传热过程剖析

1、掌握内容掌握内容 1、传热的基本方式，工业换热方式及适用场合、传热的基本方式，工业换热方式及适用场合 2、热传导基本定律及应用、热传导基本定律及应用 3、对流传热基本原理、对流传热基本原理 4、传热基本方程，热量衡算方程及其应用、传热基本方程，热量衡算方程及其应用 5、热负荷、传热温度差、传热系数、传热面积的计算、热负荷、传热温度差、传热系数、传热面积的计算 6、强化传热的途径、强化传热的途径 了解内容了解内容 1、影响对流传热的因素、相变流体对流传热的特点、影响对流传热的因素、相变流体对流传热的特点 2、工业换热器的类型、结构、特点、工业换热器的类型、结构、特点 传热过程剖析 一、传热化工生

2、产中的应用一、传热化工生产中的应用 n1、为化学反应过程创造必要的条件、为化学反应过程创造必要的条件 n2、为物理单元操作创造必要的条件、为物理单元操作创造必要的条件 n3、提高热能的综合利用和余热的回收、提高热能的综合利用和余热的回收 223 32HNNHQ 高温、高压、催化剂 传热过程剖析 n强化传热 ：即加大传热过程速率的过程。 n削弱传热：也即减小传热速率的过程。 传热过程剖析 二、传热的基本方式二、传热的基本方式 1、传导（导热）、传导（导热） 机理：由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动引起的热量机理：由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动引起的热量 传递传递 特点：物体中的分

3、子或质点不发生宏观位移，导热在固体、气体特点：物体中的分子或质点不发生宏观位移，导热在固体、气体 液体中均可以发生。液体中均可以发生。 2、对流、对流 机理：由于流体中质点发生相对位移和混合引起的热量传递机理：由于流体中质点发生相对位移和混合引起的热量传递 特点：仅发生在流体中特点：仅发生在流体中 自然对流：因流体内部各处温度不同而引起的密度差异所致自然对流：因流体内部各处温度不同而引起的密度差异所致 强制对流：外力引起的强制对流：外力引起的 ( (一）根据机理分类一）根据机理分类 传热过程剖析 n机理：以电磁波传递热能的方式机理：以电磁波传递热能的方式 n特点：不仅是能量的传递，同时伴随着能

4、量形式的转特点：不仅是能量的传递，同时伴随着能量形式的转 换；不需要任何介质，可以在真空中传播。换；不需要任何介质，可以在真空中传播。 传热过程剖析 （二）按工业操作原理分类 1、混合式换热 主要特点：冷热两种流体间的热主要特点：冷热两种流体间的热 交换，是依靠热流体和冷流体直交换，是依靠热流体和冷流体直 接接触和混合过程实现的。接接触和混合过程实现的。 优点：传热速度快、效率高，设优点：传热速度快、效率高，设 备简单，是工业换热器的首选类备简单，是工业换热器的首选类 型。型。 典型设备：如凉水塔、喷洒式冷典型设备：如凉水塔、喷洒式冷 却塔、混合式冷凝器却塔、混合式冷凝器 适用范围：无价值的蒸

5、气冷凝，适用范围：无价值的蒸气冷凝， 或其冷凝液不要求是纯粹的物料或其冷凝液不要求是纯粹的物料 等，允许冷热两流体直接接触混等，允许冷热两流体直接接触混 合的场合。合的场合。 废蒸气 冷水 热水 传热过程剖析 2、蓄热式换热 特点：热、冷流体交替进入换热特点：热、冷流体交替进入换热 器，热流体将热量贮存在蓄热体器，热流体将热量贮存在蓄热体 中，然后由冷流体取走从而达到中，然后由冷流体取走从而达到 换热目的换热目的 优点：结构简单，可耐高温优点：结构简单，可耐高温 缺点：设备体积庞大，传热效率缺点：设备体积庞大，传热效率 低且两流体有部分混合。低且两流体有部分混合。 适用范围：一般用于气体之间的

