1、 1 1、傳熱：、傳熱：因溫度差的存在而產生的能量傳遞。因溫度差的存在而產生的能量傳遞。 2 2、傳熱在食品工程中的應用、傳熱在食品工程中的應用 （1 1）食品的加熱或冷卻）食品的加熱或冷卻 食品加工中的加熱滅菌過程、冷凍降溫過程食品加工中的加熱滅菌過程、冷凍降溫過程以及某些單元操作（如蒸餾、蒸發、干燥、結晶以及某些單元操作（如蒸餾、蒸發、干燥、結晶等）需傳熱，要求傳熱速度越快越好。等）需傳熱，要求傳熱速度越快越好。 （2 2）回收熱量或冷量，節約能源。）回收熱量或冷量，節約能源。 （3 3）保溫或保冷：）保溫或保冷：要求傳熱速度越慢越好，如冰要求傳熱速度越慢越好，如冰箱冷藏食品或保溫。箱冷藏

2、食品或保溫。 根據傳熱機理不同，傳熱的基本方式有根據傳熱機理不同，傳熱的基本方式有三種：三種： 熱傳導熱傳導 熱對流熱對流 熱輻射熱輻射 又稱導熱，又稱導熱，物質在不發生宏觀位移的物質在不發生宏觀位移的情況下，熱量從物體內部的高溫處向低溫情況下，熱量從物體內部的高溫處向低溫處傳遞，或從高溫物體向一個與它直接接處傳遞，或從高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體的傳遞過程。觸的低溫物體的傳遞過程。 傳熱機理復雜，存在傳熱機理復雜，存在分子振動學說分子振動學說和和自由電子遷移學說自由電子遷移學說等。等。 又稱又稱對流傳熱對流傳熱，是流是流體質點發生相對位移所引體質點發生相對位移所引起的熱量傳遞過程，或

3、者起的熱量傳遞過程，或者流動的流體與固定壁面之流動的流體與固定壁面之間間的熱量交換。的熱量交換。 對流傳熱伴有熱傳導對流傳熱伴有熱傳導。強制對流：強制對流： 因泵（或風機）或攪拌等外力作用所導因泵（或風機）或攪拌等外力作用所導致的對流稱為強制對流。致的對流稱為強制對流。 在同一流體中有可能同時發生在同一流體中有可能同時發生自然對流自然對流和和強制對流強制對流。熱對流的兩種方式：熱對流的兩種方式：自然對流：自然對流： 由于流體各處的溫度不均勻而引起的密由于流體各處的溫度不均勻而引起的密度差異，致使流體產生相對位移，這種對流度差異，致使流體產生相對位移，這種對流稱為自然對流。稱為自然對流。 因熱的

4、原因而產生的電磁波在空間的傳因熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞，稱為遞，稱為熱輻射熱輻射。 所有物體都能將熱以電磁波的形式發射所有物體都能將熱以電磁波的形式發射出去，而不需要任何介質。但是只有在物體出去，而不需要任何介質。但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。熱輻射既有能量熱形式。熱輻射既有能量轉移轉移，也有，也有轉化轉化。 實際上，上述三種傳熱方式而往實際上，上述三種傳熱方式而往往是相互伴隨著出現的。往是相互伴隨著出現的。 1 1、間壁式換熱器：、間壁式換熱器：冷熱流體熱交換時冷熱流體熱交換時不直接接觸，用固體壁面隔開，這種換熱器

5、不直接接觸，用固體壁面隔開，這種換熱器稱為間壁式換熱器。稱為間壁式換熱器。 2 2、并流與逆流、并流與逆流 球形冷凝管球形冷凝管 3 3、套管換熱器的傳熱過程、套管換熱器的傳熱過程 （1 1）對流（熱流體）對流（熱流體間壁）間壁） （2 2）導熱（通過間壁）導熱（通過間壁） （3 3）對流（間壁）對流（間壁冷流體）冷流體） （1 1）加熱劑）加熱劑 飽和水蒸氣飽和水蒸氣（100100180180） 熱水（熱水（4040100100） 礦物油等低熔混合物（礦物油等低熔混合物（180180540540） 煙道氣（煙道氣（50050010001000）等。）等。 （2 2）冷卻劑）冷卻劑 水水（20

6、203030） 空氣空氣 冷凍鹽水冷凍鹽水 液氨（液氨（-33.4-33.4） 氟利昂等。氟利昂等。 熱流量熱流量（熱流率）（熱流率）：單位時間內通：單位時間內通過整個傳熱面傳遞的熱量，過整個傳熱面傳遞的熱量，W W（J/sJ/s）。）。 熱流密度熱流密度q q（熱通量）：（熱通量）：單位時間內通單位時間內通過單位面積傳熱面傳遞的熱量，過單位面積傳熱面傳遞的熱量，W/mW/m2 2。 熱流量熱流量T(T(推動力推動力)/R()/R(熱阻熱阻) ) 熱交換：熱交換：兩個溫度不同的物體由于傳熱，兩個溫度不同的物體由于傳熱，進行熱量的交換。進行熱量的交換。 結果：結果：溫度較高的物體焓減小，溫度較低

