传热学第九章－传热过程分析与换热器热计算－1.ppt

* 第九章 传热过程分析与换热器热计算 本章的学习目的 分析实际传热问题的能力 综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力 了解换热器的基本知识和设计过程 § 9-1 传热过程的分析和计算 传热过程？ 基本计算式(传热方程式)？ 式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过 程，K的计算公式也不同。 1 通过平壁的传热 K的计算公式？ 说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数) 单相对流： 膜态沸腾： (8-24) (6-23) 2 通过圆管的传热 hi ho 内部对流： 圆柱面导热： 外部对流： 其中： 3 通过肋壁的传热 肋壁面积： 稳态下换热情况： A1 A2 Ai 肋面总效率 定义肋化系数： 则传热系数为 所以，只要 就可以起到强化换热的效果。 4 带保温层的圆管传热——临界热绝缘直径 圆管外敷保温层后： 可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是增强还是削弱呢？这要看d?/ddo2 和d2?/ddo22的值 可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也就是说，do2在do1 ~ dcr之间，?是增加的，当do2大于dcr时， ?降低。 or § 9-2 换热器的型式及平均温差 换热器的定义：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 2 换热器的分类： 三种类型换热器简介 3 间壁式换热器的主要型式 套管式换热器：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 体流量不大的情形 顺流 逆流 (2) 管壳式换热器：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，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。 增加管程 进一步增加管程和壳程 (3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。 (c) 板翅式交叉流换热器 (4) 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，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。 单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。 (5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。 4 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差 传热方程的一般形式： 这个过程对于传热过程是通用的，但是当温差 沿整个壁面不是常数时，比如等壁温条件下的管内对流换热，以及我们现在遇到的换热器等。对于前者我们曾经提到过对数平均温差(LMTD)的公式，但是没有给出推导。下面我们就来看看LMTD的推导过程 dth dtc th tc 以顺流情况为例，并作如下假设：（1）冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2,c1是常数；(2) 传热系数是常数；（3）换热器无散热损失；（4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。 要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温差随换热面积的变化，即 ，然后再沿整个换热面积进行平均 在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现在来看图9-13中微元换热面dA一段的传热。温差为： 在固体微元面dA内，两种流体的换热量为: 对于热流体和冷流体: 可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均温差为： (1) (2) (3) (1)+(2)+(3) 对数平均温差 顺流： 逆流时： * *