6、适用范围：一般用于气体之间的 换热，且两流体允许混合。常用换热，且两流体允许混合。常用 于高温气体热量的回收或冷却。于高温气体热量的回收或冷却。 高温流体 低温流体 蓄热体 传热过程剖析 3、间壁式换热 特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，互不接触，特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，互不接触， 优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利用和回优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利用和回 收便利。收便利。 缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。 典型设备：列管式换热器、套管式换热器。典型设备：列管式换热器、套管式换热器。 适用范围；不许直接混合

7、的两种流体间的热交换。适用范围；不许直接混合的两种流体间的热交换。 传热过程剖析 三、传热速率和热通量三、传热速率和热通量 1 、传热速率、传热速率（热流量）（热流量） 指单位时间内通过传热面的热指单位时间内通过传热面的热 量，单位为量，单位为W 2 、热通量、热通量q 指单位时间内通过单位传热面积所传递的热指单位时间内通过单位传热面积所传递的热 量。又称为热流强度或热流密度，单位为量。又称为热流强度或热流密度，单位为W/m2。 A q 传热过程剖析 n稳定传热：传热系统中各点温度仅随位置改变不随时间改变稳定传热：传热系统中各点温度仅随位置改变不随时间改变 n不稳定传热：系统中各点温度不仅随位

8、置变化也随时间变化不稳定传热：系统中各点温度不仅随位置变化也随时间变化 五、传热平衡方程五、传热平衡方程 12,21, ttCqTTCq pc c mph h m 传热过程剖析 常用加热剂：常用加热剂： n1） 热水和饱和水蒸气：热水适用于热水和饱和水蒸气：热水适用于40-100 C，饱和水蒸气适，饱和水蒸气适 用于用于100-180 C n2） 烟道气：温度可达烟道气：温度可达700 C以上，能将物料加热到较高温度以上，能将物料加热到较高温度 n3） 高温载热体：矿物油适用于高温载热体：矿物油适用于180-250 C ，联苯、二苯醚混，联苯、二苯醚混 合物适用于合物适用于255-380；熔盐

9、适用于；熔盐适用于140-530 C 常用冷却剂：常用冷却剂： n1） 水和空气：可将物料冷却至环境温度水和空气：可将物料冷却至环境温度 n2） 无机盐水溶液：将物料冷却到零下十几到几十度无机盐水溶液：将物料冷却到零下十几到几十度 n常压下液氨蒸发可达常压下液氨蒸发可达-33.4 C ，液态乙烷蒸发可达，液态乙烷蒸发可达-88.6 C 。 传热过程剖析 一、热传导与傅立叶定律一、热传导与傅立叶定律 1、热传导：依靠物体内自由电子运动或分子原位振动，从而热传导：依靠物体内自由电子运动或分子原位振动，从而 导致热量的传递导致热量的传递 2、傅立叶定律、傅立叶定律 单位时间内的导热量（导热速率）与垂

10、直于热流的横截面面积单位时间内的导热量（导热速率）与垂直于热流的横截面面积 成正比，与平壁两侧的温度差成正比，而与热流方向上的路程成正比，与平壁两侧的温度差成正比，而与热流方向上的路程 长度成反比长度成反比 dx dt A 热通量热通量 dx dt A 传热过程剖析 1气体的导热系数：气体的导热系数： T 2液体的导热系数液体的导热系数 : T 3固体的导热系数固体的导热系数:金属金属 T 非金属非金属 T 气体液体固体 0.2的物质可以作为绝热材料的物质可以作为绝热材料 11 KmW dx dt A 传热过程剖析 1、单层平壁导热、单层平壁导热 n特点：所有等温面是与传热特点：所有等温面是与

