，冷热流体的温度分别为t2和t1，其温差为t，即t=t1t2第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 传热热流量为：传热热流量为：热流体放出热量为：热流体放出热量为：冷流体吸收热量为：冷流体吸收热量为：（a）（b）（c）由式（b）、（c）可得：（d）1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差式（d）中第八章第八章 传

22、热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型（e）（f）对式（d）两边积分将式（a）代入式（d）并分离变量后有1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差再对式（f）两边积分（g）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型最后将式（e）除以式（g）可得（）1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差由于计算式中出现了对数，故常把t tm m称为对数平均温差对数平均温差。式（）也可写成：式中，tmax代表t 和t两者中较大者，而tmin代表两者中较小者。（）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程

23、与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 对于顺流换热器，如图8-16所示，采用类似的方法同样可以推导得上述对数平均温差表达式。1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差图8-16 顺流时平均温差的推导第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 事实上，算术平均温差算术平均温差相当于假定冷、热流体的温度都是按直线变化时的平均温差，其值总是大于相同进、出口温度下总是大于相同进、出口温度下的对数平均温差。的对数平均温差。当tmax/tmin2时，两者差别4%当tmax/tmin1.7时，两者差别2.3%能满足一般精度要求能满足一般

24、精度要求特别地，当逆流换热器中逆流换热器中tt =t=t=t=t时时，传热热流量即为=KAt=KAt1 1、顺流和逆流时的对数平均温差、顺流和逆流时的对数平均温差有时工程计算也用算术平均温差算术平均温差，即第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型2 2、复杂流的平均温差（、复杂流的平均温差（P P161-162161-162）（1 1）由给定冷热流体进出口温度，计算出按逆流逆流布置条件下的 对数平均温差（对数平均温差（t tm m）ctfctf（2 2）把求得的假想逆流对数平均温差乘上一个温差修正系数温差修正系数三、对数平均温差工程上为应用方便，已将

25、温差修正系数温差修正系数绘制成曲线曲线，参见P P161-162161-162图图8-158-158-188-18。即可得复杂流的平均温差复杂流的平均温差【（t tm m）ctfctf】第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型图8-17 壳侧1程、管侧2、4、6、8程的值第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型值除与流动形式有关以外，还与辅助量P、R有关：2 2、复杂流的平均温差（、复杂流的平均温差（P P161-162161-162）R具有两种流体热容量之比的物理意义；P则代表流体2的实际温升与理论上所能

26、达到的最大温升之比。因此，因此，R R的值可以大于的值可以大于1 1也可以小于也可以小于1 1，但，但P P值必小于值必小于1 1。其中：其中：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型例例8-28-2 某换热器的热流体进、出口温度分别为80和60，冷流体的进、出口温度分别为25和38。试求该换热器分别为套管式逆流换热器和顺流换热器的对数平均温差。若换热器为壳管式，壳侧为热流体、管侧为冷流体，试求1-2型和2-4型壳管式换热器的平均温差。解解：（1 1）逆流式逆流式换热换热器的器的对对数平均温差数平均温差为为第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热

27、器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型 （2 2）顺流式换热器的对数平均温差为）顺流式换热器的对数平均温差为（3 3）对于壳管式换热器）对于壳管式换热器第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型（t tm m）ctfctf=t=tm1m1=38.40=38.40查P161图8-15得1-2型壳管式换热器的=0.97，故其平均温差为t tm m（1-21-2）=（t tm m）ctfctf=0.97=0.9738.40=37.2538.40=37.25查P161图8-16得2-4型壳管式换热器的=0.996，其平均温差为 t tm m（2-42-4）=

28、（t tm m）ctfctf=0.996=0.99638.40=38.2538.40=38.25在冷热流体进、出口温度相同的条件下，以逆流逆流换热器的对数对数平均温差为最大平均温差为最大，顺流顺流换热器的对数平均温差为最小对数平均温差为最小，而其他其他流动形式流动形式换热器的平均温差介于两者之间介于两者之间。由计算可得：讨论讨论:（t tm1m1）逆流逆流t tm m（2-42-4）t tm m（1-21-2）（t tm2m2）顺流顺流第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型四、各种流动形式的比较1 1、顺流和逆流的比较（、顺流和逆流的比较（P P1