7、溫度較高的物體焓減小，溫度較低的物體焓增加，涉及物質的焓變代數和為的物體焓增加，涉及物質的焓變代數和為0 0。 基本原則：基本原則：能量守恒定律能量守恒定律 H=mcH=mcp pT T 熱交換器：熱交換器：用于熱交換的設備用于熱交換的設備 （一）溫度場與溫度梯度（一）溫度場與溫度梯度 1 1、溫度場：、溫度場：某一時刻空間各點溫度分布，是空某一時刻空間各點溫度分布，是空間坐標和時間的函數。溫度只延一個坐標方向間坐標和時間的函數。溫度只延一個坐標方向變化，為變化，為“一維溫度場一維溫度場”。 穩定溫度場（不隨時間變化）穩定溫度場（不隨時間變化） 不穩定溫度場（隨時間變化）不穩定溫度場（隨時間變

8、化） 2 2、等溫線和等溫面：、等溫線和等溫面：某一時刻，將溫度場中具某一時刻，將溫度場中具有相同溫度的點連接起來所形成的線或面。有相同溫度的點連接起來所形成的線或面。 等溫面不能相交，熱交換發生在不同的溫等溫面不能相交，熱交換發生在不同的溫度面之間。度面之間。 3 3、溫度梯度：、溫度梯度：向量，在等溫面法線上，指向溫向量，在等溫面法線上，指向溫度增加的方向度增加的方向 1 1、傅里葉定律、傅里葉定律 是熱傳導的基本定律，它指出：在溫是熱傳導的基本定律，它指出：在溫度場中，由于導熱形成的熱流密度正比于度場中，由于導熱形成的熱流密度正比于該時刻某一點的該時刻某一點的溫度梯度溫度梯度。 式中式中

9、為熱導率（導熱系數）。為熱導率（導熱系數）。 熱導率（導熱系數）熱導率（導熱系數）是某物質在單位是某物質在單位溫度梯度時所通過的熱流密度。溫度梯度時所通過的熱流密度。 表征物質導熱能力的大小，是物質的表征物質導熱能力的大小，是物質的物理性質之一，單位為物理性質之一，單位為W/(m.)W/(m.)，與，與物質物質組成、結構、密度、溫度及壓力等有關。組成、結構、密度、溫度及壓力等有關。 金屬金屬熱導率熱導率大于非金屬，液體較小，大于非金屬，液體較小，氣體最小。熱導率隨溫度變化而變化。氣體最小。熱導率隨溫度變化而變化。如圖所示：如圖所示：平壁壁厚為平壁壁厚為，壁面積為壁面積為A A；壁的材質均勻，熱

10、導率壁的材質均勻，熱導率不隨溫度不隨溫度變化，視為常數；變化，視為常數；平壁的溫度只沿著垂直于壁面的平壁的溫度只沿著垂直于壁面的x x軸方向變化，故等溫面皆為垂直于軸方向變化，故等溫面皆為垂直于x x軸的平行平面。軸的平行平面。平壁側面的溫度平壁側面的溫度t t1 1及及t t2 2恒定。恒定。（一）單層平壁穩態導熱（一）單層平壁穩態導熱RtAttttAQ2121)(結論：結論：熱傳導距離越小，材料導熱系數越大熱傳導距離越小，材料導熱系數越大，導熱面積越大，則熱阻越小，當傳熱推動，導熱面積越大，則熱阻越小，當傳熱推動力一定時，熱流量越大。力一定時，熱流量越大。根據傅立葉定律根據傅立葉定律 對穩

11、態導熱，對穩態導熱，q q為常量，分離變量后積分，積為常量，分離變量后積分，積分邊界條件：當分邊界條件：當x x=0=0時，時，t= tt= t1 1；x=x= 時，時，t= tt= t2 2，t=tt=t1 1-t-t2 2為導熱的推動力為導熱的推動力而而R=/AR=/A則為導熱的熱則為導熱的熱阻阻如圖所示：以三層平壁為例如圖所示：以三層平壁為例Qb1b2b3xtt1t2t3t4假定各層壁的厚度分別為假定各層壁的厚度分別為1 1，2 2，3 3，各層材質均勻，熱導各層材質均勻，熱導率分別為率分別為1 1，2 2，3 3，皆視為皆視為常數；常數；層與層之間接觸良好，相互接層與層之間接觸良好，相