11、传热 方向垂直的平面，温度分布方向垂直的平面，温度分布 为直线，壁面温度不随时间为直线，壁面温度不随时间 变化，是一维稳定传热变化，是一维稳定传热 dx dt A t1 t2 b 热阻力 热推动力 传热速率 dx dt A )( 21 ttA A tt )( 21 传热过程剖析 【例【例3-1】加热炉的平壁用耐火砖砌成，壁厚】加热炉的平壁用耐火砖砌成，壁厚 0.32m，测得壁的内表面温度为，测得壁的内表面温度为700，外表，外表 面温度为面温度为100，耐火砖的导热系数，耐火砖的导热系数 =1.05w/mk,求每小时每平方米壁面所传递求每小时每平方米壁面所传递 的热量。的热量。 传热过程剖析

12、n利用数学中的等比定律利用数学中的等比定律 A tt 1 1 21 A tt 2 2 32 AA tttt 2 2 1 1 3221 在稳定传热时，通过串联平壁的导热速率都是相等的。在稳定传热时，通过串联平壁的导热速率都是相等的。 传热过程剖析 3 3层平壁热传导层平壁热传导 根据等比定理则有根据等比定理则有 123 Q t t1t2 t3 t4 x A tt A tt A tt 3 3 34 2 2 23 1 1 21 总热阻 总推动力 R t AAA tt 3 3 2 2 1 1 41 传热过程剖析 n化简得化简得 nn层平壁导热速率方程式则为：层平壁导热速率方程式则为： n i i i

13、n i ii A tt 1 1 1 1 多层平壁导热总推动力为各层温度差之和；多层平壁导热总推动力为各层温度差之和； 总热阻为各层热阻之和总热阻为各层热阻之和 n i i i n i ii tt A q 1 1 1 3 3 2 2 1 1 41 )( ttA 传热过程剖析 【例【例3-2】有一炉壁由下列三种材料组成：】有一炉壁由下列三种材料组成： 耐火砖耐火砖 1=1.4w/m b1=240mm 保温砖保温砖 2=0.15w/m b2=120mm 建筑砖建筑砖 3=0.8w/m b3=240mm 今测得内壁面温度为今测得内壁面温度为930，外壁面温度为，外壁面温度为70，求每，求每 平方米面积

14、的壁面的热损失和各层接触面上的温度。平方米面积的壁面的热损失和各层接触面上的温度。 n i i i n i ii tt A q 1 1 1 传热过程剖析 【例【例3-3】某平壁燃烧炉由内层为】某平壁燃烧炉由内层为100mm厚的耐火砖、厚的耐火砖、 中间为中间为100mm厚的普通砖和外层为厚的普通砖和外层为20mm厚的保温厚的保温 层构成。已知耐火砖的热导率为层构成。已知耐火砖的热导率为1.05W/(m )，普，普 通砖的热导率为通砖的热导率为0.8 W/(m )，待操作稳定后测得，待操作稳定后测得 炉壁的内表面温度为炉壁的内表面温度为800，普通砖与保温层之间的，普通砖与保温层之间的 温度为温

15、度为400，保温层外表面温度为，保温层外表面温度为70， n求：求：1）单位面积上的导热量；）单位面积上的导热量； n2）耐火砖与普通砖之间的壁面温度；）耐火砖与普通砖之间的壁面温度； n3）保温层的热导率）保温层的热导率 传热过程剖析 与平壁导热的不同之处在于：与平壁导热的不同之处在于： n温度随半径而变；此时傅立温度随半径而变；此时傅立 叶定律应改写为叶定律应改写为 n圆筒壁的导热面积随半径而圆筒壁的导热面积随半径而 变，变，A2rL。 n由傅立叶定律有：由傅立叶定律有： dr dt A dr dt rL)2( 传热过程剖析 2 1 2 1 2 t t r r dt L r dr )( 2