29、63163）在换热器的各种流动形式中，顺流和逆流是两种极端情况顺流和逆流是两种极端情况。与顺流相比，逆流逆流有下述优点优点：（1 1）当流体物性及进、出口温度相同时，逆流的对数平均温差逆流的对数平均温差t tm m比顺流时大比顺流时大，即：对于同一台换热器，逆流比顺流时的传热能力大；传热量一定时，逆流可以减少传热面积，使换热器紧凑轻巧（t tm m）逆流逆流（t tm m）顺流顺流 KAKA一定一定 一定一定逆流逆流顺流顺流（KAKA）逆流逆流（KAKA）顺流顺流第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型（2 2）顺流时冷流体出口温度总是低于热流体出口

30、温度（3 3）逆流时传热面两边的温差较均匀综上所述，换热器应尽量采用逆流布置，避免采用顺流布置换热器应尽量采用逆流布置，避免采用顺流布置。四、各种流动形式的比较1 1、顺流和逆流的比较（、顺流和逆流的比较（P P163163）（4 4）逆流时最高温度）逆流时最高温度tt1 1和和 tt2 2集中在换热器的同一端集中在换热器的同一端但逆流也有缺点缺点：即顺流时必定顺流时必定tt2 2 t t1 1而顺流时传热面两边热负荷不均匀顺流时传热面两边热负荷不均匀对于高温换热器来说，这是应注意避免的第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型2 2、其他情况的比较（

31、、其他情况的比较（P P163-164163-164）ttm m=（t tm m）ctfctf四、各种流动形式的比较（1 1）复杂流）复杂流可以看作是介于顺流和逆流之间，其平均温差平均温差：复杂流的平均温差tm必定介于顺、逆流之间。必定介于顺、逆流之间。温差修正系数温差修正系数值值的大小反映了具体流动接近逆流的程度，一般要求0.90.91 1。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型（2 2）当一种流体定温时，顺流和逆流换热器传热能力相同。）当一种流体定温时，顺流和逆流换热器传热能力相同。图8-18示出了冷凝器和蒸发器中冷热流体之一发生相变时的情形，

32、此时相变流体在整个传热面上保持其饱和温度不变。四、各种流动形式的比较 图8-18 相变时的温度变化2 2、其他情况的比较（、其他情况的比较（P P163-164163-164）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第二节第二节 换热器的类型换热器的类型（3 3）对于工程上常见的蛇形管束蛇形管束，经验表明，只要管束的曲折曲折 次数超过次数超过4 4次，就可作为纯逆流或纯顺流来处理次，就可作为纯逆流或纯顺流来处理，见图8-19四、各种流动形式的比较图8-19 可作为逆流、顺流处理的情况 2 2、其他情况的比较（、其他情况的比较（P P163-164163-164）第八章第八章 传热过程与换

33、热器传热过程与换热器第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算热计算通常有两种情况两种情况：（P P164164）设计计算：设计计算：校核计算：校核计算：基本公式基本公式：传热方程式传热方程式热平衡方程式热平衡方程式上述方程式中共有8 8个变量个变量：KAKA、q qm1m1c c1 1、q qm2m2c c2 2、tt1 1 、tt1 1、tt2 2、tt2 2、只有在给定给定5 5个变量个变量时才能进行计算，q qm mc c称为热容量热容量或水当量水当量根据需要，确定换热器型式与尺寸；根据需要，确定换热器型式与尺寸；校核现有换热器的工作情况。校核现有换热器

34、的工作情况。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器具体而言：设计计算：设计计算：已知已知KAKA、q qm1m1c c1 1、q qm2 m2 c c2 2、tt1 1 、tt2 2第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算目前，间壁式换热器常用的热计算方法有两种两种：已知已知q qm1m1c c1 1、q qm2m2c c2 2、tt1 1 、tt1 1、tt2 2、tt2 2、中的中的5 5个个KAKA或或A A校核计算：校核计算：tt2 2、tt1 1和和效能效能传热单元数法传热单元数法（NTU法）对数平均温差法对数平均温差法（LMTD法）设计计算设计计算校核计算校核

35、计算第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器对数平均温差法常用于换热器的设计计算设计计算，简要步骤步骤如下：一、对数平均温差法（LMTD法）（P P164-165164-165）（1 1）由热平衡方程式）由热平衡方程式求出除求出除A A以外的以外的2 2个未知量个未知量第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算（2 2）计算对数平均温差）计算对数平均温差或（t tm m）ctfctf注意：至少保持0.80.8，否则应改选其他流动形式。（3 3）由传热方程式）由传热方程式求出求出 A A（或（或KAKA）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器说明说明1 1：具体步骤中还