12、互接觸的表面上溫度相等，各等溫面觸的表面上溫度相等，各等溫面亦皆為垂直于亦皆為垂直于x x軸的平行平面。軸的平行平面。壁的面積為壁的面積為A A，在穩定導熱過在穩定導熱過程中，穿過各層的熱量必相等。程中，穿過各層的熱量必相等。)(21111ttAQ121111tttAQ33133tAQ2222tAQ第一層第一層 第三層第三層第二層第二層對于穩定導熱過程：對于穩定導熱過程：1 1=2 2=3 3=1123 對三層平壁，且對三層平壁，且t t1 1tt2 2tt3 3tt4 4則：則： 推廣至推廣至n n層平壁：層平壁：RttAttQnniiiin11011結論：結論：在穩定多層平壁導熱過程中，哪

13、層熱阻在穩定多層平壁導熱過程中，哪層熱阻大，哪層溫差就大；反之，哪層溫差大，哪層大，哪層溫差就大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大。當總溫差一定時，熱流量的大小熱阻一定大。當總溫差一定時，熱流量的大小取決于總熱阻的大小。取決于總熱阻的大小。 )()(33221141332211321AAAttAAAtttQ 例例5 52 2：某冷庫壁內、外層磚壁厚均為某冷庫壁內、外層磚壁厚均為1212cmcm，中間夾層填以絕熱材料，厚中間夾層填以絕熱材料，厚1010cmcm，磚墻的熱導率為磚墻的熱導率為0.700.70W/mkW/mk，絕緣材料的絕緣材料的熱導率為熱導率為0.040.04W/mkW/mk，墻外

14、表面溫度為墻外表面溫度為10 10 ，內表面為，內表面為-5 -5 ，試計算進入冷庫，試計算進入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。上的溫度。 解：根據題意，已知解：根據題意，已知t t1 1=10=10，t t4 4=-5=-5，1 1=3 3=0.12m=0.12m，2 2=0.10m=0.10m，1 1= =3 3= = 0.70w/mk0.70w/mk，2 2=0.04w/mk=0.04w/mk。 233221141/27.570.012.004.010.070.012.0)5(10)(mwbbbttAQq按溫度差分配計算按溫度差分配計

15、算t t2 2、t t3 31 .970.012.027.5101112bqtt1 . 4) 5(70. 012. 027. 54333tbqt按熱流密度公式計算按熱流密度公式計算q q：Qt2t1r1rr2drL如圖所示：如圖所示：設圓筒的內半徑為設圓筒的內半徑為r r1 1，內內壁溫度為壁溫度為t t1 1，外半徑為外半徑為r r2 2，外壁溫度為外壁溫度為t t2 2。溫度只沿半徑方向變化，溫度只沿半徑方向變化，等溫面為同心圓柱面。圓筒等溫面為同心圓柱面。圓筒壁與平壁不同點是其面隨半壁與平壁不同點是其面隨半徑而變化。徑而變化。在半徑在半徑r r處取一厚度為處取一厚度為drdr的的薄層，若

16、圓筒的長度為薄層，若圓筒的長度為L L，則則半 徑 為半 徑 為 r r 處 的 傳 熱 面 積 為處 的 傳 熱 面 積 為A=2rLA=2rL。1 1、通過單層圓筒壁的穩態導熱、通過單層圓筒壁的穩態導熱drdtrLdrdtAQ21221ln2rrttLQ將上式分離變量積分并整理得將上式分離變量積分并整理得 根據傅立葉定律，對此薄圓筒層傳導的熱量為：根據傅立葉定律，對此薄圓筒層傳導的熱量為：令令A Am m=2r=2rm mL L，則圓筒壁熱流量可表示為，則圓筒壁熱流量可表示為122121)()(rrttAbttAQmm 以三層圓筒壁為例。以三層圓筒壁為例。 假定各層壁內外半徑由內假定各層壁

17、內外半徑由內至外依次為至外依次為r r1 1、r r2 2、r r3 3、r r4 4； 各層材料的導熱系數各層材料的導熱系數1 1，2 2，3 3皆視為常數；皆視為常數； 層與層之間接觸良好，相層與層之間接觸良好，相互接觸的表面溫度相等，互接觸的表面溫度相等，各等溫面皆為同心圓柱面。各等溫面皆為同心圓柱面。r1r2r3r4t1t2t3t412211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrttLQ 當穩態導熱時，通過各層的熱流量當穩態導熱時，通過各層的熱流量相等，對相等，對于第一、二、三層圓筒壁有：于第一、二、三層圓筒壁有：根據各層溫度差之和等于總溫度差的原則，則根據