16、 ln 12 1 2 tt L r r 1 2 21 1 2 21 ln 1 )(2 ln 2 1 r r tt r r tt L q R t L rr tt r r ttL 2 )/ln( ln )(2 12 21 1 2 21 传热过程剖析 n改写成平壁形式：改写成平壁形式： n由由 n上式中上式中 ，为圆筒壁的厚度，为圆筒壁的厚度，m。 n若令上式中的若令上式中的 ， 故上式可改写为：故上式可改写为： n当当r2/r1 2时，上式中的对数平均半径也可用算术平时，上式中的对数平均半径也可用算术平 均值代替。均值代替。 12 1 2 21 1 2 21 ln )(2 ln )(2rr r r

17、 ttL r r ttL 21 21 ln() m rr r rr 12 rr mm ALr2 )( 21 ttAm 传热过程剖析 【例【例3-4】 蒸汽管外径蒸汽管外径48mm，包扎的石棉泥保温层的，包扎的石棉泥保温层的 为为0.15w/mK,保温层厚保温层厚60mm。与蒸汽管子接触。与蒸汽管子接触 的石棉层内层壁面温度为的石棉层内层壁面温度为120,与周围空气接触的外与周围空气接触的外 壁面温度为壁面温度为30。试求每米管长因传导而造成的热损。试求每米管长因传导而造成的热损 失速率。若保温层加厚到失速率。若保温层加厚到120mm，这时外壁温度随，这时外壁温度随 之降至之降至25。则热损失情

18、况怎样？。则热损失情况怎样？ A q 传热过程剖析 2、多层圆筒壁导热计算、多层圆筒壁导热计算 2 3 2 32 ln 1 2 r r ttL 2 3 2 32 1 2 1 21 ln 1 2 ln 1 2 r r ttL r r ttL 2 3 21 2 1 3221 ln 1 ln 1 22 r r r r ttLttL 利用等比定理：利用等比定理： 传热过程剖析 多层圆筒壁导热速率方程可以表示为：多层圆筒壁导热速率方程可以表示为： 对多层壁面的稳态热传导，无论多层平壁还是多层圆筒壁，对多层壁面的稳态热传导，无论多层平壁还是多层圆筒壁， 各层热流量均相等且等于总过程的热流量。但对多层平壁，

19、各层热流量均相等且等于总过程的热流量。但对多层平壁， 各层的单位面积热流量相等，而多层圆筒壁各层的单位面各层的单位面积热流量相等，而多层圆筒壁各层的单位面 积热流量不相同。积热流量不相同。 n i i i i n n i mii i n mnn n mm n r r ttL A tt AAA tt R t 1 1 11 1 11 22 2 11 1 11 ln 1 )(2 也可以写为 传热过程剖析 【例【例3-53-5】 在一在一 的钢管外包有两层绝热的钢管外包有两层绝热 材料，里层为材料，里层为40mm40mm的氧化镁粉，平均导热系的氧化镁粉，平均导热系 数数 ，外层为，外层为20mm20m

20、m的石棉层，其平均的石棉层，其平均 导热系数导热系数 。现用热电偶测得管内壁的温。现用热电偶测得管内壁的温 度为度为500500，最外层表面温度为，最外层表面温度为8080，管壁的导热系，管壁的导热系 数数 。试求每米管长的热损失及保温层界。试求每米管长的热损失及保温层界 面的温度。面的温度。 mm5 . 360 11 07. 0 KmW 11 15. 0 KmW 11 45 KmW 传热过程剖析 一、对流传热分析一、对流传热分析 n对流给热对流给热:通过流体内分子的通过流体内分子的 定向流动和混合而导致热量定向流动和混合而导致热量 的传递。通常是指流体与固的传递。通常是指流体与固 体壁面之间