36、应包括布置传热面、传热系数K的计算、两侧流体流动阻力的核算等内容，详见P164-165。第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算说明说明2 2：对数平均温差法也可用来进行校核计算对数平均温差法也可用来进行校核计算，只是对数平 均温差法在校核计算时需假定需假定流体的出口温度 t1、t2并进行多次试算进行多次试算才能获得可行的结果，而效能 传热单元数法不需要试算，因此，效能传热单元数 法用于校核计算似乎更方便。一、对数平均温差法（LMTD法）（P P164-165164-165）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器二、效能传热单元数法（NTU法）（1 1）换热器效能）换热器

37、效能1 1、三个重要参数（、三个重要参数（P P167167）换热器效能换热器效能（又称传热有效度传热有效度）是指实际传热量与最大可能传热量max之比。所谓最大可能传热量最大可能传热量maxmax是指换热器中可能发生的最大温度降（即热流体和冷流体的进口温度之差）下的传热量。因为只有水当量qmc较小的流体才可能有最大温差，所以第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算maxmax=（q qm mc c）minmin（tt1 1-t-t2 2）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器若实际传热量实际传热量按水当量较小的流体来计算，则可表示为：（1 1）换热器效能）换热器效能第三节

38、第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算1 1、三个重要参数（、三个重要参数（P P167167）若已知已知，实际传热量实际传热量就可以根据两种流体的进口温度计算：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器若若q qm1m1c c1 1q qm2m2c c2 2，则，则t-tt-tmaxmax=t=t2 2-t-t2 2 ；第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算1 1、三个重要参数（、三个重要参数（P P167167）式中，式中，t-tt-tmaxmax代表冷热流体的实际温度差值中的较大者代表冷热流体的实际温度差值中的较大者（1 1）换热器效能）换热器效能若若q q

39、m1m1c c1 1q qm2m2c c2 2，则，则t-tt-tmaxmax=t=t1 1-t-t1 1。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器（2 2）传热单元数）传热单元数NTUNTU传热单元数传热单元数NTUNTU是KA与两种流体中较小的水当量（qmc）min的比值第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算 NTUNTU是个无量纲参数是个无量纲参数，A和K分别反映了换热器的初投资和运行费用，所以NTU是一个反映换热器综合经济技术性能的指标是一个反映换热器综合经济技术性能的指标。NTUNTU表征了换热器换热能力的大小。表征了换热器换热能力的大小。1 1、三个重要参数（

40、、三个重要参数（P P167167）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器（3 3）热容比）热容比C C 热容比热容比C C是指两种流体中较小热容量（qmc）min与较大热容量（qmc）max的比值（qmc又称为水当量），即第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算1 1、三个重要参数（、三个重要参数（P P167167）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器2 2、NTUNTU和和C C的函数关系式及其图线（的函数关系式及其图线（P P167-168167-168）换热器效能、传热单元数NTUNTU和热容比C C等将共同确定具体换热器的性能。第三节第三节 间壁式换

41、热器的热计算间壁式换热器的热计算二、效能传热单元数法（NTU法）只要我们找到了=f=f（C,NTU,C,NTU,换热器型式）换热器型式）的函数关系式就可以根据根据K K、A A、q qm m、C C进而进而利用基本公式完成校核计算完成校核计算解出解出、tt1 1 、tt2 2解出解出第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算二、效能传热单元数法（NTU法）2 2、NTUNTU和和C C的函数关系式及其图线（的函数关系式及其图线（P P167-168167-168）当流体之一发生相变流体之一发生相变（如蒸汽凝结或液体汽化），或者冷、热流体

42、热容量相差悬殊时，热容比热容比C0C0，顺流和逆流顺流和逆流的计算式相同相同：（1 1）=f=f（C,NTUC,NTU）函数关系式：）函数关系式：P P168168表表8-18-1 在应用表8-1时，有几种特殊情况需加以讨论。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器逆流逆流时，两流体热容量几乎相等，热容量几乎相等，则C1C1，此时计算式为：第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算二、效能传热单元数法（NTU法）2 2、NTUNTU和和C C的函数关系式及其图线（的函数关系式及其图线（P P167-168167-168）顺流顺流时，两流体热容量几乎相等，热容量几乎相等，则C1

43、C1，此时计算式为：（1 1）=f=f（C,NTUC,NTU）函数关系式：）函数关系式：P P168168表表8-1 8-1 第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器 第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算二、效能传热单元数法（NTU法）（2 2）=f=f（C,NTUC,NTU）图线：）图线：P P168-169168-1692 2、NTUNTU和和C C的函数关系式及其图线（的函数关系式及其图线（P P167-168167-168）为便于应用，工程中已将表8-1的函数关系式绘制成图线。P168-169图8-218-26给出了几种典型型式换热器的-NTU图，这些图以为纵坐

