11传热过程和换热器热计算基础.ppt

Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础9/4/20241河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础§11-1 传热过程传热过程1.1.传热过程：传热过程： 热量由热流体通过固体壁面传给冷流体的过程热量由热流体通过固体壁面传给冷流体的过程•k为传热系数为传热系数W/(mW/(m2 2·℃)·℃)•在数值上，传热系数等于冷、在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差热流体间温差为为1℃1℃、、传热面传热面积积为为1m1m2 2时的热流量值，时的热流量值，是表是表征传热过程强烈程度的物理量征传热过程强烈程度的物理量•传热过程越强，传热系数越传热过程越强，传热系数越大，反之则越弱大，反之则越弱9/4/20242河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础 2. 2. 单层平壁单层平壁9/4/20243河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础热流密度：热流密度：传热系数：传热系数： 9/4/20244河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础导热热阻导热热阻9/4/20245河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础对流换热热阻对流换热热阻9/4/20246河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础 4. 4. 多层圆筒壁多层圆筒壁 3. 3. 多层平壁多层平壁9/4/20247河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础例题：一一房房屋屋的的混混凝凝土土外外墙墙的的厚厚度度为为 =200mm =200mm ，，混混凝凝土土的的热热导导率率为为 =1.5W/(m=1.5W/(m·K) K) ，，冬冬季季室室外外空空气气温温度度为为t tf2f2=-10℃, =-10℃, 有有风风天天和和墙墙壁壁之之间间的的表表面面传传热热系系数数为为h h2 2=20W/(m=20W/(m2 2·K)K)，，室室内内空空气气温温度度为为t tf1f1= = 25℃,25℃,和和墙墙壁壁之之间间的的表表面面传传热热系系数数为为h h1 1=5 =5 W/(mW/(m2 2·K)K)。

假假设设墙墙壁壁及及两两侧侧的的空空气气温温度度及及表表面面传传热热系系数数都都不不随随时时间间而而变变化化，，求求单单位位面面积积墙墙壁壁的的散散热热损损失失及及内内外外墙墙壁壁面面的温度9/4/20248河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础解：解：由给定条件可知，这是一个稳态传热过程通过由给定条件可知，这是一个稳态传热过程通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为 9/4/20249河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础 根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热的对流换热 9/4/202410河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【例例11-111-1】】已知墙厚已知墙厚200 mm200 mm；；室内空气温度为室内空气温度为20℃20℃，室外的空气温度为－，室外的空气温度为－10℃10℃；砖墙导热系数；砖墙导热系数λ=0λ=0.95 W/(m.95 W/(m·℃)℃)；；室内空气对墙面的对流表面室内空气对墙面的对流表面传热系数传热系数h h1 1=8 W/(m=8 W/(m2 2·℃)℃)，，室外空气的对流表面室外空气的对流表面传热系数传热系数h h2 2=22 W/(m=22 W/(m2 2·℃)℃)。

试求室内外空气通过试求室内外空气通过单位面积砖墙传递的热量和砖墙内侧的温度单位面积砖墙传递的热量和砖墙内侧的温度解解】】 通过单位面积砖墙传递的热量：通过单位面积砖墙传递的热量：q q= =(t(tf1f1-t-tf2f2)/ (1/h)/ (1/h1 1+ +δ/δ/λ+1/hλ+1/h2 2)=70.91 W/m)=70.91 W/m2 2砖墙内表面温度：砖墙内表面温度：t tw1w1= t= tf1f1-q/h-q/h1 1=284.1 K=284.1 K9/4/202411河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础o一双层玻璃，宽一双层玻璃，宽1.1m，高，高1.2m，厚，厚3mm，导热系，导热系数为数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚；中间空气层厚5mm，设空气层，设空气层只有导热作用，导热系数为只有导热作用，导热系数为0.026W/(m·K)室内空气温度为气温度为25℃，表面传热系数为，表面传热系数为20W/(m2·K)；室；室外空气温度为外空气温度为-10℃，表面传热系数为，表面传热系数为15W/(m2·K)。