21、的传热过程。体壁面之间的传热过程。 1、温度差和传热方式：在湍流主体内，热量主要是依靠对、温度差和传热方式：在湍流主体内，热量主要是依靠对 流进行，使湍流主体中流体的温度差极小；在缓冲层内（过流进行，使湍流主体中流体的温度差极小；在缓冲层内（过 渡区）传导和对流同时起作用，温度发生缓慢变化；在滞流渡区）传导和对流同时起作用，温度发生缓慢变化；在滞流 内层中，主要靠传导进行传热，温度差较大。内层中，主要靠传导进行传热，温度差较大。 2、热阻：主要集中在滞流内层中、热阻：主要集中在滞流内层中 传热过程剖析 n1、对流传热速率、对流传热速率 n虚拟一个传热边界层虚拟一个传热边界层，按平壁导热，按平壁

22、导热 A ttw 令令 ttA w 传热过程剖析 牛顿冷却定律：牛顿冷却定律： 对流传热速率对流传热推动力对流传热速率对流传热推动力/阻力系数推动力阻力系数推动力 = At t流体与壁面间的温度差平均值流体与壁面间的温度差平均值 平均对流传热系数平均对流传热系数 W/m2 对流传热速率与对流传热推动力成正比，与对流传热热阻成对流传热速率与对流传热推动力成正比，与对流传热热阻成 反比反比 A t tA 1 传热过程剖析 12 2 KmW Km W ttA w 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素 1、流体流动产生的原因、流体流动产生的原因 (自然对流、强制对流）自然对流、强制对流） 2、

23、流体的流动情况（湍流、层流）、流体的流动情况（湍流、层流） 3、流体有无相变化发生、流体有无相变化发生 4、流体的物理性质、流体的物理性质 5、传热表面的形状、位置和大小、传热表面的形状、位置和大小 6、温度的影响、温度的影响 流体与壁面间的平均温度差为流体与壁面间的平均温度差为1，面积为，面积为1/m2 的热通量，对流传热系数越大，传热越剧烈。的热通量，对流传热系数越大，传热越剧烈。 传热过程剖析 三、对流传热系数的关联式三、对流传热系数的关联式 流体无相变时的对流系数：流体无相变时的对流系数： l Nu 表示对流传热系数的特征数表示对流传热系数的特征数 cba GrKNuPrRe 传热过程

24、剖析 应用准数关联式时，必须确定：应用准数关联式时，必须确定： 1) 应用范围应用范围 Re、Pr、L/d 2) 特性尺寸特性尺寸 对流体运动或者传热发生主导影对流体运动或者传热发生主导影 响的尺寸。管内对流传热取管内径；管外强制对流响的尺寸。管内对流传热取管内径；管外强制对流 传热取管外径；对非圆管取当量直径。传热取管外径；对非圆管取当量直径。 3）定性温度）定性温度 大多数取流体进出口温度的算术大多数取流体进出口温度的算术 平均值。温度确定后，查表确定物性，有时应用线平均值。温度确定后，查表确定物性，有时应用线 性插值公式。性插值公式。 传热过程剖析 流体无相变时在圆形直管内作强制湍流的对

25、流传热系数流体无相变时在圆形直管内作强制湍流的对流传热系数 1）低粘度（粘度小于）低粘度（粘度小于2倍常温下水的粘度）的流体倍常温下水的粘度）的流体 Nu=0.023Re0.8Prn 或或 应用范围：应用范围： Re10000 0.7Pr60； 特征尺寸：特征尺寸： d 取管内径取管内径 di 定性温度：定性温度： 流体进出口主体温度的算术平均值。流体进出口主体温度的算术平均值。 其中其中n与热流方向有关，流体被加热时，与热流方向有关，流体被加热时，n=0.4被冷却时被冷却时n=0.3. 2）高粘度液体：）高粘度液体： Nu=0.027Re0.8Pr0.33(w )0.14 :液体在主体平均温