44、标，NTU为横坐标，C为参变量，如图8-20所示第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器 第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算图8-20 顺流换热器的-NTU关系图第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器3 3、-NTU-NTU法（法（P P169-170169-170）-NTU-NTU法法常用于换热器的校核计算校核计算，简要步骤步骤如下：（1 1）由）由KAKA、q qm1m1c c1 1和和q qm2m2c c2 2第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算NTUNTU和和C C（2 2）由）由=f=f（C,NTUC,NTU）计算或查图）计算或查图

45、-NTU-NTU（3 3）由）由=maxmax=（q qm mc c）minmin（tt1 1-t-t2 2）（4 4）由）由热平衡方程式热平衡方程式求出口温度求出口温度tt2 2和和tt1 1第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器说明说明2 2：-NTU-NTU法也可用作设计计算，它由已知的法也可用作设计计算，它由已知的求出求出NTUNTU，但一般不采用。但一般不采用。新换热器的设计计算通常都采用对数 平均温差法，这是因为该方法可以求得温差修正系数 ，从而可间接知道换热器结构设计的优劣。第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算二、效能传热单元数法（NTU法）说明说明1

46、1：具体步骤中还应包括传热系数K的计算等内容，详见P169-170。3 3、-NTU-NTU法（法（P P169-170169-170）第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器例例8-38-3 1-2型壳管式换热器中，热水从管内流过，冷水在管外流过，传热系数K=1200W/（m2K），传热面积A=5m2，冷热水的质量流量和进口温度分别为qm2=8000kg/h，qm1=4000kg/h，t2=20，t1=90。试求冷热水出口温度t2、t1及传热量。设冷热水的比热容为c1=c2=4.186kJ/（kgK）。第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算解：解：冷热流体的热容量分别为

47、热容比、传热单元数分别为第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算由表8-1查得1-2型壳管式换热器的=f（C，NTU）的表达式为将已求得的C和NTU值代入上式算得=0.603根据换热器有效度的定义式有故得热流体的出口温度为由热容比的定义式得第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算所以有冷流体的出口温度（1 1）本题的换热器有效度是根据=f（C，NTU）解析式计算 出来的，虽然麻烦些，但较为准确。也可以查P169图8-23得到，此法简单方便，但准确度稍差（2 2）本题如用平均温

48、差法计算，要先假定一出口温度进行试算 逐步修正，显然计算过程要复杂多了。讨论：讨论：第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器三、换热器的污垢系数 换热器运行一段时间后，传热面上常会积起水垢、油垢、烟灰、锈垢等等的覆盖物垢层，由此引起的附加热阻称为污垢污垢热阻热阻，单位面积的污垢热阻，通常又称为污垢系数污垢系数。覆盖物垢层的存在，使得传热过程总热阻增大总热阻增大，传热量减小，传热系数降低传热系数降低，换热器性能变差换热器性能变差。由于覆盖物垢层的厚度和热导率难以测定，故污垢热阻很难用计算的方法确定，一般用实验的方法求得一般用实验的方法求得。第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热

49、计算第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器 当壳管式换热器传热管道的内、外表面存有积垢时，管壁的单位外表面积的总热阻将为：式中，rf1、rf2为管道内、外表面的污垢系数。三、换热器的污垢系数第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算 P P171171表表8-28-2给出了某些工作流体污垢系数的参考数据。给出了某些工作流体污垢系数的参考数据。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器污垢系数有时也可按下式计算：式中，rf为污垢系数，K洁为没有表面积垢时的传热系数，r洁为其相应的面积热阻，K污为换热器运行一段时间后、存在表面积垢时的传热系数，r污为其相应的面积热阻。三、换

50、热器的污垢系数第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器思考题：思考题：第三节第三节 间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算8-4 8-4 对于qm1c1qm2c2，qm1c1qm2c2和qm1c1qm2c2三种 情况，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动 方向的变化曲线。第八章第八章 传热过程与换热器传热过程与换热器（1 1）顺流：）顺流：q qm1m1c c1 1q qm2m2c c2 2q qm1m1c c1 1q qm2m2c c2 2q qm1m1c c1 1=q=qm2m2c c2 2思考题：思考题：第三节第三节 间壁式换