18、各層溫度差之和等于總溫度差的原則，則34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQniiiiinrrttLQ1111ln1)(2同理，對于同理，對于n n層圓筒壁，穿過各層熱量的一般公式為層圓筒壁，穿過各層熱量的一般公式為 注：注：對于圓筒壁的穩定熱傳導，通過各層的熱對于圓筒壁的穩定熱傳導，通過各層的熱流量都是相同的，但是熱流密度卻不相等。流量都是相同的，但是熱流密度卻不相等。 例例5-35-3：用用 89894mm4mm的不銹鋼管輸送熱油，管的熱的不銹鋼管輸送熱油，管的熱導率為導率為=17W/m=17W/m，其內壁表面溫度為，其內壁表面溫度為130130，管外包管外包40

19、mm40mm的保溫材料，熱導率為的保溫材料，熱導率為=0.035W/m=0.035W/m，其外層表面溫度為其外層表面溫度為2525，試求，試求：（1 1）每米管長的熱損失；（每米管長的熱損失；（2 2）兩層保溫層交界處）兩層保溫層交界處的溫度。的溫度。 解：解：r r1 1=0.089/2=0.089/20.004=0.0405m0.004=0.0405m； r r2 2=0.089/2=0.0445m=0.089/2=0.0445m；r r3 3=0.0445+0.04=0.0845m=0.0445+0.04=0.0845m 1 1=17W/m=17W/m；2 2=0.035W/m=0.03

20、5W/m，t t1 1=130, =130, t t2 2=25,L=25,L1m1m，則熱損失的熱流量為：，則熱損失的熱流量為： 結論：結論：溫度降幾乎都發生在保溫層中，保溫層較大溫度降幾乎都發生在保溫層中，保溫層較大的導熱熱阻避免了較大的熱損失。的導熱熱阻避免了較大的熱損失。RtATTQw1上式稱為上式稱為牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律。其中。其中為對流傳熱系為對流傳熱系數，表示影響對流傳熱的所有復雜因素。數，表示影響對流傳熱的所有復雜因素。 對流給熱是指流體流過固體壁面時與該表面發對流給熱是指流體流過固體壁面時與該表面發生的熱量交換，很復雜，基本關系描述為：生的熱量交換，很復雜，基本關系描述為

21、： Q= A（T-Tw） 是在流體流動進程中發生的熱量傳遞現是在流體流動進程中發生的熱量傳遞現象，與流體的流動情況密切相關。象，與流體的流動情況密切相關。 當流體作層流流動時，在垂直于流體流當流體作層流流動時，在垂直于流體流動方向上的熱量傳遞，主要以動方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導熱傳導的方式的方式進行。進行。 當流體作湍流流動時，傳熱速度快，主當流體作湍流流動時，傳熱速度快，主體靠體靠對流傳熱對流傳熱，層流底層靠，層流底層靠傳導傳熱傳導傳熱，熱阻，熱阻集中于此。集中于此。傳熱過程傳熱過程高溫流體高溫流體湍流主體湍流主體壁面兩側壁面兩側層流底層層流底層湍流主體湍流主體低溫流體低溫流體q湍流主體

22、湍流主體對流傳熱對流傳熱溫度分布均勻溫度分布均勻p層流底層層流底層導熱導熱溫度梯度大溫度梯度大p壁面壁面導熱導熱(導熱系數較導熱系數較流體大流體大)有溫度梯度有溫度梯度不同區域的不同區域的傳熱特性：傳熱特性：熱邊界層熱邊界層：溫度邊界層，溫度梯度溫度邊界層，溫度梯度較大的區域。較大的區域。傳熱的熱阻即主要集傳熱的熱阻即主要集中在此層中中在此層中。溫度溫度距距離離TTwtwt熱流熱流體體冷流冷流體體傳熱壁面傳熱壁面湍 流 主湍 流 主體體湍 流 主湍 流 主體體傳熱壁面傳熱壁面層流層流底層底層層流層流底層底層傳 熱 方傳 熱 方向向對流傳熱示意圖對流傳熱示意圖2 2、流體的性質：、流體的性質：影

23、響較大的如密度影響較大的如密度、比比定壓熱容定壓熱容c cp p、熱導率熱導率、黏度黏度，體脹系數，體脹系數v等；等； （一）影響對流傳熱系數的主要因素（一）影響對流傳熱系數的主要因素1 1、流體的狀態：、流體的狀態：流體相態及相變化對流體相態及相變化對影影響很大。有相變時對流傳熱系數比無相變化響很大。有相變時對流傳熱系數比無相變化時大的多。時大的多。 3 3、流體的流動狀況：、流體的流動狀況：湍流的對流傳熱系數湍流的對流傳熱系數比層流大得多。強制對流的對流傳熱系數比比層流大得多。強制對流的對流傳熱系數比自然對流大的多；自然對流大的多；4 4、傳熱壁面的形狀、位置及大小：、傳熱壁面的形狀、位置