26、度下的粘度液体在主体平均温度下的粘度 w：液体在壁温下的粘度：液体在壁温下的粘度 应用范围：应用范围：Re 10000 ， L/di60 , =0.7-16700 n p C du d 8 . 0 023. 0 Pr 传热过程剖析 流体在圆形直管内作强制对流于过渡状态流体在圆形直管内作强制对流于过渡状态 当当Re=230010000 先按湍流时计算然后再用式先按湍流时计算然后再用式 1600000/Re1.8求出校正系数。求出校正系数。1 流体在圆形直管内强制滞流流体在圆形直管内强制滞流 Nu=1.86Re0.33Pr0.33(di/L)0.33(/w)0.14 应用范围：应用范围：Re60,

27、 RePrdi/L10 特征尺寸：特征尺寸：di 定性温度：平均温度（定性温度：平均温度（ w 除外）除外） 传热过程剖析 【例【例3-6】水以】水以1m/s的流速在长的流速在长3m的的 252.5mm的钢管内由的钢管内由20 加热到加热到40， 试求管壁对水的对流传热系数。试求管壁对水的对流传热系数。 传热过程剖析 一、传热基本方程式一、传热基本方程式 总阻力 传热总推动力 KA tm 1 =KAtm = K称为传热系数，表明传热过程的强弱程度，其物理意义：表明传热过程的强弱程度，其物理意义： 当当A=1m2，t=1时，单位时间内热流体传递给冷流体的时，单位时间内热流体传递给冷流体的 热量。

28、热量。 m tA K 传热过程剖析 热负荷热负荷L：换热器中单位时间内冷热流体间所交：换热器中单位时间内冷热流体间所交 换的热量，称之为换热器的热负荷。换的热量，称之为换热器的热负荷。根据生产上根据生产上 换热任务的需要提出的，所以热负荷是要求换热换热任务的需要提出的，所以热负荷是要求换热 器应具有的换热能力。器应具有的换热能力。 L 换热器的传热速率不小于热负荷换热器的传热速率不小于热负荷 二、热负荷计算二、热负荷计算 传热过程剖析 1、忽略热损失、忽略热损失 焓差法：焓差法： L L= q= qm m, ,热 热(H (H1 1-H-H2 2)= q)= qm m, ,冷 冷(h (h2

29、2-h-h1 1) ) 显热法：无相变化时显热法：无相变化时 潜热法：潜热法：此法用于载热体在热交换中发生相的变化此法用于载热体在热交换中发生相的变化 L L= q= q m m热 热r r热热= q = q m m冷 冷r r冷冷 2、热损失不能忽略时、热损失不能忽略时 若在热流体一侧损失，则：若在热流体一侧损失，则： L = 冷 冷= 热热- 损损 在冷流体一侧损失，则：在冷流体一侧损失，则： L = 热 热= 冷 + 损 )()( 12,21, ttcqTTcq cp c mhp h m L rttcqTTcq mcp c mhp h m L 相变 ,12,21, q)()( 传热过程剖

30、析 并流：参与热交换的两种流体在间壁的两边以相同的方向流动。并流：参与热交换的两种流体在间壁的两边以相同的方向流动。 逆流：参与热交换的两种流体在间壁的两边分别以相反的方向运动。逆流：参与热交换的两种流体在间壁的两边分别以相反的方向运动。 错流：参加热交换的两种流体在间壁的两边，呈垂直方向流动称为错流：参加热交换的两种流体在间壁的两边，呈垂直方向流动称为 错流。错流。 折流：参加热交换的两种流体在间壁两边，其中之一只沿一个方向折流：参加热交换的两种流体在间壁两边，其中之一只沿一个方向 流动，此称为简单折流，若两流体均作折流，或既有折流又有错流流动，此称为简单折流，若两流体均作折流，或既有折流又