o试计算：试计算：o传热过程各环节的单位面积热阻；传热过程各环节的单位面积热阻；o通过玻璃窗的热流密度和热流量通过玻璃窗的热流密度和热流量9/4/202412河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础作业：作业：11-19/4/202413河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础§11-2 传热的增强和减弱传热的增强和减弱强化传热的目的：强化传热的目的：缩小设备尺寸、提高热效率、缩小设备尺寸、提高热效率、提高传热能力提高传热能力削弱传热的目的：削弱传热的目的：减少热量损失减少热量损失9/4/202414河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础举例：举例：两侧分别为蒸汽和空气的金属管壁两侧分别为蒸汽和空气的金属管壁 空气侧换热系数：空气侧换热系数：h h1 1=30 W/(m=30 W/(m2 2··℃)℃) 蒸汽冷凝侧换热系数：蒸汽冷凝侧换热系数： h h2 2=5000 W/(m=5000 W/(m2 2··℃)℃)改善空气侧的放热系数是强化传热的关键。

改善空气侧的放热系数是强化传热的关键一、强化传热1.1.强化换热的原则：强化换热的原则： 哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措施哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措施9/4/202415河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础2.2.强化换热的手段：强化换热的手段：在表面传热系数较小的一侧采用肋壁在表面传热系数较小的一侧采用肋壁二、削弱传热 增大传热总热阻增大传热总热阻——增加一层附加导热热阻（在需要减少散热损失增加一层附加导热热阻（在需要减少散热损失的管道外敷设适当的热绝缘层）的管道外敷设适当的热绝缘层）9/4/202416河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础强化传热的基本途径有三个方面：强化传热的基本途径有三个方面：1 1 、、 提高传热系数：提高传热系数：应采取有效的提高传热系数的措施，如应采取有效的提高传热系数的措施，如必须提高两侧表面传热系数中较小的项另外应注意：在采取必须提高两侧表面传热系数中较小的项。

另外应注意：在采取增强传热措施的同时，必须注意清除换热设备运行中产生的污增强传热措施的同时，必须注意清除换热设备运行中产生的污垢热阻，以免抵消强化传热带来的效果垢热阻，以免抵消强化传热带来的效果2 2 、、 提高换热面积：提高换热面积：采用扩展表面，即使换热设备传热系数采用扩展表面，即使换热设备传热系数及单位体积的传热面积增加，如肋壁、肋片管、波纹管、板翅及单位体积的传热面积增加，如肋壁、肋片管、波纹管、板翅式换热面等；当然必须扩展传热系数小的一侧的面积，才是使式换热面等；当然必须扩展传热系数小的一侧的面积，才是使用最广泛的一种增强传热的方法用最广泛的一种增强传热的方法3 3 、、 提高传热温差：提高传热温差：在冷、热流体温度不变的条件下，通过在冷、热流体温度不变的条件下，通过合理组织流动方式，提高传热温差合理组织流动方式，提高传热温差9/4/202417河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础9/4/202418河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【思考思考】】为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显。

试分析原因水流速的办法，但发现效果并不明显试分析原因思考思考】】热水在两根相同的管内以相同流速流动，管热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却经过一段时间后，两外分别采用空气和水进行冷却经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢试问水垢的产生对采用空管内产生相同厚度的水垢试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？【【思考思考】】有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管请你评价这一方案的合理性钢管换成铜管请你评价这一方案的合理性9/4/202419河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【分析分析】】冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而采用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧采用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不明显。

热阻，故效果不明显思考思考】】为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显试分析原因水流速的办法，但发现效果并不明显试分析原因9/4/202420河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【分析分析】】采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大，而空气冷却时，气侧热阻较阻中所占的比例较大，而空气冷却时，气侧热阻较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大故水垢大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大故水垢的产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大的产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大思考思考】】热水在两根相同的管内以相同流速流动，管热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却经过一段时间后，两外分别采用空气和水进行冷却经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢试问水垢的产生对采用空管内产生相同厚度的水垢。

