传热学_12-1概要.ppt

* Heat Transfer 10-1 Beijing Jiaotong University 第12章 换热器 什么是换热器? 换热器是一种可以使两种不同温度的流体进行热量交换又避免了两种流体相混合的设备。 换热器中热流体将热量传递给冷流体以满足需要。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 换热器在实际中有着很广泛的应用: 1. 家用的空调和暖气； 2. 化学制备工艺 和大型机械设备的电力生产； 3. 电脑冷却； 4. 其他情况。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 12-1 换热器种类 1. 套管换热器 这种类型的换热器是由两根同心但不同直径的管道组成 顺流布置: 两个管道内的流体流动方向相同。 逆流布置: 两个管道内的流体流动方向相反。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 2. 紧凑式换热器 单位容积有较大的换热面积 换热器的换热面积与其容积之比称为表面密度，记为β 紧凑式换热器可以使两流体在较小的空间内完成热量传递。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 紧凑式换热器拥有较大换热面积是通过在原始换热表面上增加翅片来实现的。 紧凑式换热器通常用于气-气换热器和气-液换热器 (或液-气换热器) ，通过增加换热面积来弥补气体一侧较低的换热系数。 在紧凑式换热器，两流体的流向常常相互垂直，这种布置方式称为交叉流动。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 3. 壳管式换热器 壳管式换热器中包含大量轴向平行于外壳的管道 (某些情况下达到几百根) 。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 4. 交叉流换热器 冷热流体交替流过同一个换热区域； 静态的交叉流换热器是基于拥有较强蓄热能力的多孔介质，如陶瓷金属网。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 动态交叉流换热器中包含一个转鼓，连续的冷热流体分别在转鼓的两侧流动，转鼓周期性的转动使冷热流体交换流道，冷（热）流体带走原来热（冷）流体通道内的储存下的热量，达到换热目的。 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 12-2 传热系数 换热器中的固体挡板将流体分开，热量先通过对流换热由热流体传递给固体壁面，然后以导热的形式穿过壁面，然后又通过对流换热的方式由壁面传递给冷流体。 对于套管式换热器, Ai = πDiL and Ao = πD0L. Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 壁面的热阻： 总热阻： Ai 为里表面积 Ao 为外表面积 Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 两流体之间的换热率： U 为总传热系数，单位为 W/m2 · °C. 消去ΔT , 方程可简化为： UiAi = UoAo , 但 Ui ≠ U0 除非当 Ai = Ao. Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 讨论： 当不能确定换热器的换热面积时，单纯讨论总传热系数 U 的大小就没有意义。 2) 注意翅片管，加了翅片一侧的换热面积要比没加翅片一侧的换热面积多出几倍。 3) 当管壁厚度较小且管道材料导热率较大，管壁的热阻就可以忽略。 (Rwall ≈ 0). Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 当管道里外表面积相差不大时 (Ai ≈ Ao ≈ A). 前面的方程就可简化为： 较小的对流传热系数成为影响总传热系数 U 的主要因素，因为其热阻较大。 若 hi ? ho 1/ hi ? 1/ ho U ≈ hi. Heat Transfer 12-1 Beijing Jiaotong University 翅片一般用于气相一侧来增大UA 进而强化这一侧的传热。 对于翅片一侧，总的换热面积为： A=Atotal=Afin+Aunfinne