31、有错流 的称为复杂折流。的称为复杂折流。 三、传热温度差三、传热温度差tm的计算的计算 传热过程剖析 变温传热变温传热，温度差与两流体流向有关。工业上冷、热流体在，温度差与两流体流向有关。工业上冷、热流体在 换热器内的相对流向主要有逆流和并流。换热器内的相对流向主要有逆流和并流。 恒温传热时恒温传热时 tm=T-t 传热过程剖析 热热 T1T2 t1 t2 冷冷 211 tTt 122 tTt 逆流逆流 T1T2 t2t1 热热 冷冷 111 tTt 222 tTt 并流并流 2 1 ln 21 t t m tt t 当 2/ 21 tt 用算术平均值用算术平均值 2 21 tt tm 传热过

32、程剖析 【例【例3-7】：硫酸生产中】：硫酸生产中 SO2的转化系统，用转化气在外部的转化系统，用转化气在外部 列管换热器中预热列管换热器中预热 SO2气体。若转化气温度由气体。若转化气温度由440降至降至320， SO2气体由气体由220被加热至被加热至280，试求并流传热和逆流传热的平，试求并流传热和逆流传热的平 均温度差，并作比较（设两气体进出口温度在并、逆流时相同）均温度差，并作比较（设两气体进出口温度在并、逆流时相同） 解:并流传热时并流传热时 t1=T1-t1=220 t2=T2-t2=40 t1 /t2 =5.52 对数平均值 算术平均值 只能采用对数平均值只能采用对数平均值 C

33、 tt t o t t m 6 .105 ln 2 1 21 C tt t o m 130 2 21 2/ 21 tt 传热过程剖析 逆流传热时逆流传热时 C tt t o t t m 7 .127 ln 2 1 21 C tt t o m 130 2 21 t1=T1-t2=160t2=T2-t1=100t1 /t2 =1.62 对数平均值 算术平均值 2/ 21 tt 采用对数平均值和算术平均值均可采用对数平均值和算术平均值均可 T1=440 T2=320 t1=220t2=280 t1t2 传热过程剖析 在相同情况下，逆流传热的平均温度差大于并流传在相同情况下，逆流传热的平均温度差大于并

34、流传 热的平均温度差，这意味着采用逆流传热要比并流热的平均温度差，这意味着采用逆流传热要比并流 传热相应减少传热面积或载热体使用量。传热相应减少传热面积或载热体使用量。 计算结果表明计算结果表明: 传热过程剖析 t tm m=t tt tm m逆 逆 t t1, 1,一般一般t t不宜小于 不宜小于0.80.8，否则使，否则使ttm m过小，很过小，很 不经济。不经济。 根据参数根据参数R R、P P查图可知查图可知t t 冷流体的温升 热流体的温降 12 21 tt TT R 两流体的最初温差 冷流体的温升 11 12 tT tt P 对于错流和折流时的平均温度差：对于错流和折流时的平均温度

35、差： 传热过程剖析 n逆流：相同条件下平均温度差最大，传热推动力最优逆流：相同条件下平均温度差最大，传热推动力最优 n并流：用于工艺上有特殊要求的场合并流：用于工艺上有特殊要求的场合 n错流、折流：使换热器结构紧凑合理，或用于提高列错流、折流：使换热器结构紧凑合理，或用于提高列 管式换热器管方或壳方流速以提高传热效果管式换热器管方或壳方流速以提高传热效果 传热过程剖析 m tA K 传热过程剖析 “对流-传导-对流” n（1）热流体对壁面的对流传热）热流体对壁面的对流传热 n（2）壁面内的导热）壁面内的导热 n（3）壁面到冷流体的对流传热）壁面到冷流体的对流传热 11 111 1 A TT T

36、TA w w m ww A tT 2 22 3 1 A ttw 传热过程剖析 321 22112211 1111 AAA tT AAA tttTTT mm wwww 稳定传热：稳定传热： 由等比定理由等比定理 2211 11111 AAA t KA t m mm 2211 11111 AAAKA m 传热过程剖析 oomiioo AAAAK 11111 1 2211 11111 AAAKA m om o ii o o A A A A K 1 1 oo i mi i A A A Ai K 1 1 oo m ii m m A A A A K 1 传热过程剖析 n若为平壁，即若为平壁，即 n若为圆筒

