1、工程熱力學與傳熱學傳熱與換熱器第1頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1第13章 傳熱和換熱器主要內容： 13-1 傳熱過程的分析和計算 13-2 換熱器的種類及平均溫差 13-3 換熱器的熱計算原理 13-4 傳熱的強化和保溫技術第2頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三21、通過平壁的傳熱K的計算公式？13-1 傳熱過程的分析和計算tw1tw2tf2tf121第3頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三3例題：已知墻厚240mm，室內空氣溫度為20，室外氣溫為-10，磚墻的導熱系數為=0.95W/（m），室內空氣對墻面的對流換熱系數1=

2、8 W/（m2），室外空氣對墻面的對流換熱系數 2=22 W/（m2），試求此時室內、外空氣的傳熱量和磚墻內側的溫度。第4頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三42、通過圓筒壁的傳熱K的計算公式？13-1 傳熱過程的分析和計算第5頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三5例題：內、外直徑分別為180mm和220mm的礦井冷媒輸送管道，管外包一層厚120mm的保溫層。冷媒管道的導熱系數1=40W/（m），保溫層的導熱系數2=0.1W/（m），管內冷媒tf1= -15，周圍空氣的溫度tf2=25，兩側的對流換熱系數1=100 W/（m2）， 2=8.5 W/（m2

3、）。試求單位管長的傳熱量和保溫層外表面的溫度。第6頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三613-2 換熱器的種類及平均溫差1、換熱器的定義：能將熱流體的熱量傳給冷流體的設備。2、換熱器的分類：三種類型換熱器第7頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三7 換熱器的應用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。 換熱器既可是一種單獨的設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一

4、工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的熱交換器。 第8頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三83、間壁式換熱器的主要型式套管式換熱器 最簡單的一種間壁式換熱器，流體有順流和逆流兩種，適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形順流逆流13-2 換熱器的種類及平均溫差第9頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三93、間壁式換熱器的主要型式 殼管式換熱器 最主要的一種間壁式換熱器，傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內。兩種流體分管程和殼程13-2 換熱器的種類及平均溫差第10頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三10增加管程進一步

5、增加管程和殼程3、間壁式換熱器的主要型式 殼管式換熱器13-2 換熱器的種類及平均溫差第11頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三11 間壁式換熱器的又一種主要形式。其主要特點是冷熱流體呈交叉狀流動。交叉流換熱器又分管束式、管翅式和板翅式三種。(b) 板翅式交叉流換熱器緊湊式換熱器(a) 管束式交叉流換熱器3、間壁式換熱器的主要型式 交叉流換熱器13-2 換熱器的種類及平均溫差第12頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三12 由一組幾何結構相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體間隔地在每個通道中流動，其特點是拆卸清洗方便，故適用于含有易結垢的流體。3、間壁式換

6、熱器的主要型式 板式換熱器13-2 換熱器的種類及平均溫差第13頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三13 換熱表面由兩塊金屬板卷制而成，優點：換熱效果好；缺點：密封比較困難。3、間壁式換熱器的主要型式 螺旋板式換熱器13-2 換熱器的種類及平均溫差第14頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三14混合式（接觸式）換熱器火力發電廠，化工場的洗滌塔等13-2 換熱器的種類及平均溫差回熱式換熱器第15頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三15第16頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三16第17頁，共31頁，2022年，5月20

7、日，4點20分，星期三174、簡單順流及逆流換熱器的對數平均溫差為什么需要對數平均溫差以下面的順流套管式換熱器為例給出推導過程主要假設：（1）冷熱流體的質量流量 、比熱容ch,cc以及傳熱系數都是常數；（2）換熱器無散熱損失；（3）換熱面沿流動方向的導熱量忽略不計。要想計算沿整個換熱面的平均溫差，首先需要知道當地溫差隨換熱面積的變化，即 ，然后再沿整個換熱面積進行平均13-2 換熱器的種類及平均溫差第18頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三18在前面假設的基礎上，并已知冷熱流體的進出口溫度，現在來看下圖中微元換熱面dA一段的傳熱。AAAxdAO熱流體：冷流體：傳熱量：當地溫