24、及大小：形狀如形狀如管、板、翅片；位置如管束的排列方式、垂管、板、翅片；位置如管束的排列方式、垂直放置或水平放置；尺寸如管徑、管長等。直放置或水平放置；尺寸如管徑、管長等。 cbaGrANuPrRe通過量綱分析，對流傳熱過程的特征數關聯通過量綱分析，對流傳熱過程的特征數關聯式可用下式表示：式可用下式表示：即即C準數名稱準數名稱符號符號意義意義努塞爾數努塞爾數Nu=L/Nu=L/ 表示對流傳熱系表示對流傳熱系數的特征數數的特征數雷諾數雷諾數Re=Lu/Re=Lu/ 確定流動狀態的確定流動狀態的特征數特征數普朗特數普朗特數Pr=cPr=cp p/ 表示物性影響的表示物性影響的特征數特征數格拉曉夫數

25、格拉曉夫數Gr=Gr=v gtLgtL3 32 2/2 2 表示自然對流影表示自然對流影響的特征數響的特征數 特征數方程是一種經驗公式，在利用關特征數方程是一種經驗公式，在利用關聯式求對流傳熱系數時，不能超出實驗條件聯式求對流傳熱系數時，不能超出實驗條件范圍。范圍。在應用時應注意以下幾點：在應用時應注意以下幾點：3 3、應用范圍、應用范圍2 2、定性尺寸：、定性尺寸：通常是選取起主要影響的尺通常是選取起主要影響的尺寸作為特征尺寸。寸作為特征尺寸。1 1、定性溫度：、定性溫度：確定流體物理參數的溫度確定流體物理參數的溫度4 4、各準則式是一個無因次數群，其中涉及、各準則式是一個無因次數群，其中涉

26、及到的物理量必須用統一的單位制。到的物理量必須用統一的單位制。加熱表面形狀加熱表面形狀特征尺寸特征尺寸GrPr 范圍范圍am水平圓管水平圓管外徑外徑d01041090.531/410910120.131/3垂直管或板垂直管或板高度高度L1041090.591/410910120.101/3Nu=a（GrPr）m定性溫度定性溫度: : 取壁面溫度和流體主體溫度算術平均值取壁面溫度和流體主體溫度算術平均值定性尺寸：定性尺寸：平壁為壁長，圓管為直徑。平壁為壁長，圓管為直徑。式中的式中的a、m值見書值見書165頁頁5-3表表 （一）自然對流傳熱（一）自然對流傳熱 1、管內層流、管內層流 2、管內湍流、

27、管內湍流 3、管外對流、管外對流 4、波紋板壁間對流、波紋板壁間對流 根據不同類型，使用對應的經驗公式，根據不同類型，使用對應的經驗公式，進行對流傳熱系數的估算。進行對流傳熱系數的估算。（一）沸騰傳熱（一）沸騰傳熱 液體與高溫壁面接觸被加熱汽化，并液體與高溫壁面接觸被加熱汽化，并在液體內部產生氣泡的現象稱為在液體內部產生氣泡的現象稱為沸騰沸騰。按加熱面與液體飽和溫度的差值不同，按加熱面與液體飽和溫度的差值不同，分為分為泡狀沸騰泡狀沸騰和和膜狀沸騰膜狀沸騰。沸騰傳熱的應用：精餾塔的再沸器、沸騰傳熱的應用：精餾塔的再沸器、蒸發器、蒸汽鍋爐等。蒸發器、蒸汽鍋爐等。 以以飽和蒸汽飽和蒸汽作為加熱介質在

28、傳熱中發生作為加熱介質在傳熱中發生冷凝傳熱冷凝傳熱是工業生產中常見的傳熱方式。是工業生產中常見的傳熱方式。 1 1、冷凝方式、冷凝方式 （1 1）膜狀冷凝：）膜狀冷凝：由于冷凝液能潤濕壁面，由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個冷凝過程因而能形成一層完整的膜。在整個冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。中，冷凝液膜是其主要熱阻。 （2 2）滴狀冷凝：）滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕壁面，若冷凝液不能潤濕壁面，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下。熱阻小。許多液滴，并沿壁面落下。熱阻小。 實際生產過程中，多為實際生產過程中，多為