37、壁传热若为圆筒壁传热 AAAA m 21 21 111 K om o ii o o d d d d K 1 1 传热过程剖析 常见流体的污垢热阻常见流体的污垢热阻R s 传热过程剖析 【例【例3-8】计算夹套反应釜的内径为】计算夹套反应釜的内径为800mm， 釜壁碳钢板厚釜壁碳钢板厚8mm(=50w/mk),衬搪瓷厚衬搪瓷厚 3mm（=1.0w/mk)，夹套中通入饱和蒸，夹套中通入饱和蒸 汽（汽（=10000w/m2k)，蒸汽温度为，蒸汽温度为120， 釜内有机物（釜内有机物（=250w/m2k)温度为温度为80， 试求该条件下的试求该条件下的K值。值。 传热过程剖析 【例【例3-9 】 在列

38、管式热交换器中，用饱和温度为在列管式热交换器中，用饱和温度为126的蒸汽将的蒸汽将 470m3/hr的某一溶液从的某一溶液从40加热到加热到45，采用，采用 3832000mm的钢管（的钢管（=46.5w/mK），溶液走管内，），溶液走管内， 试计算所需传热面积的管数试计算所需传热面积的管数n. 已知：水蒸汽已知：水蒸汽 1=11600w/m2K； 某溶液某溶液2=3700w/m2K；=1320kg/m3； Cp=3.4kJ/kgK； 传热过程剖析 【 例例3-10】 某酒精蒸汽冷凝器的传热面积为某酒精蒸汽冷凝器的传热面积为 5m2,酒精蒸汽冷凝温度为酒精蒸汽冷凝温度为78，冷凝热为，冷凝热为

39、 845KJ/kg。冷却水初温为。冷却水初温为20，终温为，终温为 35，若，若K=800w/m2K，问此冷凝器能否，问此冷凝器能否 冷凝冷凝350kg/hr的酒精蒸气？的酒精蒸气？ 传热过程剖析 n（二）提高传热推动力（二）提高传热推动力 n（三）提高传热系数（三）提高传热系数 1）提高流体速度，增加流体湍动程度，减薄提高流体速度，增加流体湍动程度，减薄 滞流内层滞流内层 2 2） 增加流体扰动，减薄滞流底层增加流体扰动，减薄滞流底层 3 3）防止结垢，及时清除垢层。）防止结垢，及时清除垢层。 =KAtm 传热过程剖析 六、六、 换热器的选择及常见类型换热器的选择及常见类型 1换热器的选择换

40、热器的选择 冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等；冷、热流体的流量、进出口温度、操作压力等； 冷、热流体的物性参数；冷、热流体的物性参数； 冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等。冷、热流体的工艺特点、腐蚀性、悬浮物含量等。 换热器的选择首先要考虑以下事项。换热器的选择首先要考虑以下事项。 （1）了解换热任务，掌握基本数据及特点。）了解换热任务，掌握基本数据及特点。 传热过程剖析 （2）确定选用换热器的型式，决定流体的流动空间。）确定选用换热器的型式，决定流体的流动空间。 如选定列管换热器，对换热流体流动空间可按下列原如选定列管换热器，对换热流体流动空间可按下列原 则确定。则确定。 不洁流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程；不洁流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程； 需提高流速以增大对流传热系数的流体走管程；需提高流速以增大对流传热系数的流体走管程； 腐蚀性流体走管程，以免腐蚀壳体和管束；腐蚀性流体走管程，以免腐蚀壳体和管束； 压力高的流体走管程，管子耐压性好；压力高的流体走管程，管子耐压性好； 饱和蒸气宜走壳程，便于排出冷凝液；饱和蒸气宜走壳程，便于排出冷凝液； 粘度大或流量较小的流体宜走壳程，可在低粘度大或流