8、差：13-2 換熱器的種類及平均溫差第19頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三19可見，當地溫差隨換熱面呈指數變化，則沿整個換熱面的平均溫差為：13-2 換熱器的種類及平均溫差第20頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三20(1)(2)(3)(2),(3) 代入(1)對數平均溫差13-2 換熱器的種類及平均溫差第21頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三21順流：逆流：二者完全一樣AAAxdAO13-2 換熱器的種類及平均溫差第22頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三22順流和逆流的區別在于：順流：逆流：或者我們也可以

9、將對數平均溫差寫成統一形式(順流和逆流都適用)13-2 換熱器的種類及平均溫差第23頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三235 算術平均溫差平均溫差的另一種更為簡單的形式是算術平均溫差，即算術平均溫差總是大于相同進出口溫度下的對數平均溫差，當 時，兩者的差別小于4；當 時，兩者的差別小于2.3。13-2 換熱器的種類及平均溫差第24頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三2413-3 換熱器的熱計算: 設計計算和校核計算(1) 設計計算：設計一個新的換熱器，以確定所需的換熱面積(2) 校核計算：對已有或已選定了換熱面積的換熱器，在非設計 工況條件下，核算他能

10、否勝任規定的新任務。換熱器熱計算的基本方程式是傳熱方程式及熱平衡式13-3 換熱器的熱計算原理第25頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三25強化傳熱，是指從分析影響傳熱的各種因素出發，采取某些技術措施提高換熱設備單位傳熱面積的傳熱量，使設備趨于緊湊、重量輕、節省金屬材料以及降低動力消耗等。削弱傳熱，是指采取隔熱保溫措施降低換熱設備熱損失，以達節能、安全防護及滿足工藝要求等目的。13-4 傳熱的強化和保溫技術第26頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三26強化傳熱的目的：縮小設備尺寸、提高熱效率、保證設備安全削弱傳熱的目的：減少熱量損失不同的傳熱方式，強化和

11、削弱傳熱的手段不同，本節主要針對對流換熱過程的強化和削弱1 強化傳熱的原則和手段(1) 強化換熱的原則：哪個環節的熱阻大，就對哪個環節采取 強化措施。13-4 傳熱的強化和保溫技術(2) 強化手段: 減小層流底層的熱阻第27頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三27其主要手段有：提高流體速度，以減薄層流底層；增加流體的擾動或使流體旋轉以破壞層流底層；采用機械振動、聲波或超聲波產生氣流脈動及施加電磁場。13-4 傳熱的強化和保溫技術第28頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三282 隔熱保溫技術原則：增大傳熱熱阻手段：敷設保溫層內容：最優保溫材料的選擇，最佳保

12、溫層厚度，先進的保溫結構及工藝，檢測技術等。13-4 傳熱的強化和保溫技術第29頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三29保溫材料 高于環境溫度的熱力設備與管道的保溫多采用無機的絕熱材料，常用的有：(1)多孔型絕熱材料，如微孔硅酸鈣（使用溫度小于650，0.04-0.1W/(mK)）；(2)纖維型絕熱材料，如巖棉，0.035-0.047W/(mK) ；(3)粒狀絕熱材料，如膨脹珍珠巖， 0.046-0.17W/(mK)。所有這三類保溫材料制品之所以導熱系數比較小，除了材料本身導熱系數比較低以外，主要還是因為在這些材料中形成了許多聚存空氣的細小空間。由于空氣的導熱系數很小，從而使整體的導熱性能下降。因而，這些材料的導熱系數都不會低于同溫度下的空氣的值，而且在使用中要防止其受潮變濕。第30頁，共31頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三30對于低于環境溫度的工質和容器，關鍵在于防止外界熱量的傳入：有三個檔次的絕熱材料可供選用。一般性的隔熱材料有在大氣壓下工作的疏松纖維或泡沫多孔材料，如聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨脂泡沫塑料；效果更好些的有抽真空至10Pa的粉末顆粒絕熱材料；效果最佳的是多層真