29、膜狀冷凝膜狀冷凝過程。過程。略略 （1 1）不凝性氣體的影響：）不凝性氣體的影響：形成氣膜，增加形成氣膜，增加熱阻，降低對流傳熱系數。要在設備頂部設熱阻，降低對流傳熱系數。要在設備頂部設置不凝氣體排放裝置。置不凝氣體排放裝置。 （2 2）蒸汽流速和流向的影響：）蒸汽流速和流向的影響：與液膜流向與液膜流向一致，液膜減薄，一致，液膜減薄，增大。增大。 （3 3）冷卻壁面的高度及布置方式：）冷卻壁面的高度及布置方式：垂直壁垂直壁面可開溝槽。面可開溝槽。 1 1、按冷、熱流體熱交換的接觸方式分：、按冷、熱流體熱交換的接觸方式分： （1 1）非直接接觸式（間壁式、蓄熱）非直接接觸式（間壁式、蓄熱式、流化

30、床）式、流化床） （2 2）直接接觸式）直接接觸式 2 2、按用途分：、按用途分：加熱器、冷卻器、冷凝器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、再沸器蒸發器、再沸器等。等。1 1、結構：、結構：殼體、管束、管板（又稱花板）殼體、管束、管板（又稱花板）、封頭（端蓋）等。、封頭（端蓋）等。 （1 1）管程）管程 冷、熱流體兩種流體在管殼式換熱器冷、熱流體兩種流體在管殼式換熱器內進行換熱時，一種流體通過管內，其行內進行換熱時，一種流體通過管內，其行程稱為程稱為管程管程。 （2 2）殼程）殼程 另一種流體在管外流動，其行程稱為另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程殼程。NoImage隔板隔板擋板擋板管束管束殼

31、體殼體雙管單殼程雙管單殼程單管單殼程單管單殼程三管雙殼程三管雙殼程 在兩端封頭內設置在兩端封頭內設置隔板隔板，可實現多管，可實現多管程，通過提高管程流體的流速，增大對流程，通過提高管程流體的流速，增大對流傳熱系數，但能量損失增加，管程數以傳熱系數，但能量損失增加，管程數以2 2、3 3、4 4、6 6程多見。程多見。 在管外殼體內裝有殼程隔板可實現多在管外殼體內裝有殼程隔板可實現多殼程，通過提高殼程流體的流速，增大湍殼程，通過提高殼程流體的流速，增大湍流程度，以保持較高的傳熱系數，殼程數流程度，以保持較高的傳熱系數，殼程數以以2 2、3 3程多見。程多見。 為防止殼體和管束受熱膨脹不同導致為防

32、止殼體和管束受熱膨脹不同導致的設備變形、管子扭彎或松脫，常采用熱的設備變形、管子扭彎或松脫，常采用熱補償的方法，主要有以下幾種：補償的方法，主要有以下幾種：U U形管補償：形管補償：每根管子每根管子彎成彎成U U形，形，兩端固定在兩端固定在同一管板上，每根管同一管板上，每根管子可以自由伸縮，與子可以自由伸縮，與其他管子和外殼無關其他管子和外殼無關，相當于雙管程。，相當于雙管程。浮頭補償：浮頭補償：換熱器兩端管板之一不固定在換熱器兩端管板之一不固定在外殼上（此端稱為浮頭），當管子受熱或外殼上（此端稱為浮頭），當管子受熱或受冷時，連同浮頭一起自由伸縮，而與外受冷時，連同浮頭一起自由伸縮，而與外殼的

33、膨脹無關。殼的膨脹無關。優點：優點：容易制造、生產成本低，適應性強容易制造、生產成本低，適應性強，尤其適于高壓流體，維修清洗方便。，尤其適于高壓流體，維修清洗方便。缺點：缺點：結合面較多，易泄漏。結合面較多，易泄漏。 對應常見的列管式換熱器有：對應常見的列管式換熱器有：U U形管換形管換熱器、浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、熱器、浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、在外殼上焊上一個補償圈。在外殼上焊上一個補償圈。當外殼和管子熱脹冷縮時，補償圈發生彈當外殼和管子熱脹冷縮時，補償圈發生彈性形變，達到補償的目的。性形變，達到補償的目的。 是以板壁為換熱壁的換熱器，常見的是以板壁為換熱壁的換熱器，常見的有

34、有片式、螺旋板式片式、螺旋板式等。等。 1 1、片式換熱器、片式換熱器 板片被壓制成槽形或波紋形，目的是：板片被壓制成槽形或波紋形，目的是： 增強剛度，不致受壓變形；增強剛度，不致受壓變形； 增強液體的湍動程度，增大傳熱面積，增強液體的湍動程度，增大傳熱面積，也利于流體的均勻分布。也利于流體的均勻分布。 總傳熱系數高，污垢熱阻亦較小；總傳熱系數高，污垢熱阻亦較小； 結構緊湊，單位體積設備提供的傳熱面積結構緊湊，單位體積設備提供的傳熱面積大；大； 操作靈活性大，可以根據需要調節板片數操作靈活性大，可以根據需要調節板片數目以增減傳熱面積，或以調節流道的辦法，目以增減傳熱面積，或以調節流道的辦法，適