试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？9/4/202421河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【分析分析】】该换热器管内为水的对流换热，管外为空气该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热注意到钢的导热系数虽然小于铜装肋片可强化传热注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管热阻，因而无需将钢管换成铜管思考思考】】有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管请你评价这一方案的合理性钢管换成铜管请你评价这一方案的合理性。

9/4/202422河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【思考思考】】有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中却为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？的稀饭还是盆中的凉水？为什么？【【分析分析】】从稀饭到凉水是一个传热过程显然，从稀饭到凉水是一个传热过程显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流而稀饭的稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流而稀饭的换热比水要差因此，要强化传热增加散热量，应换热比水要差因此，要强化传热增加散热量，应该用搅动的方式强化稀饭侧的传热该用搅动的方式强化稀饭侧的传热 9/4/202423河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础§11-3 换热器的基本概念换热器的基本概念 一、概述一、概述1. 1. 定义：定义：用来使热量从热流体传递到冷流体以满足用来使热量从热流体传递到冷流体以满足规定的工艺要求的装置。

规定的工艺要求的装置加热器加热器冷却器冷却器蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器 工作任务工作任务壳管式壳管式交叉式交叉式板式板式螺旋板式等螺旋板式等形状形状2. 2. 类型（按作用原理分）类型（按作用原理分）(1) (1) 间壁式间壁式 ( (表面式表面式) )(2) (2) 混合式混合式 (3) (3) 回热式回热式9/4/202424河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础间壁式换热器的主要型式(1)(1)套管式换热器：套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形9/4/202425河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础9/4/202426河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础(2)(2)壳管式换热器：壳管式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。

两种流体分封装在外壳内两种流体分管程管程和和壳程壳程9/4/202427河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础9/4/202428河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础(3) U(3) U型管式换热器：型管式换热器：9/4/202429河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础(4) (4) 翅片管式换热器：翅片管式换热器：9/4/202430河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础(5) (5) 板式换热器：板式换热器： 由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。

9/4/202431河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础(6) (6) 螺旋板式换热器：螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而换热表面由两块金属板卷制而成，优点：换热效果好；缺点：密封比较困难成，优点：换热效果好；缺点：密封比较困难9/4/202432河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础二、平均温差1.1.流动方式流动方式(1)(1)顺流顺流(2)(2)逆流逆流(3)(3)交叉流交叉流 ( (复杂流复杂流) )9/4/202433河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础2.2.简单顺流及逆流换热器的对数平均温差简单顺流及逆流换热器的对数平均温差3.3.算术平均温差算术平均温差9/4/202434河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础9/4/202435河海大学机电工程学院Ch 11 Ch 11 传热过程和换热器热计算基础传热过程和换热器热计算基础 · · 热工基础热工基础【【分析分析2】】某房间用热水流过水暖管供暖，若供暖量某房间用热水流过水暖管供暖，若供暖量不足，可采取什么改进方法以增加供暖？不足，可采取什么改进方法以增加供暖？【【分析分析1】】野外工作者常用纸制容器野外工作者常用纸制容器烧水。

设厚为烧水设厚为0.2mm0.2mm的纸的导热系数的纸的导热系数为为0.9 W/(m·K)0.9 W/(m·K)，水在大气压力下沸，水在大气压力下沸腾，水侧沸腾换热表面传热系数为腾，水侧沸腾换热表面传热系数为2400 W/(m2400 W/(m2 2·K)·K)容器用1100℃1100℃的火的火焰加热，火焰与纸面的表面传热系数焰加热，火焰与纸面的表面传热系数为为95 W/(m95 W/(m2 2·K)·K)若纸的耐火温度为若纸的耐火温度为200℃200℃，试证明该纸质容器能耐火试证明该纸质容器能耐火9/4/202436河海大学机电工程学院。