35、應冷、熱流體流量和溫度變化的要求；適應冷、熱流體流量和溫度變化的要求； 制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。 允許操作壓力較低，否則容易滲漏；允許操作壓力較低，否則容易滲漏； 操作溫度不能太高，因受墊片耐熱性能的操作溫度不能太高，因受墊片耐熱性能的限制；限制；（現在已有超高溫板式換熱器）（現在已有超高溫板式換熱器） 處理量不大，因板間距小，流道截面較小，處理量不大，因板間距小，流道截面較小，流速亦不能過大。流速亦不能過大。 由兩張平行的薄鋼卷制而成，兩板之間由兩張平行的薄鋼卷制而成，兩板之間焊有定距柱以保持兩板間距和增加螺旋板的焊有定距柱以保持兩板間距和增加螺旋

36、板的剛度。剛度。優點：優點：結構緊湊，單位體積提供的傳熱面積大結構緊湊，單位體積提供的傳熱面積大，總傳熱系數較大，傳熱效率高，不易堵塞。，總傳熱系數較大，傳熱效率高，不易堵塞。缺點：缺點：操作壓力和溫度不能太高，流體阻力大操作壓力和溫度不能太高，流體阻力大，不易檢修。，不易檢修。 1 1、結構、結構 夾套裝在容器外部，在夾套和器壁間夾套裝在容器外部，在夾套和器壁間形成密閉的空間，成為一種流體的通道。形成密閉的空間，成為一種流體的通道。如如夾層鍋、夾層缸夾層鍋、夾層缸等。等。夾層蒸氣鍋夾層蒸氣鍋 （1 1）當用蒸汽進行加熱時，蒸汽由上部）當用蒸汽進行加熱時，蒸汽由上部接管進入夾套，冷凝水由下部接

37、管中排出。接管進入夾套，冷凝水由下部接管中排出。 （2 2）用于冷卻時，則冷卻水由下部進入，）用于冷卻時，則冷卻水由下部進入，由上部流出。由上部流出。 （3 3）由于夾套內部清洗困難，故一般用）由于夾套內部清洗困難，故一般用不易產生垢層的水蒸汽、冷卻水等作為載不易產生垢層的水蒸汽、冷卻水等作為載熱介質。熱介質。 結構簡單，造價低，可當作盛裝容結構簡單，造價低，可當作盛裝容器，但傳熱面積小，總傳熱系數不高。器，但傳熱面積小，總傳熱系數不高。 適于傳熱量不大的場合，為提高傳適于傳熱量不大的場合，為提高傳熱性能，可在容器內安裝攪拌器，使器熱性能，可在容器內安裝攪拌器，使器內液體作強制對流。內液體作強

38、制對流。 1 1、結構、結構 蛇管多以金屬管子彎繞而成，制成蛇管多以金屬管子彎繞而成，制成適應容器需要的形狀，沉浸在容器中，適應容器需要的形狀，沉浸在容器中，兩種流體分別在管內、外進行換熱。兩種流體分別在管內、外進行換熱。 優點：優點：結構簡單、便于制造、便于防腐、結構簡單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。且能承受高壓。 缺點：缺點：管外液體的對流傳熱系數較小，管外液體的對流傳熱系數較小，從而總傳熱系數亦小，如增設攪拌裝置，從而總傳熱系數亦小，如增設攪拌裝置，則可提高傳熱效果。則可提高傳熱效果。t1t2T1T21 1、結構：、結構：兩種直徑不同的標準管組成同兩種直徑不同的標準管組成同心套管，

39、內管可用心套管，內管可用U U形管連接，而外管之間形管連接，而外管之間也由管子連接。也由管子連接。注意：選擇適當管徑和較高流速，使內管與注意：選擇適當管徑和較高流速，使內管與環隙間的流體呈湍流且逆流狀態，以增大總傳環隙間的流體呈湍流且逆流狀態，以增大總傳熱系數，減少垢層形成。熱系數，減少垢層形成。 單位傳熱面的金屬消耗量很大，占地較單位傳熱面的金屬消耗量很大，占地較大，一般適用于流量不大、所需傳熱面不大及大，一般適用于流量不大、所需傳熱面不大及高壓的場合。高壓的場合。 特點：特點：傳熱系數大，結構簡單、能耐高壓、傳熱系數大，結構簡單、能耐高壓、制造方便、應用靈便、傳熱面易于增減。制造方便、應用

40、靈便、傳熱面易于增減。 （一）換熱基本方程（一）換熱基本方程 對于間壁式熱交換：對于間壁式熱交換：=KAT=KATm m 其中其中K K為總傳熱系數。該式是換熱器設為總傳熱系數。該式是換熱器設計的重要公式。計的重要公式。 1 1、總傳熱系數、總傳熱系數K K的獲得的獲得 （1 1）選取經驗值）選取經驗值 （2 2）實驗測定）實驗測定 （3 3）計算）計算 2 2、總傳熱系數、總傳熱系數K K的計算法的計算法 （1 1）單層平壁）單層平壁 （2 2）多層平壁）多層平壁 見書見書180180頁頁 （3 3）單層圓筒壁）單層圓筒壁 見書見書180180頁頁 （4 4）多層圓筒壁）多層圓筒壁 見書見書

41、181181頁，對于不同的面積頁，對于不同的面積A Ah h、A Ac c，可以有不同的總傳熱系數，在計算流量時，可以有不同的總傳熱系數，在計算流量時，它們等效。它們等效。 例例5 58 8：見書：見書181181頁頁 1 1、恒溫差傳熱、恒溫差傳熱 兩種流體進行熱交換時，在沿傳熱壁兩種流體進行熱交換時，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時間兩種流體的面的不同位置上，在任何時間兩種流體的溫度皆不變化，這種傳熱稱為溫度皆不變化，這種傳熱稱為穩定的恒溫穩定的恒溫傳熱傳熱。 即：即：TTT Th h-T-Tc c 一定。一定。 在傳熱過程中，間壁一側或兩側的流在傳熱過程中，間壁一側或兩側的流體沿著傳熱

42、壁面，在不同位置時溫度不同，體沿著傳熱壁面，在不同位置時溫度不同，但各點的溫度皆不隨時間而變化，即為但各點的溫度皆不隨時間而變化，即為穩穩定的變溫傳熱過程定的變溫傳熱過程。 換熱平均溫差與冷、熱兩流體相對流換熱平均溫差與冷、熱兩流體相對流向有關。大致可分為下列四種情況：向有關。大致可分為下列四種情況： 并流：并流：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側分別以相同的方向流動。側分別以相同的方向流動。 逆流：逆流：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側分別以相對的方向流動。側分別以相對的方向流動。 錯流：錯流：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩參與換熱的

43、兩種流體在傳熱面的兩側彼此呈垂直方向流動。側彼此呈垂直方向流動。 折流折流 簡單折流：簡單折流：一側流體只沿一個方向流一側流體只沿一個方向流動，而另一側的流體作折流，使兩側流體動，而另一側的流體作折流，使兩側流體間有并流與逆流的交替存在。間有并流與逆流的交替存在。 復雜折流：復雜折流：參與熱交換的雙方流體均參與熱交換的雙方流體均作折流。作折流。T2T1t1t2T1T2t1t2圖圖 兩側流體變溫時的溫度變化兩側流體變溫時的溫度變化并流并流逆流逆流錯流錯流折流折流12121212圖圖 換熱器中流體流向示意圖換熱器中流體流向示意圖 對逆流和并流對逆流和并流 式中式中ttm m稱為對數平均溫差。當稱為

44、對數平均溫差。當0.5t0.5t2 2/t/t1 122時，可用（時，可用（tt2 2+ + tt1 1）/2/2代替對數平均溫差。代替對數平均溫差。 對對錯流和折流：錯流和折流：需乘以校正因數需乘以校正因數 例例591212lntttttm 1 1、強化傳熱的目的、強化傳熱的目的 以最小的傳熱設備獲得最大的生產能以最小的傳熱設備獲得最大的生產能力。力。 2 2、強化傳熱的途徑、強化傳熱的途徑 （1 1）增加傳熱推動力）增加傳熱推動力換熱平均溫換熱平均溫差差 在一定條件下也在一定條件下也可采用逆流或接近逆可采用逆流或接近逆流操作，或提高加熱劑溫度，降低冷卻劑流操作，或提高加熱劑溫度，降低冷卻劑溫度。溫度。 （2 2）加大單位體積傳熱面）加大單位體積傳熱面 采用翅片或螺旋翅片管代替普通金屬采用翅片或螺旋翅片管代替普通金屬管。管。 （3 3）增大總傳熱系數）增大總傳熱系數K K 通過增大流速等方式，提高湍動程通過增大流速等方式，提高湍動程度。度。 盡量采用有相變的流體作為加熱劑盡量采用有相變的流體作為加熱劑或冷卻劑；或冷卻劑； 定期清洗換熱器，防止污垢形成。定期清洗換熱器，防止污垢形成。 （一）紅外線加熱（一）紅外線加熱 是波長為是波長為0.8m0.8m1000m1000m的電磁波，的電磁波，以輻射的形式向外傳播。工業上，把以輻射的形式向外傳播。工業上，把0.8m0.8